CN114045002A - 一种无卤阻燃abs合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃ABS合金材料及其制备方法，属于高分子材料领域。本发明无卤阻燃ABS合金材料包括以下重量份的组分：ABS树脂75～90份，DIDOPO阻燃剂13～20份，成炭剂10～20份，阻燃协效剂2～5份，相容剂3～6份，抗氧剂0.2～0.7份，润滑剂0.2～0.4份。同时公开了这种无卤阻燃ABS合金材料的制备方法。本发明的无卤阻燃ABS合金材料在满足UL94 V0 2.0mm阻燃性能的前提下，拉伸强度在43‑46MPa，悬臂梁缺口冲击强度达到15‑27KJ/m2，同时具有良好的阻燃性能和力学性能。本发明的无卤阻燃ABS合金材料综合性能优异，制备工艺简单，适用于阻燃材料制备中的应用。

Description

一种无卤阻燃ABS合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种无卤阻燃ABS合金材料及其制备方法。
背景技术
市面上ABS通用的阻燃产品，用量广泛的为溴锑阻燃，总添加量在15-20％左右，阻燃稳定、物性也满足使用要求。但随着时间发展，减少和防止卤素类阻燃剂对环境和人类健康的不良影响成为高分子材料行业迫切需要解决的问题。无卤阻燃型高分子因为低毒、环保等优点备受青睐，具有广阔的应用情景。现有无卤阻燃ABS，通常通过添加30-50％左右的无机金属化合物来达到阻燃目的，无机金属化合物本身与ABS之间存在着化学性质和宏观物理形态上的差异，不能有效亲和，出现无机化合物和ABS之间相容性存在不好的问题，并且较大比例的粉体填充，容易在ABS材料中分散不均出现粉体团聚，成为应力集中点，从而使得材料性能恶化，导致材料在加工成型过程容易出现脆裂，难以满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种无卤阻燃ABS合金材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种无卤阻燃ABS合金材料，包括以下重量份的组分：ABS树脂75～90份，DIDOPO阻燃剂13～20份，成炭剂10～20份，阻燃协效剂2～5份，相容剂3～6份，抗氧剂0.2～0.7份，润滑剂0.2～0.4份。
ABS树脂是个复杂的多相体系，包括了丙烯腈、苯乙烯、丁二烯三个不同的相，包括苯乙烯及丁二烯两个极易燃的相，而各相的燃烧机理各有差异，因而使得单一阻燃剂的加入难以实现阻燃效果。对于ABS树脂的无卤阻燃要有针对性其加工温度高，使得普通膨胀型阻燃剂不能与之有效的进行热匹配。因此本发明选用耐热性高的阻燃剂，通过“三源一体”的多组分膨胀型阻燃剂达到良好的阻燃效果。由于ABS树脂中不含氧，使得膨胀型阻燃剂中酸源产生的酸对其脱水酯化效果变差。基于此，本发明通过向ABS树脂分子主链引入氧元素提高其在膨胀型阻燃剂下的阻燃性能。本发明还针对ABS成炭性差的问题，通过加入高效的磷氮系阻燃剂及成炭剂进行共混改性，在满足阻燃要求的前提下，使材料的力学性能达到使用要求。
作为本发明的优选实施方式，所述无卤阻燃ABS合金材料包括以下重量份的组分：ABS树脂75～90份，DIDOPO阻燃剂15～20份，成炭剂10～20份，阻燃协效剂2～5份，相容剂4～6份，抗氧剂0.2～0.7份，润滑剂0.2～0.4份。
发明人通过研究发现，DOPO类阻燃剂在高温下，形成炭层，具有优异的隔热效果。除外，其受热分解生成的磷酸、偏磷酸和聚磷酸覆盖于聚合材料表面，与受热分解产生的不燃气体共同阻断空气，终止了自由基链反应，发挥磷氮协同效应。
作为本发明的优选实施方式，所述ABS树脂的质量与DIDOPO阻燃剂和阻燃协效剂质量之和的比为：ABS树脂：(DIDOPO阻燃剂+阻燃协效剂)＝(4～5)：1。
发明人通过研究发现，本发明只需要添加ABS树脂质量20％～25％的阻燃剂和协效阻燃剂便可达到UL94 V0 2.0mm阻燃性能，交少的添加量克服了传统无卤阻燃材料为了达到阻燃效果，粉末与ABS树脂不相容的问题。
作为本发明的优选实施方式，所述成炭剂包括尼龙6和/或聚对苯二甲酸丁二酯。
发明人通过研究发现，尼龙6和/或聚对苯二甲酸丁二酯作为成炭剂和部分磷腈类化合物反应，可以提高基体的交联度，进而提高炭层强度。
作为本发明的优选实施方式，所述阻燃协效剂包括硼酸锌。
作为本发明的优选实施方式，所述相容剂包括乙烯丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯接枝马来酸酐和马来酰亚胺中的至少一种。
作为本发明的优选实施方式，所述润滑剂包括季戊四醇硬脂酸酯和/或乙撑双硬脂酰胺。
作为本发明的优选实施方式，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的至少一种。
本发明还提供了上述任一无卤阻燃ABS合金材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按重量份比例称取ABS合金材料制备原料的各组分；
(2)将步骤(1)中各组分充分混合，得到混合料；
(3)将混合料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，注塑成型得到无卤阻燃ABS合金材料。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(3)中，挤出造粒的条件为210-235℃下，挤出机螺杆的长径比为L/D＝42：1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明DOPO类阻燃剂在高温下，形成炭层，使得ABS合金材料具有优异的隔热效果。
(2)本发明ABS合金材料中部分磷腈类化合物和与成炭剂反应，提高基体的交联度，进而提高炭层强度，料性能具有良好的力学性能。
(3)本发明ABS合金材料受热分解生成的磷酸、偏磷酸和聚磷酸覆盖于聚合材料表面，与受热分解产生的不燃气体共同阻断空气，终止了自由基链反应，发挥磷氮协同效应，取得了良好的阻燃效果。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例和对比例对本发明作进一步说明。
本发明实施例和对比例中采用的原材料信息如表1所示。
表1实施例1-4和对比例1-6的原材料信息
Figure BDA0003441804050000041
本发明使用的含磷阻燃剂为自制DI-DOPO，具体的制备方法为：在惰性气体保护的圆底烧瓶加入干燥的四氢呋喃溶液，而加入DOPO衍生物加温至DOPO衍生物熔融或完全溶解，再通过蠕动泵将三烯烷基胺滴加到烧瓶中，保持溶剂恒温回流1h后，自然冷却至室温，然后进行抽滤所得沉淀物，进行洗涤干燥即得黄色粉末状DI-DOPO。
实施例1-5
本发明实施例1-5分别为本发明无卤阻燃ABS合金材料的一种实施例。材料的制备原料包括以下重量份的组分：ABS树脂75～90份、DIDOPO阻燃剂13～20份、成炭剂10～20份、阻燃协效剂2～5份、相容剂3～6份、抗氧剂0.2～0.7份、润滑剂0.2～0.4份。其制备方法为：按比例称取ABS和成炭剂，分别放入烘箱100℃烘烤2-3h，加入搅拌机中，然后按比例称取相容剂、抗氧剂、润滑剂添加其中，搅拌3分钟后，加入长径比了L/D＝42：1的双螺杆中挤出造粒，其挤出温度在210-235℃之间，即得成品粒子，而后通过注塑机注塑成型。依据ISO 5272:2012的标准测试方法，测试合金材料的拉伸强度；依据ISO 180:2000的标准测试方法，测试合金材料的悬臂梁缺口冲击强度；依据UL 94 2015的标准测试方法，测试合金材料的阻燃性能。具体的实施例1-5制备原料的配比和性能测试结果如表2所示。
对比例1-6
对比例1-6为本发明实施例缺少某一种组分制备出的材料。除制备原料的组分种类和比例与实施例1-5不同外，材料的制备和测试方法均与实施例1-5相同。对比例1-6的制备原料各组分的比例和材料性能测试结果如表2所示。
表2实施例1-5和对比例1-6的原料组成及性能测试结果
Figure BDA0003441804050000051
Figure BDA0003441804050000061
从上表看出，本发明所述无卤阻燃ABS合金材料能达到良好的力学性能(拉伸强度在40MPa以上，悬臂梁缺口冲击在15KJ/m2以上)和较好的阻燃性能：实施例1的性能对比其他对照组材料，在兼具良好阻燃性能的同时，力学性能最好。相较于成炭剂的选择，PA6对材料冲击性能影响更小。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：ABS树脂75～90份，DIDOPO阻燃剂13～20份，成炭剂10～20份，阻燃协效剂2～5份，相容剂3～6份，抗氧剂0.2～0.7份，润滑剂0.2～0.4份。
2.根据权利要求1所述无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：ABS树脂75～90份，DIDOPO阻燃剂15～20份，成炭剂10～20份，阻燃协效剂2～5份，相容剂4～6份，抗氧剂0.2～0.7份，润滑剂0.2～0.4份。
3.根据权利要求1所述无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，所述ABS树脂的质量与DIDOPO阻燃剂和阻燃协效剂质量之和的比为：ABS树脂：(DIDOPO阻燃剂+阻燃协效剂)＝(4～5)：1。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，所述成炭剂包括尼龙6和/或聚对苯二甲酸丁二酯。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，所述阻燃协效剂包括硼酸锌。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，所述相容剂包括乙烯丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯接枝马来酸酐和马来酰亚胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，所述润滑剂包括季戊四醇硬脂酸酯和/或乙撑双硬脂酰胺。
8.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS合金材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的至少一种。
9.如权利要求1-8中任一项所述无卤阻燃ABS合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)按重量份比例称取ABS合金材料制备原料的各组分；(2)将步骤(1)中各组分充分混合，得到混合料；(3)将混合料挤出造粒，注塑成型得到无卤阻燃ABS合金材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，挤出造粒的条件为210-235℃下，挤出机螺杆的长径比为L/D＝42：1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101845197A (zh) * 2009-03-25 2010-09-29 上海锦湖日丽塑料有限公司 一种高性能无卤阻燃abs改性树脂及其制备方法
CN110643066A (zh) * 2019-10-18 2020-01-03 广东聚航新材料研究院有限公司 一种新型磷氮阻燃剂及其制备方法
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