CN110183836B - 一种改性工程塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程塑料的技术领域，公开了一种改性工程塑料及其制备方法，工程塑料包括如下重量份的组分：80‑90份PC树脂；4‑6份稳定剂；2‑5份增韧剂；5‑10份润滑剂；3‑5份抗氧剂BHT；还包括无卤阻燃剂，所述无卤阻燃剂包括7‑10份对氨基苯硼酸和3‑6份氢氧化镁。本发明具有以下优点和效果：氢氧化镁和对氨基苯硼酸具有协同阻燃效应，一方面可减少氢氧化镁的用量，另一方面氧化镁保护膜和B‑O‑C炭层形成双层的阻燃结构，因此具有更好的阻燃效果。

Description

一种改性工程塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料的技术领域，尤其是涉及一种改性工程塑料及其制备方法。
背景技术
工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料，具备耐高温、耐腐蚀、耐磨性等良好性能，因而可代替金属做某些机械零件。
绝大多数的塑料都是可燃性物质，而塑料的建筑材料、交通运输材料、家用电器材料等都需要塑料制品不燃烧，有良好的阻燃性能，要求塑料在大火中的发烟度要小。为此，在塑料配方中，选择添加阻燃剂就变得非常重要了。
目前大多是通过在树脂基体中添加低价高效的含卤阻燃剂来获得较好的阻燃效果，但是含卤阻燃剂在燃烧时不仅发烟量大，而且会产生毒性、腐蚀性气体或一些致癌物质，容易造成环境污染，因此仍有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种改性工程塑料，避免使用含卤阻燃剂导致环境污染的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种改性工程塑料，工程塑料包括如下重量份的组分：
80-90份PC树脂；
4-6份稳定剂；
2-5份增韧剂；
5-10份润滑剂；
3-5份抗氧剂BHT；
还包括无卤阻燃剂，所述无卤阻燃剂包括5-10份对氨基苯硼酸和3-6份氢氧化镁。
通过采用上述技术方案，氢氧化镁受热分解释放结晶水，蒸发出水蒸汽，吸收大量燃烧热，降低材料的表面温度，使高聚物的热分解和燃烧率降低；水蒸汽稀释可燃性气体的浓度，并具有一定冷却作用；对氨基苯硼酸的加入可促进PC树脂形成膨胀稳定的炭层，从而有效防止滴落；氢氧化镁热解形成的氧化镁与燃烧时塑料表面的碳化产物结合生成覆盖层，避免塑料表面与氧气接触又可阻止小分子的可燃性气体逸出，达到阻燃效果；对氨基苯硼酸形成的B-O-C炭层更坚固且稳定，由此，氢氧化镁和对氨基苯硼酸具有协同阻燃效应，一方面可减少氢氧化镁的用量，另一方面氧化镁保护膜和B-O-C炭层形成双层的阻燃结构，因此具有更好的阻燃效果；对氨基苯硼酸为有机物，可改善因氢氧化镁作为无机物对PC力学性能的恶化，提高阻燃性能的同时具有提高PC树脂基材的力学性能的效果；由于苯环是六元不饱和碳环，含碳量较高，可以提高燃烧时形成的炭层的致密性，从而提高阻燃性能；抗氧剂BHT能抑制或延缓PC树脂的氧化降解而延长使用寿命。
本发明进一步设置为：按重量份数计，所述无卤阻燃剂还包括4-7份聚磷酸铵和3-5份10-20％氢氧化钠溶液。
通过采用上述技术方案，燃烧时，氢氧化镁蒸发出结晶水，聚磷酸铵可在强碱氢氧化钠的作用下分解得到磷酸根离子，且聚磷酸铵中的氮元素在受热时释放出氨气等难燃性气体，可使炭层多孔膨胀，阻隔小颗粒和可燃小分子的扩散；另一方面，聚磷酸铵分解得到的磷酸根离子和对氨基苯硼酸产生协同效果，硼、磷之间可能形成配位键，增强阻燃效果并有利于提高稳定性；氨基易于发生热反应，促进氢氧化镁、对氨基苯硼酸和PC树脂的结合，有利于提高力学性能。
本发明进一步设置为：所述无卤阻燃剂还包括7-9份聚二甲基硅氧烷和5-7份过氧化甲乙酮。
通过采用上述技术方案，在引发剂过氧化甲乙酮的作用和温度为75-85℃的条件下，聚二甲基硅烷接枝改性PC树脂，可提高PC树脂和氢氧化镁以及对氨基苯硼酸的相容性，有利于提高PC树脂的阻燃性能；同时，聚二甲基硅氧烷可和聚磷酸铵以及对氨基苯硼酸产生协同作用，聚磷酸铵在燃烧过程中产生氨气，促进对氨基苯硼酸燃烧产生的物质的发泡从而形成阻隔层，聚二甲基硅烷促进聚磷酸铵与对氨基苯硼酸的发泡作用，使产生的阻隔层更牢固致密，增强阻燃效果；聚二甲基硅氧烷的分子链较柔顺，有利于提高PC树脂的拉伸强度。
本发明进一步设置为：所述增韧剂为乙丙橡胶。
通过采用上述技术方案，乙丙橡胶作为增韧剂，可增强PC树脂的力学性能。
本发明进一步设置为：所述润滑剂为脂肪酸酰胺。
通过采用上述技术方案，脂肪酸酰胺兼具外部和内部润滑作用。
本发明进一步设置为：所述稳定剂为二月桂酸二丁基锡。
通过采用上述技术方案，二月桂酸二丁基锡具有优良的润滑性、透明性、耐候性，有利于提高PC树脂的整体性能。
本发明进一步设置为：还包括5-8份填料，所述填料为滑石粉。
通过采用上述技术方案，滑石粉增强PC树脂的硬度和刚性。
本发明的另一目的在于提供一种改性工程塑料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，70-78℃混合20-25min，混合机的混合速度650-700r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚磷酸铵、氢氧化钠、聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，45-60℃搅拌10-15min，搅拌速度400-450r/min，再以速度650-700r/min搅拌35-40min，搅拌过程中温度升至75-85℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，50-65℃搅拌15-20min，搅拌速度500-550r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为250-300℃，螺杆转速为300-360rpm/min。
通过采用上述技术方案，首先将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸混合，初步得到具有阻燃性能的改性工程塑料；然后将聚磷酸铵、氢氧化钠、聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮混入，进一步增强工程塑料的阻燃性能和力学性能；最后加入稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料，由挤出机挤出制备得到改性工程塑料。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.氢氧化镁受热分解释放结晶水，蒸发出水蒸汽，吸收大量燃烧热，降低材料的表面温度，使高聚物的热分解和燃烧率降低；水蒸汽稀释可燃性气体的浓度，并具有一定冷却作用；对氨基苯硼酸的加入可促进PC树脂形成膨胀稳定的炭层，从而有效防止滴落；热解形成的氧化镁与燃烧时塑料表面的碳化产物结合生成覆盖层，避免塑料表面与氧气接触又可阻止小分子的可燃性气体逸出，达到阻燃效果；对氨基苯硼酸形成的B-O-C炭层坚固且稳定，由此，氢氧化镁和对氨基苯硼酸具有协同阻燃效应，一方面可减少氢氧化镁的用量，另一方面氧化镁保护膜和B-O-C炭层形成双层的阻燃结构，因此具有更好的阻燃效果；对氨基苯硼酸为有机物，可改善因氢氧化镁作为无机物对PC力学性能的恶化，提高阻燃性能的同时具有提高PC树脂基材的力学性能的效果，且由于苯环是六元不饱和碳环，含碳量较高，可以提高燃烧时形成的炭层的致密性；抗氧剂BHT能抑制或延缓PC树脂的氧化降解而延长使用寿命；
2.氢氧化镁蒸发出结晶水，聚磷酸铵可在强碱氢氧化钠的作用下分解得到磷酸根离子，且聚磷酸铵中的氮元素在受热时释放出氨气等难燃性气体，可使炭层多孔膨胀，阻隔小颗粒和可燃小分子的扩散；另一方面，聚磷酸铵分解得到的磷酸根离子和对氨基苯硼酸产生协同效果，硼、磷之间可能形成配位键，提高阻燃剂的稳定性；氨基易于发生热反应，促进氢氧化镁、对氨基苯硼酸和PC树脂的结合，有利于提高力学性能；
3.聚二甲基硅氧烷可和聚磷酸铵以及对氨基苯硼酸产生协同作用，聚磷酸铵在燃烧过程中产生氨气，促进对氨基苯硼酸燃烧产生的物质的发泡从而形成阻隔层，聚二甲基硅烷促进聚磷酸铵与对氨基苯硼酸的发泡作用，使产生的阻隔层更牢固致密，增强阻燃效果。
具体实施方式
实施例1
改性工程塑料的各组分如表1-1所示，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，75℃混合21min，混合机的混合速度680r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚磷酸铵、12％氢氧化钠溶液、聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，50℃搅拌10min，搅拌速度400r/min，再以速度650r/min搅拌38min，搅拌过程中温度升至81℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，55℃搅拌18min，搅拌速度500r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为260℃，螺杆转速为300rpm/min。
实施例2
与实施例1的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-1所示，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，77℃混合25min，混合机的混合速度700r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚磷酸铵、15％氢氧化钠溶液、聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，50℃搅拌13min，搅拌速度420r/min，再以速度700r/min搅拌40min，搅拌过程中温度升至85℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，60℃搅拌20min，搅拌速度550r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为280℃，螺杆转速为340rpm/min。
对比例1
与实施例1的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-1所示，且组分中不添加聚磷酸铵、氢氧化钠溶液和聚二甲基硅氧烷，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，73℃混合22min，混合机的混合速度650r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，45℃搅拌15min，搅拌速度420r/min，再以速度660r/min搅拌35min，搅拌过程中温度升至78℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，55℃搅拌16min，搅拌速度520r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为275℃，螺杆转速为310rpm/min。
对比例2
与对比例1的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-1所示，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，75℃混合23min，混合机的混合速度660r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，50℃搅拌15min，搅拌速度450r/min，再以速度690r/min搅拌38min，搅拌过程中温度升至82℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，55℃搅拌18min，搅拌速度500r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为290℃，螺杆转速为300rpm/min。
对比例3
与实施例1的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-1所示，且组分中不添加聚磷酸铵和氢氧化钠溶液，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，75℃混合22min，混合机的混合速度680r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，50℃搅拌10min，搅拌速度400r/min，再以速度680r/min搅拌38min，搅拌过程中温度升至83℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，55℃搅拌18min，搅拌速度500r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为280℃，螺杆转速为330rpm/min。
对比例4
与对比例3的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-1所示，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，78℃混合8min，混合机的混合速度690r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，58℃搅拌12min，搅拌速度430r/min，再以速度700r/min搅拌40min，搅拌过程中温度升至85℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，60℃搅拌20min，搅拌速度540r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为300℃，螺杆转速为360rpm/min。
对比例5
与实施例1的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-2所示，且组分中的聚磷酸铵替换为红磷，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，76℃混合23min，混合机的混合速度650r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将红磷、18％氢氧化钠溶液、聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，45℃搅拌15min，搅拌速度420r/min，再以速度660r/min搅拌35min，搅拌过程中温度升至79℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，55℃搅拌16min，搅拌速度520r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为265℃，螺杆转速为310rpm/min。
对比例6
与对比例5的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-2所示，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，78℃混合25min，混合机的混合速度700r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将红磷、20％氢氧化钠溶液、聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，56℃搅拌15min，搅拌速度450r/min，再以速度690r/min搅拌35min，搅拌过程中温度升至83℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，60℃搅拌19min，搅拌速度550r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为285℃，螺杆转速为350rpm/min。
对比例7
与实施例1的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-2所示，且组分中不添加聚二甲基硅氧烷，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，75℃混合24min，混合机的混合速度680r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚磷酸铵、14％氢氧化钠溶液和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，50℃搅拌10min，搅拌速度400r/min，再以速度670r/min搅拌38min，搅拌过程中温度升至75℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，55℃搅拌18min，搅拌速度500r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为255℃，螺杆转速为330rpm/min。
对比例8
与对比例7的区别在于，按重量份数计，改性工程塑料的各组分如表1-2所示，改性工程塑料的制备方法包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，78℃混合25min，混合机的混合速度690r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚磷酸铵、16％氢氧化钠溶液和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，58℃搅拌12min，搅拌速度430r/min，再以速度700r/min搅拌40min，搅拌过程中温度升至80℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，60℃搅拌20min，搅拌速度540r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为275℃，螺杆转速为360rpm/min。
采用氧指数测定仪检测上述实施例1-2以及对比例1-8的极限氧指数(LOI)，按GB/T5454—1997《纺织批品燃烧性能测定氧指数测定法》测试，样条尺寸为80mm×10mm×4mm。
采用万能材料试验机对上述实施例1-2及对比例1-8进行单位面积的拉伸强度检测，拉伸强度测试方法根据GB1040-92塑料拉伸性能试验方法。
表1-1改性工程塑料的氧指数和拉伸强度的检测结果
Figure BDA0002060527900000121
Figure BDA0002060527900000131
表1-2改性工程塑料的氧指数和拉伸强度的检测结果
Figure BDA0002060527900000132
注：LOI的数值越大，则阻燃性能越好；拉伸强度的数值越大，则拉伸强度更高。
以上具体实施方式的实施例和对比例均为本发明的较佳范例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改性工程塑料，其特征在于：工程塑料包括如下重量份的组分：
80-90份PC树脂；
4-6份稳定剂；
2-5份增韧剂；
5-10份润滑剂；
3-5份抗氧剂BHT；
还包括无卤阻燃剂，所述无卤阻燃剂包括5-10份对氨基苯硼酸、3-6份氢氧化镁、4-7份聚磷酸铵、3-5份10-20%氢氧化钠溶液、7-9份聚二甲基硅氧烷和5-7份过氧化甲乙酮。
2.根据权利要求1所述的一种改性工程塑料，其特征在于：所述增韧剂为乙丙橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种改性工程塑料，其特征在于：所述润滑剂为脂肪酸酰胺。
4.根据权利要求1所述的一种改性工程塑料，其特征在于：所述稳定剂为二月桂酸二丁基锡。
5.根据权利要求1所述的一种改性工程塑料，其特征在于：还包括5-8份填料，所述填料为滑石粉。
6.权利要求1所述的一种改性工程塑料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各原料；
S2、将PC树脂、氢氧化镁和对氨基苯硼酸加入到混合机中，70-78℃混合20-25min，混合机的混合速度650-700r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将聚磷酸铵、氢氧化钠、聚二甲基硅氧烷和过氧化甲乙酮加入步骤S2得到的预混物中，45-60℃搅拌10-15min，搅拌速度400-450r/min，再以速度650-700r/min搅拌35-40min，搅拌过程中温度升至75-85℃，升温速度为4℃/min，得到混合料，冷却至室温；
S4、将稳定剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和填料加入步骤S3得到的混合料中，50-65℃搅拌15-20min，搅拌速度500-550r/min，得到备用混合物，将备用混合物在单螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为250-300℃，螺杆转速为300-360r/min。
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