CN114031921A

CN114031921A - 一种绿色耐候的无卤阻燃pc组合物及其制备方法和应用

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Publication number: CN114031921A
Application number: CN202111437017.XA
Authority: CN
Inventors: 袁刚; 敬新柯; 夏建盟; 祝润生; 孙力强; 赵锐刚; 何世鹏
Original assignee: Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd; Jiangsu Kingfa New Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd; Jiangsu Kingfa New Material Co Ltd
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2041-11-29
Also published as: CN114031921B

Abstract

本发明公开了一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物及其制备方法和应用。本发明的绿色耐候的无卤阻燃PC组合物，包括如下重量份的组分：PC 65～85份，无卤阻燃剂8～15份，紫外吸收剂0.1～2份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份，绿色复合颜料0.2～2份；所述绿色复合颜料为钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄按照质量比50:(1～15)：(1～250)：(1～250)的混合物。通过钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄混合后，可获得着色效率高、卤素含量极低，且耐候性能优异的绿色复合颜料；所述绿色复合颜料用于PC体系中，协同紫外吸收剂和抗氧剂有效提高了PC的耐候性能，同时绿色效果好。

Description

一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚碳酸酯(PC)无色透明，耐热性能好，抗冲击强度高，但其不耐紫外光，长期暴露于紫外线中易变色、发黄。随着全球安全、环保规范的持续推出，在工具外壳、开关、接插件等家用电器方面，要求使用的塑料材料具有无卤以及良好的阻燃性能，卤素含量标准必须符合RoHS和REACH要求(要求卤素含量≤1500ppm)，阻燃性必须达到V0级。

传统的绿色PC材料，通常是在PC基材中加入绿色颜料，已达到良好的绿色显色效果。目前市面上常用的绿色着色剂主要分为两类：无机绿色着色剂(如钴绿)，和有机绿色着色剂——酞菁绿或蒽醌绿。而无机绿色着色剂，由于其着色效果较差，已渐渐被淘汰。

酞菁绿的分子式为C₃₂H₃Cl₁₅CuN₈，其含有530000PPm的卤素(氯元素)，加至PC基材中，即使使用无卤阻燃剂，也无法制得卤素含量≤1500ppm的无卤阻燃PC组合物，极大地限制了绿色PC材料的应用领域。同时，由于酞菁绿的耐老化性能差，在添加酞菁绿后PC材料的耐候性能劣化严重。而蒽醌绿在PC材料中易析出，会导致材料变色严重。

现有技术中已有报道，使用蓝色和黄色有机颜料复配，得到绿色的塑料制品，但目前使用的有机颜料制得塑料制品的耐候性能仍无法满足实际要求。

因此，需要开发出一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的卤素含量高、耐候性能差缺陷，提供一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物。

本发明的另一目的在于提供上述无卤阻燃PC组合物的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述无卤阻燃PC组合物的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物，包括如下重量份的组分：

PC 65～85份，

无卤阻燃剂8～15份，

紫外吸收剂0.1～2份，

润滑剂0.1～1份，

抗氧剂0.1～1份，

绿色复合颜料0.2～2份；

所述绿色复合颜料为钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄按照质量比50:(1～15)：(1～250)：(1～250)的混合物。

钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄混合后，可获得着色效率高、卤素含量极低，且耐候性能优异的绿色复合颜料。用于PC体系中，协同紫外吸收剂和抗氧剂有效提高了PC的耐候性能，且不会造成PC组合物的卤素含量上升，同时绿色着色力高。

本发明所述酞菁蓝，分子式为C₃₂H₁₆CuN₈，卤素含量≤1000ppm，酞菁蓝中的卤素主要为生产过程中引入的杂质Cl元素。本发明所述偶氮黄，分子式为C₁₉H₁₀N₄O₂，不含卤素。

酞菁蓝与偶氮黄复配后，在PC体系中耐候性优异；炭黑与酞菁蓝和偶氮黄混合后，炭黑可以均匀的分散在酞菁蓝和偶氮黄分子之间，从而更好地吸收光的能量，进一步提升材料的耐候性和阻燃性能。

发明人研究发现，虽然黄色颜料和蓝色颜料复配也可获得绿色着色效果，但除酞菁蓝和偶氮黄之外，其他的黄色颜料和蓝色颜料或着色力较差、或易析出，或耐温性、耐候性较差，复配使用无法使得无卤阻燃PC组合物兼具优异的绿色效果和耐候性能。

优选地，所述绿色复合颜料中钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄的质量比为10:(1～2)：(5～20)：(5～20)。

绿色复合颜料满足上述质量比时，PC组合物的耐候性能更优。

优选地，所述绿色复合颜料的平均粒径为0.03μm～0.07μm。

优选地，所述PC在300℃、1.2kg条件下的熔体流动速率为8～22g/10min。

所述熔体流动速率的检测方法按照GB/T 3682-2000。

优选地，所述无卤阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)(简称BDP)、氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或几种。

更优选地，所述无卤阻燃剂为BDP。

优选地，所述紫外吸收剂为苯并三唑类紫外吸收剂。

可选地，所述苯并三唑类紫外吸收剂为2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三氮唑、2-(2'-羟基-3'，5'-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑或2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)-苯并三唑中的一种或几种。

优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或受阻胺类抗氧剂。

可选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。

优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照质量比(1～2):1的混合物。

优选地，所述润滑剂为多元醇酯润滑剂(PETS)和/或改性乙撑双脂肪酸酰胺润滑剂(TAF)。

本发明还保护上述无卤阻燃PC组合物的制备方法，包括如下步骤：

将PC、无卤阻燃剂、紫外吸收剂、润滑剂、抗氧剂和绿色复合颜料混合后，加至挤出机中，经熔融混合、挤出造粒，得到所述无卤阻燃PC组合物。

优选地，所述PC、无卤阻燃剂、紫外吸收剂、润滑剂、抗氧剂和绿色复合颜料混合后，通过失重式计量秤加至挤出机。

优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机，挤出温度为240～270℃，螺杆转速为300～600rpm，螺杆长径比为40～48:1。

本发明还保护上述无卤阻燃PC组合物在制备绿色的家用电器、电子电器中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明开发了一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物。通过钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄混合后，可获得着色效率高、卤素含量极低，且耐候性能优异的绿色复合颜料。所述绿色复合颜料用于PC体系中，协同紫外吸收剂和抗氧剂有效提高了PC的耐候性能，且不会造成PC组合物的卤素含量上升，同时绿色效果好。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；

实施例及对比例中使用的绿色复合颜料由钛白粉、炭黑、蓝色颜料、黄色颜料混合复配、再根据粒径大小筛分得到，具体如下：

平行实验的实施例及对比例中使用的抗氧剂、润滑剂均相同。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1～20

实施例1～20分别提供一种无卤阻燃PC组合物，组分含量见表1，制备方法如下：

按照表1将PC、无卤阻燃剂、紫外吸收剂、润滑剂、抗氧剂和绿色复合颜料混合后，通过失重式计量秤加至双螺杆挤出机中，经熔融混合、挤出造粒，得到无卤阻燃PC组合物；

其中挤出温度为240～270℃，螺杆转速为300～600rpm，螺杆长径比为40～48:1。

表1实施例1～20的无卤阻燃PC组合物的组分含量(重量份)

对比例1～7

对比例1～7分别提供一种无卤阻燃PC组合物，组分含量见表2，制备方法与实施例相同。

表2对比例1～7的无卤阻燃PC组合物的组分含量(重量份)

性能测试

对上述实施例及对比例制得的无卤阻燃PC组合物进行性能测试，具体方法如下：

卤素含量：按照EN 14582-2016标准方法检测：氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)的含量以及总卤素含量。

阻燃性能：按照ANSI/UL 94-2018，试样尺寸为125*13*3mm；

耐候性能：按照GB/T16422.3-2014，采用UVA-340灯管，辐照度0.76w/m²(340nm)、黑板温度为60℃、8h，冷凝温度50℃、4h；总测试时长1000小时；使用分光光度仪(爱色丽公司，X-rite 7000A)测试试样无紫外灯辐照处理(老化前)、及紫外灯辐照1000小时后(老化后)的色差变化，色差变化使用△E表示，要求△E≤2.0；

绿色着色力：按照CIE 1976标准方法检测无卤阻燃PC组合物的色值(L*,a*,b*)，测试仪器：X-rite 7000A，测试温度：24℃；其中a*值越大，代表绿色值越低，a*值越小，代表绿色值越高。当a*≤-10.0时，代表绿色着色力较高。

实施例1～20的测试结果见表3，对比例1～6的测试结果见表4。

表3实施例1～20的测试结果

根据表3的测试结果，可以看出，本发明各实施例制备的无卤阻燃PC组合物的阻燃均为V-0等级，阻燃性能优异；卤素含量极低，均≤200ppm；耐候性能良好，经1000小时老化处理后△E≤2.0；同时材料绿色效果好，绿色着色力高。

由实施例1～8的测试结果，可以看出，实施例1～8制备的无卤阻燃PC组合物均满足了a*≤-10.0的绿色着色率要求，绿色着色力高，已可以实现良好的绿色着色效果；其中绿色复合颜料中钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄在质量比为10:(1～2)：(5～20)：(5～20)范围内时(即实施例1、2、5、6)，无卤阻燃PC组合物的△E更小，耐候性能更优。其中实施例4的a*为-34.5，实施例8的a*为-37.2，虽然绿色着色力略好，但实施例4和实施例8的△E较高，说明耐候性能略差；结合两种性能来看，实施例1～8中，实施例1、2、5、6的卤阻燃PC组合物的耐候和绿色效果的综合性能较优。

由实施例1、实施例9～11，绿色复合颜料的平均粒径为0.03μm～0.07μm时，绿色着色力更高，无卤阻燃PC组合物的绿色效果更好。

由实施例1、实施例12、13，PC在300℃、1.2kg条件下的熔体流动速率为8～22g/10min时，无卤阻燃PC组合物的耐候性能更优。

由实施例1、实施例14、15，紫外吸收剂为苯并三唑类紫外吸收剂时，无卤阻燃PC组合物的△E显著更小，耐候性能更优

表4对比例1～6的测试结果

根据表4的测试结果，对比例1中酞菁蓝替换为群青蓝，绿色复合颜料的着色力低，无卤阻燃PC组合物的绿色效果较差，a*仅为-3.5；且耐候性能略差。对比例2中酞菁蓝替换为蒽醌蓝，无卤阻燃PC组合物的△E为7.8，耐候性能较差。对比例3中偶氮黄替换为钛黄，对比例4中偶氮黄替换为喹啉黄，制得的无卤阻燃PC组合物均无法兼具良好的绿色效果和耐候性能。

对比例5和6中，未使用蓝色和黄色颜料复配，而是直接添加酞菁绿或蒽醌绿，无卤阻燃PC组合物的耐候性能差。并且对比例5制得的PC组合物卤素含量极高，不满足无卤要求；对比例6制得的无卤阻燃PC组合物中蒽醌绿有析出，绿色效果差。

对比例7中，绿色复合颜料不含炭黑，无卤阻燃PC组合物的耐候性较差，△E为9.3，且阻燃等级为V1。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种绿色耐候的无卤阻燃PC组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：

PC 65～85份，无卤阻燃剂8～15份，紫外吸收剂0.1～2份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～1份，绿色复合颜料0.2～2份；

2.根据权利要求1所述无卤阻燃PC组合物，其特征在于，所述绿色复合颜料中钛白粉、炭黑、酞菁蓝和偶氮黄的质量比为10:(1～2)：(5～20)：(5～20)。

3.根据权利要求1所述无卤阻燃PC组合物，其特征在于，所述绿色复合颜料的平均粒径为0.03～0.07μm。

4.根据权利要求1所述无卤阻燃PC组合物，其特征在于，所述PC在300℃、1.2kg条件下的熔体流动速率为8～22g/10min。

5.根据权利要求1所述无卤阻燃PC组合物，其特征在于，所述无卤阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)、氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述无卤阻燃PC组合物，其特征在于，所述紫外吸收剂为苯并三唑类紫外吸收剂。

7.根据权利要求1所述无卤阻燃PC组合物，其特征在于，所述润滑剂为多元醇酯润滑剂和/或乙撑双脂肪酸酰胺润滑剂。

8.权利要求1～7任一项所述无卤阻燃PC组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机，挤出温度为240～270℃，螺杆转速为300～600rpm，螺杆长径比为40～48:1。

10.权利要求1～7任一项所述无卤阻燃PC组合物在制备绿色的家用电器、电子电器中的应用。