CN109912942B - 一种低载体pbt专用阻燃母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低载体PBT专用阻燃母粒及其制备方法，本发明采用新的阻燃剂配方体系，针对PBT高性能阻燃母粒进行深度研发，研发低载体、高GWIT高CTI的PBT专用阻燃母粒。本发明以溴化聚苯乙烯为主，加入磷氮系阻燃剂，磷酸锑，预处理的PBT粉末以及分散剂制成，其中分散剂由润滑剂PETS‑T和酯化E蜡组成，其中PBT进行低温液氮磨粉工艺处理，使其与阻燃剂成分融合更加彻底，PBT粉末作为阻燃母粒的组分，可以使PBT专用阻燃母粒和后续PBT树脂快速融合，达到极佳的阻燃效果。

Description

一种低载体PBT专用阻燃母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料PBT专用阻燃母粒的技术领域，具体涉及一种低载体PBT专用阻燃母粒及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸丁二醇酯，英文名polybutylene terephthalate（简称PBT），属于聚酯系列，是由1.4-pbt丁二醇(1.4-Butylene glycol)与对苯二甲酸(PTA)或者对苯二甲酸酯(DMT)聚缩合而成，并经由混炼程序制成的乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯树脂。环保的阻燃母粒都是以十溴二苯乙烷或者溴化环氧树脂母粒为主，具有载体好，分散好，其溴含量高，热稳定性好，抗紫外线性能佳，较其他溴系阻燃剂的渗出性低，阻燃效果优异，但是添加量多，对于材料的流动性和机械性能都会造成影响。

RoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准，针对材料的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯都做了限定，后续可能会加严。因为研发更加环保而且安全可靠的母粒是将来研发的重点，尤其是低载体且不影响材料性能的环保母粒研发，在智能家电、新能源汽车蓬勃发展的现在，高CWIT高阻燃在无人化的工作状态下，也变得尤其重要。

我国在食品、家用电器和汽车类电子电器中，渐渐越来越重视环保和Rohs检测，包括国内格力、美的、格兰仕和公牛等，都要求使用环保符合Rohs的材料，以及保证材料的优异性能。

常规的阻燃母粒是溴系阻燃剂中的十溴二苯乙烷和三氧化二锑复合而成，母粒在PBT成品中的比例是12%~20%，也不会针对某一款材料进行深度研发，其中十溴二苯乙烷的比例是8~10%，加的阻燃剂越多，阻燃效果越好,但是会使材料的流动性和机械性能变差，因此需要高阻燃性能又满足材料高流动和高机械性能的环保阻燃母粒，是未来阻燃母粒发展的趋势。

因此，研究一种低载体PBT专用阻燃母粒，在保证阻燃性能的同时保证高机械性能与高流动性，是进入智能时代所迫切需要的高性能材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景问题中提出的问题，提供一种低载体PBT专用阻燃母粒及其制备方法，它能够保证高阻燃性能的同时又满足材料的高流动和高机械性能。

本发明的目的是这样实现的：一种低载体PBT专用阻燃母粒，主要包含预处理的PBT粉末、溴化聚苯乙烯、磷氮系阻燃剂、磷酸锑和分散剂，其组分按质量百分数配比为：

预处理的PBT粉末 6~9%；

溴化聚苯乙烯 55~66%；

磷氮系阻燃剂 20~28%；

磷酸锑 5%；

分散剂 2%。

所述预处理的PBT粉末是PBT树脂颗粒经循环式液氮冷却，通过高速粉碎机的辊刀破壁预处理后，以气辅粉碎进行切割、研磨而成的粉末。

所述PBT树脂的PBT特性粘度为0.8 dl/g，所述预处理的PBT粉末目数大于1200目。

所述磷酸锑325目筛除物≤0.5%。

所述磷氮系阻燃剂是无卤OP系列阻燃剂，磷含量＞25%，降解温度＞300℃，粒径分布≤100µm。

所述分散剂是由PETS-T和酯化E蜡组合而成，所述PETS-T的皂化值＞200 mg，所述酯化E蜡的特性粘度为15-20 dl/g，皂化值为150-180mg。

所述PETS-T：酯化E蜡在阻燃母粒中的比例为1%:1%。

所述溴化聚苯乙烯的溴含量≥66%，耐温性达到210℃。

一种低载体PBT专用阻燃母粒的制备方法，步骤如下：

步骤一：将PBT树脂颗粒使用循环式液氮冷却，在低温下实现树脂颗粒脆化易粉碎状态后，进入高速粉碎机的研磨腔体内，经过辊刀破壁预处理后，通过气辅粉碎进行细磨,PBT树脂被切割、研磨成粉末状，粉末目数达到1200目以上，通过风机经过密封运输管道运至储料仓；

步骤二：将经预处理的PBT粉末、溴化聚苯乙烯、磷氮系阻燃剂、磷酸锑、PETS-T和酯化E蜡置于对应的失重式喂料机中；

步骤三：材料通过失重式喂料机自动称重，失重式喂料机精度误差小于0.3%，落料、熔融，熔融挤出的温度分段控制2段220℃，3、4段240℃，5~7段210℃，8~10段200℃，11段195℃，机头温度225℃，挤出机螺杆转速是500~600rpm，螺杆长径比为44：1。

步骤四:材料经水槽冷却，过水有效长度1.1~1.4m, 分二段冷却，头段过水长度0.75米左右，二段0.5m左右，后经带除水辅助降温的装置干燥；

步骤五：材料切粒，切粒机转速900±25rpm, PBT阻燃母粒被切成颗粒状，粒径φ2~3mm，长度3±1mm；

步骤六：震动筛选、自动运输原料的提升装置对材料进行冷却和提升、物料储存至储料仓、分袋称重包装，得到低载体PBT专用阻燃母粒。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

1. 阻燃母粒中的PBT作为组分载体，可以使得后期阻燃母粒和PBT树脂混合时，阻燃母粒中的PBT组分可以快速和主基料PBT快速融合。

2. 针对PBT树脂进行液氮磨粉处理，达到1200目，可以使PBT粉末在阻燃母粒中分布更均匀，再通过风机经过密封运输管道运至储料仓，避免二次污染，储料仓收集后作为PBT专用阻燃母粒的PBT组分，在阻燃母粒中分散均匀的PBT组分可以后续和PBT主基材快速融合。

3. 使用溴化聚苯乙烯和磷氮系阻燃剂的新阻燃体系，两种阻燃剂都有极高的阻燃性，溴化聚苯乙烯是溴系有机阻燃剂，具有高阻燃性，磷氮系阻燃剂具备极高的分散性和润滑性的特点，OP系列阻燃剂是以次膦酸盐的主，磷含量达到25%以上，OP阻燃剂通过膨胀达到阻燃效果，在塑料表面形成一个稳定的、隔热效果很好的保护层，进而减少氧气进入、并且能防止聚合物的滴落，可以有效的满足高GWIT的要求。

4. 有卤和无卤阻燃剂复配，弥补了各自的缺点，复配磷酸锑作为阻燃体系的协效剂，磷酸锑作为催化剂，在后续的加工中，阻燃体系可以和PBT主基材融合，并保证了其高阻燃性，满足阻燃UL94 5VA阻燃级。

5. 分散剂中使用的PETS-T，在高温下具有良好的热稳定性和低挥发性；良好的脱模和流动性能；突出的热稳定性使它在加工过程，不会发生降解，PETS-T的高效性，允许它的使用量低于大多数传统的润滑剂，利于材料中其他组分成核。

6. 分散剂中的酯化E蜡，具有非常强的极性中心的很长的非极性碳链。其结构中在极性上与塑料相容的部分起内润滑作用，在极性上与塑料不相容的部分起外润滑和脱模的作用，与其他组分能很好的相容。

7. 在本发明各组分的配比下，成品PBT材料加工过程，低载体阻燃母粒和PBT主基材不会出现分层现象，不会出现扬尘现象，客户清理方便，不会对环境造成二次污染，PBT成品只需要8~10%阻燃母粒载体，就是达到UL94的5VA阻燃级，GWIT≥900℃，CTI≥350V，低含量载体对改性的PBT成品材料，机械性能影响小，不含玻纤阻燃PBT成品的熔体流动速率可大于45 g/10min（250℃，2.16kg）, 缺口冲击强度大于4KJ/m2。

具体实施方案

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1-6

实施例1-6的一种低载体PBT专用阻燃母粒的PBT成品。

按重量份数计见下表：

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							PBT树脂粉末	6%	7%	8%	9%	9%	9%
溴化聚苯乙烯	66%	63%	60%	57%	56%	55%
							磷酸锑	5%	5%	5%	5%	5%	5%
磷氮系阻燃剂	21%	23%	25%	27%	28%	29%
							PETS-T	1%	1%	1%	1%	1%	1%
酯化E蜡	1%	1%	1%	1%	1%	1%

在实施例1-6中，PBT树脂的PBT特性粘度为0.8 dl/g，粉碎后目数达到1200目；溴化聚苯乙烯其中的溴含量≥66%，耐温性达到210℃；磷氮系阻燃剂采用OP系列无卤阻燃材料，磷含量在＞25%，降解温度＞300℃，粒径分布≤100µm；磷酸锑采用超细材料，325目筛除物≤0.5%。，分散剂采用PETS-T，皂化值最高可达200 mg 以上（KOG/g），有突出的热稳定性，分散剂采用酯化E蜡，特性粘度15-20 dl/g，皂化值150-180mg （KOG/g）。

基于实施例5，对比例1中使用0.8dl/g PBT树脂颗粒，未进行磨粉处理。

基于实施例5，对比例2中不添加磷氮系OP系列阻燃剂，使用84%溴化聚苯乙烯。

基于实施例5，对比例3中不添加磷酸锑，磷氮系阻燃剂比例为33%。

基于实施例5，对比例4中使用2%的PETS-T，未添加酯化E酯。

对实施例和对比例所得高阻燃PBT载体母粒，和PBT制造成品后，在不含玻纤的情况下，进行机械性能的检测：

熔体流动速率按照ISO 1133进行检测，250℃/2.16KG的条件下进行检测。

GWIT按IEC 60695-2-13标准进行检验，样条尺寸厚度：1mm

CTI按 IEC60112标准进行检验。样条尺寸（mm）：φ50mmX 4（厚度），

测试结果见下表：

所制成品经过Rohs检测，铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯等所有指标未检出，材料安全环保。

从上表可以看出，溴化聚苯乙烯和磷氮系阻燃剂在一定比例的调整中，尤其在溴化聚苯乙烯：无卤OP系列阻燃剂在阻燃母粒中的比例为2：1时，材料的流动性和机械性能都到达了较高的水准，从而保证了制件的强度，同时灼热丝阻燃性能和漏电起痕也未有明显下降，灼热丝满足900℃的要求，CTI满足350V的要求。随着溴化聚苯乙烯含量增高，材料的溶体流动速率会变低，随之缺口冲击强度也会变低，不能满足要求，而随着溴化聚苯乙烯含量下降，GWIT衰减严重。

更换的普通分散剂，材料的流动性和阻燃性能相比本发明出现了明显的下降，各组分融合的不均匀。优选分散剂由PETS-T和酯化E蜡组合而成，其比例在阻燃母粒中分配比为1%:1%，PBT专用阻燃母粒载体在PBT成品中只需要8~10%的比例，即可满足高流动性和高机械性能，以及GWIT 900℃和CTI 350V的较高标准。

同时，将本发明的实施例5与对比例1进行比对，我们可以直观地发现，由于对比例1使用0.8dl/g PBT树脂颗粒，未进行磨粉处理，其熔体流动速率、缺口冲击强度和灼热丝性能均低于实施例5。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低载体PBT专用阻燃母粒，其特征在于：主要包含预处理的PBT粉末、溴化聚苯乙烯、磷氮系阻燃剂、磷酸锑和分散剂；

其组分按质量百分数配比为：

预处理的PBT粉末 6~9%；

溴化聚苯乙烯 55~66%；

磷氮系阻燃剂 21~29%；

磷酸锑 5%；

分散剂 2%；

所述预处理的PBT粉末是PBT树脂颗粒先经循环式液氮冷却，后通过高速粉碎机粉碎、研磨而成的粉末；所述PBT树脂的特性粘度为0.8dL/g，所述预处理的PBT粉末目数大于1200目；所述磷氮系阻燃剂是无卤OP系列阻燃剂，磷含量＞25%，降解温度＞300℃，粒径分布≤100µm；所述分散剂是由PETS-T和酯化E蜡组合而成，所述PETS-T的皂化值＞200 mg，所述酯化E蜡的特性粘度为15-20 dL/g，皂化值为150-180mg。

2.根据权利要求1所述的一种低载体PBT专用阻燃母粒，其特征在于：所述磷酸锑325目筛除物≤0.5%。

3.根据权利要求1所述的一种低载体PBT专用阻燃母粒，其特征在于：所述PETS-T：酯化E蜡在阻燃母粒中的比例为1%:1%。

4.根据权利要求1所述的一种低载体PBT专用阻燃母粒，其特征在于：所述溴化聚苯乙烯的溴含量≥66%，耐温性达到210℃。

5.根据权利要求1~4任一所述的一种低载体PBT专用阻燃母粒的制备方法，其特征在于：

其步骤如下：

步骤一：将PBT树脂颗粒使用循环式液氮冷却，在低温下实现树脂颗粒脆化易粉碎状态后，进入高速粉碎机的研磨腔体内，经过辊刀破壁预处理后，通过气辅粉碎进行细磨, PBT树脂被切割、研磨成粉末状，粉末目数达到1200目以上，通过风机经过密封运输管道运至储料仓；

步骤二：将经预处理的PBT粉末、溴化聚苯乙烯、磷氮系阻燃剂、磷酸锑、PETS-T和酯化E蜡置于对应的失重式喂料机中；

步骤三：材料通过失重式喂料机自动称重，落料、熔融，熔融挤出的温度分段控制2段220℃，3、4段240℃，5~7段210℃，8~10段200℃，11段195℃，机头温度225℃，挤出机螺杆转速是500~600rpm，螺杆长径比为44：1；

步骤四：材料经水槽冷却，过水有效长度1.1~1.4m, 分二段冷却，头段过水长度0.75m，二段0.5m，后经带除水辅助降温的装置干燥；

步骤五：材料切粒，切粒机转速900±25rpm, PBT阻燃母粒被切成颗粒状，粒径φ2~3mm，长度3±1mm；

步骤六：震动筛选、自动运输原料的提升装置对材料进行冷却和提升、物料储存至储料仓、分袋称重包装，得到低载体PBT专用阻燃母粒。