CN108164962A - 一种高反射,高阻燃,高韧性聚碳酸酯材料及其制备方法 - Google Patents

一种高反射,高阻燃,高韧性聚碳酸酯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料及其制备方法，由如下质量百分比的各原料组成：PC树脂65‑‑‑85％，阻燃剂4‑12％，增韧剂1‑‑‑5％，钛白粉6‑‑‑20％，抗紫外剂0.2‑‑‑2.0％，抗滴落剂0.1‑0.5％，脱模剂0.1‑‑‑0.5％；通过将原料干燥，混合，随后共混造粒，最后挤出、过水冷却、切粒过筛，得到产品。本发明的产品不仅具有高反射，高阻燃性能，而且具有高韧性。

Description

一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于工程塑料领域，具体涉及一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料及其制备方法。
背景技术
发光二极管作为绿色、环保、节能的光源越来越受到大众的青睐，但是，有与发光二极管点光源发光强度高，因此，需要使用反射罩混合和扩散发射自光源的光并将它反射回所期望的环境，而现有的反射罩常使用铝制反射罩和电镀塑料材料反射罩，这些材料存在安全隐患，同时回收困难。
聚碳酸酯材料是无定型高分子化合物，无味、透明；具有优良的机械、热及电性能，尤其是耐冲击韧性好，蠕变小，所得制品尺寸稳定性好。聚碳酸酯材料耐热性较好，可在--60℃～120℃温度范围内长期使用，聚碳酸酯材料热变形温度为138℃(1.82MPa)，其玻璃化温度为150℃，在220～230℃时呈熔融状态，热分解温度约310℃，吸水率低，为0.16％，聚碳酸酯材料耐燃性符合UL94V-2，属自熄级。正因为聚碳酸酯材料具有如此多的优点，因此它已广泛应用于电子电器、汽车、医药、食品包装、体育运动等领域。但是聚碳酸酯材料作为发光二极管的反射罩，需要具有高的反射率，以混合和扩散发射自光源的光并将它反射回所期望的环境，同时根据UL(Underwrites Laboratories)安规对发光二极管产品的防火特性做了明确规定，要求发光二极管外罩材料的阻燃等级达到UL94-0级，此外，发光二极管由于要用于照明，需要装饰在其他物件上，因此其反射罩需要通过高速穿孔，这就要求作为反射罩的聚碳酸酯材料的韧性好。专利201380018190.3中使用二苯基砜磺酸钾(KSS)和全氟丁基磺酸钾(Rimar)作为聚碳酸酯材料阻燃剂，只对聚碳酸酯材料有阻燃效果，且采用该专利做出高反射聚碳酸酯材料的韧性很差，同时专利201610513907.7使用磷氮系阻燃剂，磺酸盐阻燃剂，硅系阻燃剂中的一种或者两种，虽然达到了阻燃效果，但是并没有有效的提高聚碳酸酯的韧性，因此，其韧性、阻燃性、反射性不能平衡兼顾。
发明内容
本发明针对上述聚碳酸酯材料的韧性、阻燃性、反射性不能平衡兼顾的问题，本发明提供了一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料。
本发明采用的技术方案如下：
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比的各原料组成：
PC树脂 65-85％；
阻燃剂 4-12％；
增韧剂 1-5％；
钛白粉 6-20％；
抗紫外剂 0.2-2.0％；
抗滴落剂 0.1-0.5％；
脱模剂 0.1-0.5％；
所述PC树脂包括双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂，所述PC树脂的相对分子量为20000-30000；
所述脱模剂是硅酮。
本发明添加金红石钛白粉，可以将聚碳酸酯材料的透光率降低，光反射率提高，通过使用聚磷腈类的聚合物作为阻燃剂，且与金红石钛白粉配比，使之能产生协同作用，提高聚碳酸酯材料的反射率，同时，通过添加增韧剂，由于增韧剂为烯酸类聚合物，因此，能够改善阻燃剂、钛白粉和PC树脂的相容性、分散性，增强了聚碳酸酯材料的韧性和强度，此外，由于聚磷腈类的聚合物具有弹性，因此，选用聚磷腈类的聚合物作为阻燃剂可以增强材料的韧性，且与作为增韧剂的烯酸类聚合物产生协同作用，提高聚碳酸酯材料的韧性，且聚磷腈类的聚合物作为阻燃剂使得聚碳酸酯材料的阻燃等级达到UL94-0级。此外，共聚物还可进一步提高高阻燃、高反射聚碳酸酯材料的强度和韧性。同时通过防滴落剂的使用，解决聚碳酸酯材料燃烧时的滴落问题，所使用的防滴落剂为颗粒状的具有纤维化能力的聚四氟乙烯的分解温度在450℃以上，氧指数达到90，在聚碳酸酯材料体系中加入后，燃烧时形成均质的绝热屏蔽层，抑制了内部材料的进一步燃烧，并能防止熔体滴落，阻止了燃烧生成的挥发性分解物的外逸，从而隔绝了内部的聚碳酸酯材料与外界氧气的接触而起到阻燃作用。
优选的，所述钛白粉为金红石钛白粉。
优选的，所述金红石钛白粉的粒径为0.1-1.0μm。
优选的，所述金红石钛白粉表面包覆有三氧化二铝。
优选的，所述阻燃剂是聚二(苯氧基)磷腈、六(羟甲基)环三磷腈、2,4,6-三苯氧基-2,4,6-三(羟乙氧基)环三磷腈中一种或几种复配。
优选的，所述增韧剂包括乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的氢化物中的一种或几种。
优选的，所述防滴落剂是由苯乙烯和丙烯氰共聚物包覆的聚四氟乙烯纤维。
优选的，所述抗紫外剂是2-(2`-羟基-3`-叔丁基-5`-甲基)-5-氯-苯并三唑、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚、亚甲基双[6-苯并三氮唑-4-特辛基苯酚]中一种或几种。
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：
a、按配比称取增韧剂、阻燃剂、钛白粉、防滴落剂，抗紫外剂和脱膜剂，随后混合均匀，获得混合料1；
b、按配比称取PC树脂与经过步骤a获得的混合料1，随后混合均匀，获得混合料2；
c、经过步骤b获得的混合料2在双螺杆挤出机中共混造粒，获得混合料3；
d、将步骤c获得的混合料3经过挤出、过水冷却、切粒过筛，得到产品。
优选的，所述PC树脂、增韧剂、阻燃剂、钛白粉、防滴落剂、抗紫外剂和脱模剂在混合前充分干燥备用。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
从上述本发明的各项技术特征可以看出，其优点是：本发明通过合理配比设计，采用经过三氧化二铝包覆的金红石钛白粉与其他助剂先预分散混合均匀，随后与PC树脂混合均匀后再造粒，经过后序工程获得聚碳酸酯材料，增加了聚碳酸酯材料的高反射性，同时增韧剂的添加，提高了产品的韧性，且不降低材料反射率，且添加聚磷腈类高效阻燃剂能够提高聚碳酸酯的阻燃等级，且聚磷腈类高阻燃剂与采用三氧化二铝包覆的金红石钛白粉产生协同作用，使得聚碳酸酯的光反射率更高，阻燃效果更好。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯85％、乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯1％、六(羟甲基)环三磷腈5％、金红石钛白粉6％、聚四氟乙烯纤维0.5％、2-(2`-羟基-3`-叔丁基-5`-甲基)-5-氯-苯并三唑2％、硅酮0.5％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂、乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯、六(羟甲基)环三磷腈、金红石钛白粉、聚四氟乙烯纤维、2-(2`-羟基-3`-叔丁基-5`-甲基)-5-氯-苯并三唑、硅酮充分干燥，备用；
b、按配比称取乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯、六(羟甲基)环三磷腈、金红石钛白粉、聚四氟乙烯纤维、2-(2`-羟基-3`-叔丁基-5`-甲基)-5-氯-苯并三唑、硅酮、随后混合均匀，获得混合料1；
c、按配比称取双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂与经过步骤b获得的混合料1，随后混合均匀，获得混合料2；
d、经过步骤c获得的混合料2在双螺杆挤出机中共混造粒，获得混合料3；
e、将步骤d获得的混合料3经过挤出、过水冷却、切粒过筛，得到产品。
实施例2
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂80.6％、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯1％、二(苯氧基)磷腈12％、金红石钛白粉6％、聚四氟乙烯纤维0.1％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚0.2％、硅酮0.1％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
实施例3
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂70.6％、苯乙烯-马来酸酐共聚物4％、2,4,6-三苯氧基-2,4,6-三(羟乙氧基)环三磷腈10％、金红石钛白粉14％、聚四氟乙烯纤维0.5％、亚甲基双[6-苯并三氮唑-4-特辛基苯酚]0.6％、硅酮0.3％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
实施例4
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂77.6％、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的氢化物3％、二(苯氧基)磷腈+六(羟甲基)环三磷腈8％、金红石钛白粉10％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2`-羟基-3`-叔丁基-5`-甲基)-5-氯-苯并三唑0.6％、硅酮0.3％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
实施例5
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂66.4％、苯乙烯-马来酸酐共聚物4％、二(苯氧基)磷腈+六(羟甲基)环三磷腈8％、金红石钛白粉20％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚0.6％、硅酮0.5％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
实施例6
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂77.6％、苯乙烯-马来酸酐共聚物3％、二(苯氧基)磷腈+六(羟甲基)环三磷腈4％、金红石钛白粉14％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2`-羟基-3`-叔丁基-5`-甲基)-5-氯-苯并三唑0.6％、硅酮0.3％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
实施例7
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂80.5％、乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯2％、二(苯氧基)磷腈+六(羟甲基)环三磷腈7.6％、金红石钛白粉8％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚1.0％、硅酮0.4％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
实施例8
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂65％、乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯2％、二(苯氧基)磷腈+六(羟甲基)环三磷腈11.5％、金红石钛白粉20％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚0.6％、硅酮0.4％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
实施例9
一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂78.5％、乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯2％、二(苯氧基)磷腈+六(羟甲基)环三磷腈12％，金红石钛白粉6％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚0.6％、硅酮0.4％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本实施例所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
对比例1
一种聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂80.5％、乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯2％、硅系阻燃剂(MR-01)7.6％、金红石钛白粉8％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚1.0％、硅酮0.4％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本对比例所述的一种聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
对比例2
一种聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂87.5％、乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯2％、磺酸盐阻燃剂(RM65)0.6％、金红石钛白粉8％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚1.0％、硅酮0.4％。
其中，双酚A型芳香族碳酸酯的分子量为20000-30000。
其中，所述金红石钛白粉包覆有三氧化二铝。
本对比例所述的一种聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
对比例3
一种聚碳酸酯材料，由如下质量百分比原料组成：双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂80.5％、二(苯氧基)磷腈+六(羟甲基)环三磷腈12％、金红石钛白粉9％、聚四氟乙烯0.5％、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚0.6％、硅酮0.4％。
本对比例所述的一种聚碳酸酯材料，其制备方法如实施例1。
为了验证本发明的技术效果，对实施例1～9以及对比例1～3的聚碳酸酯材料进行性能测试。利用Gretag Macbeth Coloreye分光光度计(D65光源，10度观测器，包括UV)并以从360至750nm的10纳米(nm)的间隔来测量树脂的反射率水平，例如，对3.2mm厚的板加以测量。以从360至750nm的10nm的波长间隔进行测量。在680nm处的反射率值用来定义每种材料配方的最大百分比反射率。实施例1～9以及对比例1～3的聚碳酸酯材料的性能参数如表1所示。
表1 实施例1～9以及对比例1～3的聚碳酸酯材料的性能参数
从表1中可以看出，对比例3未添加增韧剂，其断裂伸长率降低至20％，悬臂梁缺口冲击强度降低至8.8kJ/m2，说明未添加增韧剂的聚碳酸酯材料的韧性很差，但由于聚磷腈类聚合物和金红石钛白粉产生协同作用，具有较高的反射率；对比例2选用磺酸盐阻燃剂等材料作为阻燃剂添加，同时添加增韧剂，虽然断裂伸长率增长至35％，悬臂梁缺口冲击强度35kJ/m2，在一定程度上增加了聚碳酸酯材料的韧性，但是反射率有一定程度的降低,,并且阻燃有影响,,只能达到V-1级。对比例1选用硅系阻燃剂等材料作为阻燃剂添加，同时添加增韧剂，虽然断裂伸长率增长至40％，悬臂梁缺口冲击强度35kJ/m2，在一定程度上增加了聚碳酸酯材料的韧性，但是反射率有一定程度的降低,,。从表1可以看出，本发明制备的聚碳酸酯材料通过选用聚磷腈类聚合物作为阻燃剂，聚磷腈类聚合物和增韧剂产生协同作用，使得制备出的聚碳酸酯材料的反光率高达97.8％，且阻燃等级达到UL94-0级，同时断裂伸长率达到92.2％，同时拉伸强度达到60.8Mpa，不仅使得制备的产品的阻燃效果达到标准，而且制备的产品具有优异的韧性，悬臂梁缺口冲击强度达到52kJ/m2，保持了较高的悬臂梁缺口冲击强度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，由如下质量百分比的各原料组成：
PC树脂 65-85％；
阻燃剂 4-12％；
增韧剂 1-5％；
钛白粉 6-20％；
抗紫外剂 0.2-2.0％；
抗滴落剂 0.1-0.5％；
脱模剂 0.1-0.5％；
所述PC树脂包括双酚A型芳香族聚碳酸酯树脂，所述PC树脂的相对分子量为20000-30000；
所述脱模剂是硅酮。
2.根据权利要求1所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述钛白粉为金红石钛白粉。
3.根据权利要求2所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述金红石钛白粉的粒径为0.1-1.0μm。
4.根据权利要求3所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述金红石钛白粉表面包覆有三氧化二铝。
5.根据权利要求1所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述阻燃剂是聚二(苯氧基)磷腈、六(羟甲基)环三磷腈、2,4,6-三苯氧基-2,4,6-三(羟乙氧基)环三磷腈中一种或几种复配。
6.根据权利要求1所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述增韧剂包括乙烯-丙烯酸乙酯-丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的氢化物中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述防滴落剂是由苯乙烯和丙烯氰共聚物包覆的聚四氟乙烯纤维。
8.根据权利要求1所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料，其特征在于，所述抗紫外剂是2-(2`-羟基-3`-叔丁基-5`-甲基)-5-氯-苯并三唑、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚、亚甲基双[6-苯并三氮唑-4-特辛基苯酚]中一种或几种。
9.一种权利要求1-8任一项所述的高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、按配比称取增韧剂、阻燃剂、钛白粉、防滴落剂、抗紫外剂和脱膜剂，随后混合均匀，获得混合料1；
b、按配比称取PC树脂与经过步骤a获得的混合料1，随后混合均匀，获得混合料2；
c、经过步骤b获得的混合料2在双螺杆挤出机中共混造粒，获得混合料3；
d、将步骤c获得的混合料3经过挤出、过水冷却、切粒过筛，得到产品。
10.根据权利要求9所述的一种高反射，高阻燃，高韧性聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于，所述PC树脂、增韧剂、阻燃剂、钛白粉、防滴落剂、抗紫外剂和脱模剂在混合前充分干燥备用。
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