CN109111677B - 一种低烟密度的ul94-5va级阻燃abs材料及其制备方法 - Google Patents

一种低烟密度的ul94-5va级阻燃abs材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低烟密度的UL94‑5VA级阻燃ABS材料及其制备方法。这种ABS材料是由以下质量百分比的原料组成：ABS树脂55.5％～76.5％；溴系阻燃剂8％～16％；协效阻燃剂2％～6％；镁盐晶须2％～10％；水洗蒙脱土3％～10％；增韧剂3％～8％；抗氧剂0.1％～0.3％；润滑剂0.2％～0.5％。同时也公开了这种低烟密度的UL94‑5VA级阻燃ABS材料的制备方法。本发明制备方法简单，工艺操作易于实现，所制得ABS复合材料可以满足家电、汽车、电子电气行业对产品安全性的要求。

Description

一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料及其制备方法。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料，广泛应用于电子、家电、汽车、建筑、生活用品等领域。ABS是良好的绝缘材料，其电性能不随温度和湿度的改变而变化很大。
与多数有机高分子材料一样，ABS树脂为可燃材料，其极限氧指数低(18.3％-18.8％)，按UL94标准属于HB级别。ABS着火时燃烧速度快，并且放出大量毒气和黑烟，会给人们的生命安全和生存环境带来极大的威胁，不利于实际应用。因此，人们对阻燃ABS进行了大量研究工作，很多商品化的阻燃ABS树脂已推向市场。
近年来电子电气、通讯、机电设备向高性能微型化发展，对材料的阻燃性能要求越来越高。常规的阻燃ABS材料大多都能满足UL94-V0的要求，但阻燃等级却难以进一步提高至UL94-5V级别，尤其是薄壁小制件的UL94-5VA级。同时燃烧对人们最大的威胁不是火焰，而是烟气，目前ABS的阻燃改性主要还是集中在防止燃烧上，而在一定程度上忽视了降低燃烧发烟量的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料及其制备方法，以满足家电、汽车、电子电气行业对产品安全性的要求。本发明所述的低烟密度是指ABS材料按照GB/T8627-2007标准进行测试的烟密度等级≤75。
本发明所采取的技术方案是：
一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，是由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0001732439090000011
Figure BDA0001732439090000021
ABS树脂中的橡胶含量为12wt％～16wt％。
溴系阻燃剂为溴代三嗪、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、四溴双酚A、溴化环氧树脂中的至少一种。
协效阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠中的至少一种。
镁盐晶须为水合碱式硫酸镁晶须，其直径为1μm～5μm，长度为50μm～2000μm。
水洗蒙脱土平均粒径D50＜40μm，平均晶片厚度＜25nm，平均层间距为0.45nm～0.55nm。
增韧剂为甲基丙烯酸甲醋一丁二烯一苯乙烯三元共聚物、ABS高胶粉、丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯系嵌段共聚物、聚烯烃弹性体中的至少一种。
抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
润滑剂为脂肪酰胺类润滑剂。
这种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将ABS树脂干燥，备用；
2)按上述的组成称取原料，混合均匀，得到混合料；
3)将混合料加入双螺杆挤出机中挤出，造粒，干燥，得到低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料。
本发明的有益效果是：
本发明制备方法简单，工艺操作易于实现，所制得ABS复合材料可以满足家电、汽车、电子电气行业对产品安全性的要求。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明引入水洗蒙脱土，通过水合原理，扩大蒙脱石层间距，加大比表面积，提高纯度，使其具有良好的分散性能，从而使高聚物与蒙脱土有更好的界面相容性，起到协效阻燃作用。
2、加入镁盐晶须制得的阻燃ABS材料在燃烧时，水合碱式硫酸镁晶须脱水反应可以吸收大量的外界热量从而降低基体材料的温度，而且脱水生成的水蒸气不仅能稀释火焰区气体的温度，还能吸收燃烧产生的烟雾，从而很好的解决了阻燃ABS燃烧烟气量过大的问题，对材料的刚性有一定的改善；
3、蒙脱土和镁盐晶须的协同作用，即使在较少的添加量下，材料也不仅可以顺利通过1.5mm5VA测试，而且烟密度等级可以达到现行的通用标准75以下，同时材料刚性大幅提升，体现出了出人意料的效果，综合性能优异。
具体实施方式
一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，是由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0001732439090000031
优选的，一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，是由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0001732439090000032
进一步的，低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料各原料的质量总和为100％。
优选的，ABS树脂中的橡胶含量为12wt％～16wt％，可选自上海高桥石化的8391、天津大沽的DG-417中的至少一种。
优选的，溴系阻燃剂为溴代三嗪、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、四溴双酚A、溴化环氧树脂中的至少一种；进一步优选的，溴系阻燃剂为溴代三嗪、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯。
优选的，协效阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠中的至少一种；进一步优选的，协效阻燃剂为三氧化二锑、锑酸钠中的至少一种。
优选的，镁盐晶须为水合碱式硫酸镁晶须(MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O)，其直径为1μm～5μm，长度为50μm～2000μm。
优选的，水洗蒙脱土平均粒径D50＜40μm，平均晶片厚度＜25nm，平均层间距为0.45nm～0.55nm。
优选的，增韧剂为甲基丙烯酸甲醋一丁二烯一苯乙烯三元共聚物、ABS高胶粉、丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯系嵌段共聚物、聚烯烃弹性体中的至少一种；进一步优选的，增韧剂为甲基丙烯酸甲醋一丁二烯一苯乙烯三元共聚物、ABS高胶粉中的至少一种；再进一步优选的，增韧剂为ABS高胶粉。
优选的，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；进一步优选的，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂以质量比1:1组成的复配物；受阻酚类抗氧剂优选为抗氧剂1010，即四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168，即(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯。
优选的，润滑剂为脂肪酰胺类润滑剂；进一步优选的，润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)。
这种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将ABS树脂干燥，备用；
2)按上述的组成称取原料，混合均匀，得到混合料；
3)将混合料加入双螺杆挤出机中挤出，造粒，干燥，得到低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料。
优选的，制备方法的步骤1)中，干燥是指在80℃下干燥至少4h。
优选的，制备方法的步骤2)中，混合是在450r/min～550r/min下搅拌5min～8min。
优选的，制备方法的步骤3)中，双螺杆挤出机的加工温度为190℃～200℃，螺杆的转速为250r/min～300r/min。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
实施例1～5和对比例1～5制备的ABS复合材料的原料组成如表1所示。ABS材料的制备方法如下：将各原料在80℃下干燥4h后加入高速搅拌机，调整搅拌机转速至500r/min，搅拌5min，再转入双螺杆挤出机，挤出、冷却、造粒、干燥，得到ABS复合材料。
先对ABS复合材料进行干燥，再注塑成型为标准测试样条，进行性能测试。注塑成型的工艺条件：射嘴温度为210℃，各区温度为210℃、200℃、190℃，保压时间为2～4s，注射压力为40～60MPa。标准样条测试结果如表2所示。
表1实施例1～5和对比例1～5的ABS复合材料的原料组成表
Figure BDA0001732439090000051
表1中所用的材料说明如下：
ABS：DG-417，天津大沽；
增韧剂：HR181，韩国锦湖；
溴系阻燃剂：RDT-8，寿光卫东；
三氧化二锑：99.5％，日星；
水洗蒙脱土：TZ-MMT，喜嘉化工；
抗氧剂：Irganox 1010、Irganox 168，巴斯夫，Irganox 1010和Irganox 168的质量比为1:1。
表2实施例1～5和对比例1～5的ABS复合材料的性能测试数据
Figure BDA0001732439090000052
Figure BDA0001732439090000061
表2中的测试方法说明如下：
拉伸强度：按照ASTM D638标准进行测试；
弯曲强度：按照ASTM D790标准进行测试；
弯曲模量：按照ASTM D790标准进行测试；
缺口冲击强度：按照ASTM D256标准进行测试；
阻燃性能：V0级和5V级按照UL94标准进行测试；
烟密度等级：按照GB/T8627-2007标准进行测试。
由表2对比例1、3、4可以看出，镁盐晶须的引入，很好的解决了阻燃ABS燃烧烟气量过大的问题，材料的刚性(弯曲强度、模量)有明显提升。体系中使用水洗蒙脱土，对阻燃有一定的协效作用，在溴锑阻燃剂使用量较少的情况下亦可以达到1.5mmV0。但单独使用镁盐晶须和水洗蒙脱土都无法通过5VA测试。对比例2可以看出硼酸锌也有较好的抑烟效果，但对材料的力学性能影响太大。由实施例1-5可以看出，蒙脱土和晶须的协同作用，即使在较少的添加量下，材料也不仅可以顺利通过1.5mm5VA测试，而且烟密度等级可以达到现行的通用标准75以下，同时材料刚性大幅提升，体现出了出人意料的效果，综合性能优异。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：
ABS树脂 64.5%~71.5%；
溴系阻燃剂 10%~14%；
协效阻燃剂 2%~4%；
镁盐晶须 3%~8%；
水洗蒙脱土 4%~8%；
增韧剂 5%~7%；
抗氧剂 0.1%~0.3%；
润滑剂 0.2%~0.3%；
所述溴系阻燃剂为溴代三嗪；
所述协效阻燃剂为三氧化二锑；
所述镁盐晶须为水合碱式硫酸镁晶须，其直径为1μm~5μm，长度为50μm~2000μm；
所述水洗蒙脱土平均粒径D50＜40μm，平均晶片厚度＜25nm，平均层间距为0.45nm~0.55nm；
所述低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料各原料的质量总和为100%；
所述的低烟密度是指阻燃ABS材料按照GB/T8627-2007标准进行测试的烟密度等级≤75。
2.根据权利要求1所述的一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，其特征在于：ABS树脂中的橡胶含量为12wt%~16wt%。
3.根据权利要求1所述的一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，其特征在于：增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、ABS高胶粉、丙烯酸酯类聚合物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯系嵌段共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，其特征在于：抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料，其特征在于：润滑剂为脂肪酰胺类润滑剂。
6.一种低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将ABS树脂干燥，备用；
2）按权利要求1~5任一项所述的组成称取原料，混合均匀，得到混合料；
3）将混合料加入双螺杆挤出机中挤出，造粒，干燥，得到低烟密度的UL94-5VA级阻燃ABS材料。
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