CN111205616B - 一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法；所述合金包括：聚碳酸酯50‑80份，聚硅氧烷‑聚碳酸酯共聚物10‑40份，改性聚氨酯2‑15份，阻燃剂0.1‑3份，增韧剂2‑10份，抗滴落剂0.5‑1份，抗氧剂0.3‑2份，润滑剂0.2‑0.5份，紫外吸收剂0.2‑1份。该合金具有优良的阻燃性能，1.6mm厚度样条阻燃级别达到UL94‑V0级。同时在常规聚碳酸酯原料中加入聚硅氧烷‑聚碳酸酯共聚物和改性聚氨酯，在保证良好加工流动性的同时，更利于降低材料的内应力，提高材料在冷热交变条件下的冲击性能，可以应用在建筑业、工业、电子电气等耐寒耐热及阻燃要求高的场合，具有广泛的市场应用前景。

Description

一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯是一种性能优良的通用工程塑料，以其优异的冲击性能和耐热性能，被广泛应用于汽车、电子、家电等领域。同时，为了适应更多应用需求，改性聚碳酸酯的应用越来越受到人们的认可，耐候聚碳酸酯、阻燃聚碳酸酯等产品进一步拓宽了聚碳酸酯的应用。其中，有卤阻燃的聚碳酸酯产品中使用含卤阻燃剂，材料受热会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，易造成二次危害，同时对环境产生严重污染，因此无卤阻燃产品的开发越来越受到人们的关注。另外，由于聚碳酸酯的分子量通常较大，分子链刚性大，因此加工流动性较差，在使用中容易出现应力开裂的现象，并且由于聚碳酸酯的非结晶性，分子间的堆砌不够致密，在低温下性能会发生严重变化，特别是冲击性能下降明显，因此在使用环境恶劣苛刻，长期经受冷热变化的场合下，其应用受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于在保证阻燃性的基础上，提供一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，包括以下组分及重量份含量：
Figure BDA0002382419960000011
Figure BDA0002382419960000021
优选的，所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯，重均分子量为18000～30000。
优选的，所述的聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物，重均分子量为25000～40000。
优选的，所述的改性聚氨酯为有机硅改性聚氨酯；其中重均分子量为100000～300000，有机硅含量为20-70wt％。
优选的，所述的阻燃剂为磺酸盐类阻燃剂。优选为苯磺酰基磺酸钾(KSS)。
优选的，所述的增韧剂为含硅的核壳结构丙烯酸酯类聚合物。
优选的，所述的抗滴落剂为聚四氟乙烯。
优选的，所述的抗氧剂为市售抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或两种.
优选的，所述的润滑剂包括为硅油、硅酮粉、石蜡、硬脂酸、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种；
优选的，所述的紫外吸收剂包括苯并三唑和苯并三嗪中的一种。
本发明还提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
S1、将所述阻燃剂、增韧剂和用量为所述阻燃剂重量的10-15倍的聚碳酸酯在高速混合机混合均匀，从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒得到阻燃母粒；
S2、将所述阻燃母粒与聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物、改性聚氨酯、抗滴落剂、抗氧剂、润滑剂、紫外吸收剂和余下的聚碳酸酯在高速混合机中混合均匀后，从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒即得所述聚碳酸酯合金。
优选的，步骤S1和S2中高速混合机转速均选自100～300r/min，混合10～30min。
优选的，步骤S1和S2中所述的双螺杆挤出机均为同向旋转的双螺杆挤出机，螺杆的长径比为40～60，螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置。
优选的，所述的双螺杆挤出机的螺杆转速为400～800rpm，挤出温度为240～280℃，真空度大于0.09MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)常规无卤阻燃PC的低温韧性不好，使用了聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物和常规聚碳酸酯的混合物，同时加入了改性聚氨酯，明显改善低温韧性，并保证良好的加工流动性，使材料在冷热交变的工况下也能够保持优异的冲击性能；
2)无卤阻燃剂采用磺酸盐类，极少的添加量就可达到很好的阻燃效果；制备过程中通过阻燃母粒的方式加入，大幅提高的阻燃剂的分散分布效果，提高产品的阻燃稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
聚碳酸酯：韩国湖石公司的PC-1100，
聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物：SABIC公司的EXL1413T，
有机硅改性聚氨酯：AorTech公司的E5-325，重均分子量130000，有机硅含量35％，有机硅改性聚氨酯：AorTech公司的E5-860，重均分子量80000，有机硅含量15％，阻燃剂：Arichem公司的KSS-FR，
增韧剂：三菱丽阳公司的S-2030，
抗滴落剂：3M公司的MM5935EF；
抗氧剂：CIBA公司的Irganox 1076和Irganox168，其重量比为1：1，
润滑剂：市售的季戊四醇硬脂酸；
紫外吸收剂：BASF公司的Kemisorb 1600。
实施例1
本实施例，提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，具体步骤如下：
按照表1中的重量比称取各组分；
将称取的阻燃剂、增韧剂和部分聚碳酸酯在高速混合机混合，从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒得到阻燃母粒，所述的阻燃母粒中阻燃剂与聚碳酸酯的重量比为1：15；将阻燃母粒与其他剩余原料组分在高速混合机中混合，从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒得到样品。所述的螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，螺杆的长径比为50，螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置。螺杆转速为600rpm，挤出温度为260℃，真空度大于0.09MPa。
实施例2
本实施例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，原料重量比例见表1，制备方法基本同实施例1。
实施例3
本实施例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，原料重量比例见表1，制备方法基本同实施例1。
实施例4
本实施例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，原料重量比例见表1，制备方法基本同实施例1。
实施例5
本实施例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，原料重量比例见表1，制备方法基本同实施例1。
实施例6
本实施例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，原料重量比例见表1，制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，与实施例1相比，不添加聚硅氧烷聚碳酸酯共聚物。
对比例2
本对比例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，与实施例1相比，不添加聚碳酸酯。
对比例3
本对比例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，与实施例1相比，不添加改性聚氨酯。
对比例4
本对比例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，与实施例1相比，添加的有机硅改性聚氨酯为E5-860。
对比例5
本对比例提供了一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金及其制备方法，所述原料组分及重量比例与实施例1相同，不同之处在于使用一步混合法，制备方法如下：
(1)按照表1中的重量比称取各组分；
(2)将称取的所有原料在高速混合机中混合均匀，从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒得到样品。所述的双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，螺杆的长径比为40～60，螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置。螺杆转速为400～800rpm，挤出温度为240～280℃，真空度大于0.09MPa。
表1实施例与对比例各组分比例对应表
Figure BDA0002382419960000051
将实施例1～6和对比例1～5制备的聚碳酸酯合金树脂经过80℃干燥6h后，按照ASTM标准，在同一注塑条件下注塑成标准物性样条及阻燃样条，测试各个树脂组合物的物理性能和阻燃性能，具体的测试标准和条件见表2。冷热交变处理一周期的条件为：温度85℃/相对湿度85％RH，24h；-50℃，24h。表1中IZOD缺口冲击强度1/8(IZOD-3)是冲击样条经过10周期(20天)处理后测得的冲击强度。
表2物理性能、阻燃性及测试方法对应表
Figure BDA0002382419960000052
Figure BDA0002382419960000061
实施例1～6及对比例1～5的耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金树脂的物性和阻燃性测试结果见表3。其中，冲击保持率为IZOD-3/IZOD-1。
表3实施例与对比例物理性能和阻燃性对应表
Figure BDA0002382419960000062
从表3中数据可以看出，对比例1基体树脂只使用普通聚碳酸酯，与两种聚碳酸酯按不同比例复配的实施例1～4相比，低温冲击强度差；对比例2基体树脂只使用聚硅氧烷聚碳酸酯共聚物，与两种聚碳酸酯按不同比例复配的实施例1～4相比，加工流动性差，并且经过冷热交变实验后，性能下降明显，冲击保持率较低；对比例3与实施例1比较，表明只有两种聚碳酸酯复配而没有添加改性聚氨酯的合金，常温和低温冲击偏低，冷热交变实验后的冲击保持率也低于实施例1；对比例4使用有机硅改性聚氨酯E5-860(分子量为80000)，与实施例1相比，经过冷热交变处理后，冲击保持率不高，没有添加E5-325的效果好；对比例5使用一步法制备得到的样品，不同样条的阻燃性能在V0-V1之间波动，与实施例1相比，说明物料混合不均匀，使用母粒法更加稳定。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，其特征在于，所述聚碳酸酯合金包括以下组分及重量份含量：
Figure FDA0003556559010000011
所述的聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物，重均分子量为25000～40000；
所述的改性聚氨酯为有机硅改性聚氨酯；其中重均分子量为100000～300000，有机硅含量为20-70wt％；
所述无卤阻燃聚碳酸酯合金是采用包括以下步骤的方法制备而得：
S1、将所述阻燃剂、增韧剂和用量为所述阻燃剂重量的10-15倍的聚碳酸酯在高速混合机混合均匀，从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒得到阻燃母粒；
S2、将所述阻燃母粒与聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物、改性聚氨酯、抗滴落剂、抗氧剂、润滑剂、紫外吸收剂和余下的聚碳酸酯在高速混合机中混合均匀后，从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒即得所述聚碳酸酯合金。
2.根据权利要求1所述的耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯，重均分子量为18000～30000。
3.根据权利要求1所述的耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的阻燃剂为磺酸盐类阻燃剂。
4.根据权利要求1所述的耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的增韧剂为含硅的核壳结构丙烯酸酯类聚合物；所述的抗滴落剂为聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的抗氧剂为市售抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的润滑剂包括为硅油、硅酮粉、石蜡、硬脂酸、油酰胺、乙撑双硬酯酰胺中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的耐冷热交变的无卤阻燃聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的紫外吸收剂包括苯并三唑和苯并三嗪中的一种。
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