CN107245235A - 一种透明阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种透明阻燃聚碳酸酯材料,包括如下重量份数的组分:
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域,特别涉及一种透明阻燃聚碳酸酯材料,本发明还涉及一种透明阻燃聚碳酸酯材料的制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)作为一类非结晶热塑性工程塑料,与ABS、POM、PA、PBT并称为五大通用工程塑料,PC透明度好、强度高、刚性大,尺寸稳定性佳,拥有优异的力学性能、良好的抗冲击特性、较高的热形变温度,以及良好的耐蠕变性和着色性,以出色的综合性能广泛应用于航空航天、机械交通、电子电器、建筑运输、信息存储等诸多领域。
由于PC具备分解温度高的特性,其燃烧热低、成炭率高,因此PC材料自身已有一定的阻燃性能,纯PC的极限氧指数LOI为22%~29%,UL94测试仅属于HB或者V-2等级,然而,在容易出现火灾险情隐患的场合或者对阻燃性能要求较高的应用领域,PC材料的阻燃改性十分必要。
目前,传统的阻燃改性PC材料是通过在PC基体中添加一系列不同类型的阻燃剂以达到降低燃烧性能的效果,采用的阻燃剂包括卤素类、磷系、硼系、芳香族磺酸盐类等。
溴系阻燃剂在含卤阻燃剂领域应用广泛,该阻燃剂可以捕获燃烧反应中的自由基,终止链式反应的发生,阻燃效率高,有优良的热稳定性和分散性,原料来源充足,制备工艺成熟,价格低廉,但是卤素易对人体及自然环境造成较大危害,此外,溴系阻燃剂中一般加入锑的氧化物作为协效剂,协效剂容易诱发PC聚合物的大分子主链断裂、聚合度降低,发生降解现象,严重影响PC材料的综合性能,以含卤阻燃剂制备的阻燃PC材料还会完全丧失PC树脂自身出色的透光性,PC材料的透光性显著降低。
磷系阻燃剂包括红磷、聚磷酸铵等,应用广泛、技术成熟,但是存在稳定性差、有粉尘及爆炸危险性,且在加工温度下易产生有毒物质,部分产品回收困难、循环加工性低的缺点,无卤环保的磷系阻燃剂还会明显降低材料的热变形温度和冲击强度,此外,磺酸盐及其复配物能够在凝聚相发挥作用,阻燃效率高,仅需极小的添加量便可达到很高的阻燃等级,但是磺酸盐阻燃的PC水解稳定性欠佳,磺酸盐在PC中的含量很少,将导致分散均匀度低。
目前,溴系阻燃剂由于毒性大已减少使用,磺酸盐类阻燃剂价格十分昂贵,不利于大规模工业化生产,而无卤环保磷系阻燃剂正逐渐获得广泛应用,然而,无卤环保磷系阻燃剂呈液态,为加工带来不便,在基材中的添加量较多时成本高昂、制品的力学性能及耐热性较差,采用单一成分的硅系阻燃剂难以制备阻燃性能和综合性能兼备的改性PC材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃性能出色、力学性能优良的透明阻燃聚碳酸酯材料。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种透明阻燃聚碳酸酯材料,包括如下重量份数的组分:
所述复合阻燃剂为有机硅系阻燃剂与磺酸盐类阻燃剂、磺酰胺盐类阻燃剂中的一种或者多种复配而成。
所述有机硅系阻燃剂为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合 物按1:2:5的质量比复配而成。
所述磺酸盐类阻燃剂为二苯甲砜磺酸钾、三氯苯基磺酸钠、全氟丁基磺酸钾中的一种或多种复配而成;所述磺酰胺盐类阻燃剂为三氟甲基磺酰胺钾或者双(三氟甲基磺酰)胺钾中的一种或多种复配而成。
透明无卤阻燃聚碳酸酯材料,包括如下重量份数的组分:
聚碳酸酯90份;
聚对苯二甲酸乙二醇酯5~8份;
有机硅系阻燃剂0.4~2.5份;
磺酸盐类阻燃剂和/或磺酰胺盐类阻燃剂0.1~0.6份;
表面改性剂2~3份;
增韧剂2~8份;
复配抗氧剂0.6~2.5份;
润滑剂0.4~2.5份;
耐候剂0.3~1.2份;
所述聚碳酸酯在300℃、载荷1.2Kg时的熔融指数为5g/10min~15g/10min。
所述表面改性剂为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:1:1的比例复配而成。
所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物中的一种或两种复合而成。
所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂,所述主抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯酯中的一种或多种;所述辅助抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种或多种。
所述润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂,所述内润滑剂为硬脂酸钙;所述外润滑剂为季 戊四醇硬脂酸酯。
本发明的第二个目的在于提供一种无卤阻燃PC材料的制备方法,操作简单,适于工业化生产。
本发明的第二个技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种透明阻燃聚碳酸酯材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取物料:按照配比称取聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、复合阻燃剂、表面改性剂、增韧剂、复配抗氧剂、润滑剂与耐候剂。
(2)制备混合物:将聚碳酸酯在120~130℃的条件下干燥4~7h,直至聚碳酸酯的含水量低于0.01%,再将干燥后的聚碳酸酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯、复合阻燃剂、表面改性剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂、耐候剂放置于高混机,混合搅拌3~6min,得到混合物。
(3)熔融挤出:将上述步骤(2)制备的混合物送入双螺杆挤出机中挤出造粒。
(4)熔融挤出的聚碳酸酯经拉条、冷却、风干、切粒、干燥的工艺流程,获得透明阻燃聚碳酸酯材料成品。
所述双螺杆挤出机采用的工艺条件为:一区温度为180~210℃,二区温度为220~240℃、三区温度为230~250℃、四区温度为240~260℃、五区温度为240~270℃、六区温度为220~240℃,七区温度为220~240℃,八区温度为230~250℃,机头温度为230~270℃,双螺杆挤出机的长径比为40:1,双螺杆挤出机主机转速为320~400r/min,真空度-0.3~-0.6MPa。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
本发明所提供的透明阻燃聚碳酸酯材料,采用复合阻燃剂,即有机硅系阻燃剂与磺酸盐类阻燃剂、磺酰胺盐类阻燃剂中的一种或者多种复配而成,有机硅系阻燃剂作为阻燃成分,具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染的优点,且该阻燃剂本身为高分子材料,对制品的性能影响很小,磺酸盐类阻燃剂和/或磺酰胺盐类阻燃剂只需极少的添加量,即可达到高效阻燃的 目的,二者复配应用,具有协效阻燃作用,使制品的阻燃特性良好,氧指数显著提升。
本发明中,将磺酸盐类阻燃剂与硅氧烷类聚合物共同使用,不但避免了单独使用磺酸盐类阻燃剂将导致降低PC材料透明度的现象,使阻燃性能极佳的同时,制品还拥有非常高的透明度。
本发明中的基体材料为PC与PET复配使用,使制品分别拥有二者的特性,具备良好的强度和刚性、耐药品性,本发明的配方中还添加有由苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物按照1:1的质量比复合而成的增韧剂,可赋予制品良好的韧性和流动特性,有利于成型加工。
具体实施方式
实施例一:
PC 90份;
PET 5份;
有机硅系阻燃剂0.4份,为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合物按1:2:5的质量比复配而成;
磺酸盐类阻燃剂,优选二苯甲砜磺酸钾,0.1份;
磺酰胺盐类阻燃剂优选三氟甲基磺酰胺钾与双(三氟甲基磺酰)胺钾按照1:1的质量比复合而成,0.01份;
表面改性剂2份,为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:1:1的比例复配而成;
增韧剂2份,为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物按照1:1的质量比复合而成;
复配抗氧剂0.6份;
润滑剂0.4份;
耐候剂0.3份;
实施例二:
PC 90份;
PET 5.5份;
有机硅系阻燃剂0.8份,为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合物按1:2:5的质量比复配而成;
磺酸盐类阻燃剂,优选二苯甲砜磺酸钾,0.1份;
磺酰胺盐类阻燃剂优选三氟甲基磺酰胺钾与双(三氟甲基磺酰)胺钾按照1:1的质量比复合而成,0.01份;
表面改性剂2.2份,为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:1:1的比例复配而成;
增韧剂4份,为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物按照1:1的质量比复合而成;
复配抗氧剂0.6份;
润滑剂0.4份;
耐候剂0.3份;
实施例三:
PC 90份;
PET 6.0份;
有机硅系阻燃剂1.2份,为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合物按1:2:5的质量比复配而成;
磺酸盐类阻燃剂,优选二苯甲砜磺酸钾,0.2份;
磺酰胺盐类阻燃剂优选三氟甲基磺酰胺钾与双(三氟甲基磺酰)胺钾按照1:1的质量比复合而成,0.02份;
表面改性剂2.4份,为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:1:1的比例复配而成;
增韧剂6份,为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物按照1:1的质量比复合而成;
复配抗氧剂1.0份;
润滑剂1.4份;
耐候剂0.6份;
实施例四:
PC 90份;
PET 7.0份;
有机硅系阻燃剂1.5份,为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合物按1:2:5的质量比复配而成;
磺酸盐类阻燃剂,优选二苯甲砜磺酸钾,0.3份;
表面改性剂2.6份,为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:3:2的比例复配而成;
增韧剂6.5份,为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物按照1:1的质量比复合而成;
复配抗氧剂1.5份;
润滑剂2.2份;
耐候剂0.8份;
实施例五:
PC 90份;
PET 7.5份;
有机硅系阻燃剂2.0份,为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合物按1:2:5的质量比复配而成;
磺酸盐类阻燃剂,优选二苯甲砜磺酸钾,0.4份;
表面改性剂2.8份,为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:1:1的比例复配而成;
增韧剂7.0份,为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物按照1:1的质量比复合而成;
复配抗氧剂1.5份;
润滑剂2.2份;
耐候剂0.8份;
实施例六:
PC 90份;
PET 8.0份;
有机硅系阻燃剂2.5份,为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合物按1:2:5的质量比复配而成;
磺酸盐类阻燃剂,优选二苯甲砜磺酸钾,0.4份;
表面改性剂3.0份,为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:1:1的比例复配而成;
增韧剂8.0份,为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物按照1:1的质量比复合而成;
复配抗氧剂2.5份;
润滑剂2.5份;
耐候剂1.2份;
表1原料组分及含量
本发明中的实施例一至实施例六、对比例一至对比例三,分别按照上述表1所示的组分配比进行称取,实施例一至实施例六、对比例一至对比例三制备透明阻燃聚碳酸酯的方法如下:
(1)称取物料:按照表1中的配比称取原料。
(2)制备混合物:将PC在120℃的条件下干燥6h,直至PC的含水量低于0.01%,再将干燥后的PC与其他原料共同放置于高混机中搅拌6min,得到混合物。
(3)熔融挤出:将制备的混合物送入双螺杆挤出机中挤出造粒。
(4)熔融挤出的制品经拉条、冷却、风干、切粒、干燥的工艺流程,获得透明阻燃聚碳酸酯材料成品。
性能测试及评价:
将本发明中按照实施例一至实施例六、对比例一至对比例三制备的透明阻燃聚碳酸酯材料成品进行测试,测试的性能包括:力学性能、阻燃性能、热变形温度,测试条件及相关标准参见表2。
表2性能测试条件及标准
测试性能 | 测试标准 | 测试条件 |
拉伸强度(MPa) | ASTM D638 | 50mm/min |
弯曲强度(MPa) | ASTM D790 | 2mm/min |
冲击强度(MPa) | ASTM D256 | 1/8”,23℃ |
弯曲模量(MPa) | ASTM D790 | 2mm/min |
阻燃等级 | UL94 | 3.2mm/1.6mm |
热变形温度(℃) | ASTM D648 | 1.82Mpa |
氧指数(%) | GB/T2406 | |
透光率(%) | ASTMD1003 | 2mm |
按照表2所列出的性能测试条件及标准,对实施例一至实施例六、对比例一至对比例三进行性能测试,测试结果见表3。
表3性能测试结果
如表3所示,本发明中,选用PC与PET共同作为基体材料使用,本发明的上述基材中添加有复合阻燃剂,该复合阻燃剂为有机硅系阻燃剂与磺酸盐类阻燃剂或者磺酰胺盐类阻燃剂中的一种或者两种复配而成,复配阻燃剂发挥协效作用,进行制品的阻燃等级测试时,只需极小的添加量即可实现阻燃性能的提升。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,包括如下重量份数的组分:
聚碳酸酯80~98份;
聚对苯二甲酸乙二醇酯5~8份;
复合阻燃剂0.6~1.5份;
表面改性剂2~3份;
增韧剂2~8份;
复配抗氧剂0.6~2.5份;
润滑剂0.4~2.5份;
耐候剂0.3~1.2份;
所述复合阻燃剂为有机硅系阻燃剂与磺酸盐类阻燃剂、磺酰胺盐类阻燃剂中的一种或者多种复配而成。
2.根据权利要求1所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,所述有机硅系阻燃剂为八苯基环四硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷聚合物按1:2:5的质量比复配而成。
3.根据权利要求1所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,所述磺酸盐类阻燃剂为二苯甲砜磺酸钾、三氯苯基磺酸钠、全氟丁基磺酸钾中的一种或多种复配而成;所述磺酰胺盐类阻燃剂为三氟甲基磺酰胺钾或者双(三氟甲基磺酰)胺钾中的一种或多种复配而成。
4.根据权利要求1所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,包括如下重量份数的组分:
聚碳酸酯90份;
聚对苯二甲酸乙二醇酯5~8份;
有机硅系阻燃剂0.4~2.5份;
磺酸盐类阻燃剂和/或磺酰胺盐类阻燃剂0.1~0.6份;
表面改性剂2~3份;
增韧剂2~8份;
复配抗氧剂0.6~2.5份;
润滑剂0.4~2.5份;
耐候剂0.3~1.2份。
5.根据权利要求1所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,所述表面改性剂为硅油与纳米二氧化钛、纳米二氧化硅按照5:1:1的比例复配而成。
6.根据权利要求3所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物中的一种或两种复合而成。
7.根据权利要求1所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂,所述主抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯酯中的一种或多种;所述辅助抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种或多种。
8.根据权利要求1或3所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料,其特征在于,所述润滑剂包括内润滑剂和外润滑剂,所述内润滑剂为硬脂酸钙;所述外润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
9.如权利要求1至8所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)称取物料:按照配比称取聚碳酸酯、聚苯乙烯、复合阻燃剂、表面改性剂、增韧剂、复配抗氧剂、润滑剂与耐候剂;
(2)制备混合物:将聚碳酸酯在120~130℃的条件下干燥4~7h,直至聚碳酸酯的含水量低于0.01%,再将干燥后的聚碳酸酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯、复合阻燃剂、表面改性剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂、耐候剂放置于高混机,混合搅拌3~6min,得到混合物;
(3)熔融挤出:将上述步骤(2)制备的混合物送入双螺杆挤出机中挤出造粒;
(4)熔融挤出的聚碳酸酯经拉条、冷却、风干、切粒、干燥的工艺流程,获得透明阻燃聚碳酸酯材料成品。
10.根据权利要求9所述的一种透明阻燃聚碳酸酯材料的制备方法,其特征在于,所述双螺杆挤出机采用的工艺条件为:一区温度为180~210℃,二区温度为220~240℃、三区温度为230~250℃、四区温度为240~260℃、五区温度为240~270℃、六区温度为220~240℃,七区温度为220~240℃,八区温度为230~250℃,机头温度为230~270℃,双螺杆挤出机的长径比为40:1,双螺杆挤出机主机转速为320~400r/min,真空度-0.3~-0.6MPa。
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