CN115725166A - 一种低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，包括下述质量份数的组分：封端聚碳酸酯母粒60‑80份；玻璃纤维5‑40份；相容剂1‑5份；除气味母粒1‑10份；复合阻燃母粒1‑5份；抗氧剂0.1‑1份；所述抗氧剂为1010、1076、168、608、PEPQ等中的一种或两种以上的组合；所述封端聚碳酸酯母粒的选用标准为在温度在300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述的玻璃纤维的直径为5～13um，上述原料混合后经挤出机熔融挤出后再经过冷却、造粒、烘干处理，制得该复合材料成品。通过上述方式得到的成品能够在不影响材料物理性能的基础上显著降低体系内小分子的留存，满足挥发性和阻燃性要求。

Description

一种低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯分子链上的苯环结构形成大共轭芳香环增加了聚碳酸酯的刚性，强极性的羰基增加了各分子链之间的作用力，让分子链之间更紧密，两种极性基团共同作用下，有效提高了小分子侵入材料内部的难度，降低了聚碳酸酯的吸水率，保证了材料在高湿环境下的电绝缘性。由于上述结构特点，聚碳酸酯还具有良好的耐热性能和阻燃性能，其热变形高达135℃（0.45Mpa），氧指数可达25%以上，由于聚碳酸酯在比较宽泛的温度和湿度范围内具有稳定的电绝缘和阻燃性能，所以在电子电器领域得到非常广泛的应用。但是随着时代的进步，电子产品逐渐向集成化、微型化、薄壁化、低气味及低VOC排放发展，而聚碳酸酯本身由于合成过程中单体残留等问题的影响，在阻燃性能上只能达到UL94的V2测试的标准，其比强度也只有为55MPa左右，难以满足上述发展方向的具体需求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法，能够降低复合材料的小分子挥发性的同时提高整体阻燃等级。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，所述低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料包括下述质量份数的组分：。

封端聚碳酸酯母粒 60-80份 ；

玻璃纤维 5-40份 ；

相容剂 1-5份；

除气味母粒 1-10份 ；

复合阻燃母粒 1-5份；

抗氧剂 0.1-1份，

所述抗氧剂为1010、1076、168、608、PEPQ等中的一种或两种以上的组合，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为5～13um；所述封端聚碳酸酯母粒的选用标准为在温度300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min。

在本发明一个较佳实施例中，所述封端聚碳酸酯母粒的制备方法包括以下内容：首先，根据工艺要求按份数分别称取聚碳酸酯80-90份、环氧类扩链剂 10-20份、和抗氧剂0.1-1份并混合均匀，得到混合料；然后将上述混合料置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆送入挤出机的机筒内，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得封端聚碳酸酯。所述封端聚碳酸酯母粒中使用的聚碳酸酯原料在温度在300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min。

在本发明一个较佳实施例中，所述相容剂为非反应型的嵌段共聚物、高分子反应型相容剂和低分子反应型相容剂的混合物；所述非反应型的嵌段共聚物包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丁基丙烯酸酯及苯乙烯-丁烯嵌段共聚物中的一种或多种，所述高分子反应型相容剂包括丙烯酸酯类核壳型相容剂、接枝率1-8%的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝GMA、硅-丙烯酸酯相容剂中的一种或多种，所述低分子反应型相容剂为马来酸酐接枝PE蜡。

在本发明一个较佳实施例中，所述除气味母粒的制备方法为：

首先准确称取多孔聚碳酸酯90-92份，去离子水1-5份和环氧大豆油1-5份然后先将多孔聚碳酸酯送入高混机中搅拌，接着将高混机升温至90℃，并在90℃高温下逐步添加去离子水和环氧大豆油，最后持续搅拌至多孔聚碳酸酯将液体逐步吸收完全后，缓慢冷却得到除气味母粒成品。

在本发明一个较佳实施例中，所述阻燃母粒由下述份数的组分组成：

硅共聚碳酸酯 80-90份

溴类阻燃剂 5-10份

磺酸盐阻燃剂 5-10份

硅氧烷类阻燃剂 5-10份

抗氧剂 0.1-1份；

所述溴类阻燃剂为苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、溴代三嗪、溴化环氧中的一种或几种的组合；所述磺酸盐类阻燃剂为二苯砜磺酸钾、二苯砜磺酸钠和全氟丁基磺酸钾中的一种或几种的组合；所述硅氧烷类阻燃剂为有机硅氧烷、有机硅环氧树脂、硅橡胶、笼状倍半硅氧烷、甲基苯基有机硅氧烷和聚硅硼氧烷中的一种或几种的组合；所述抗氧剂为1010、1076、168、608、PEPQ等中的一种或两种以上的组合

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种适用于低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料的制备工艺，所述低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料的制备工艺包括以下步骤：

步骤一.按照配方要求准确称取各组分，并将封端聚碳酸酯母粒、除气味母粒、相容剂和抗氧剂依次加入混料机中混合均匀得到预混料；

步骤二.将预混料送入啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，由喂料螺杆加入到挤出机的机筒内熔融挤出，熔融挤出过程中通过侧喂添加阻燃母粒和玻璃纤维；

步骤三、熔融挤出后的物料经过冷却、造粒、烘干处理后制得该复合材料成品。

在本发明一个较佳实施例中，所述挤出机的螺杆直径为40mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口共有10区，各分区温度设定依次为：1区120℃±10℃、2区240℃±10℃、3区240 ℃±10℃、4区240℃±10℃、5区240℃±10℃、6区240℃±10℃、7区240±10℃、8区240±10℃、9区240±10℃、10区260℃±10℃，设定主机转速为400转/分钟；所述挤出机设置两个侧喂点，其中阻燃母粒由4区侧喂1喂添加，玻璃纤维由6区侧喂2喂添加。

在本发明一个较佳实施例中， 所述挤出机的5区和9区还分别安装有抽真空装置。

本发明的有益效果是：本发明通过对现有配方和生产工艺进行改进，一方面通过使用封端聚碳酸酯母粒增加材料在加热和剪切过程中材料的稳定性，减少低分子和小分子的产生，另一方面，向体系中通过母粒形式添加专用的小分子萃取剂然后利用双真空体系将小分子从复合材料中萃取脱离出来，有效降低材料的异味来源，在上述基础上，使用组合式的相容剂和阻燃母粒在保证最终产品的物理性能的基础上提高了整体的阻燃效果，使产品可以满足UL94标准最高等级阻燃 5VA的要求，扩大了聚碳酸酯类原料在电子产品方面的应用范围。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明实施例包括：

实施例1

封端聚碳酸酯母粒 80份 ；

玻璃纤维 40份 ；

相容剂 3份 ；

除气味母粒 8份 ；

复合阻燃母粒 4份；

抗氧剂 0.5份；

所述抗氧剂为1010和168按照1：1配比的混合抗氧剂；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述的玻璃纤维的直径为5～13um；所述聚碳酸酯母粒的选用标准为在温度300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min。

实施例2

封端聚碳酸酯母粒 70份 ；

玻璃纤维 30份 ；

相容剂 5份；

除气味母粒 10份 ；

复合阻燃母粒 5份；

抗氧剂 1份；

所述抗氧剂为1010和168按照1：1配比的混合抗氧剂；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述的玻璃纤维的直径为5～13um；所述聚碳酸酯母粒的选用标准为在温度300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min。

实施例3

封端聚碳酸酯母粒 70份 ；

玻璃纤维 20份 ；

相容剂 4份；

除气味母粒 5份 ；

复合阻燃母粒 3份；

抗氧剂 0.5份；

所述抗氧剂为1010和168按照1：1配比的混合抗氧剂；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述的玻璃纤维的直径为5～13um；所述聚碳酸酯母粒的选用标准为在温度300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min。

实施例4

封端聚碳酸酯母粒 60份 ；

玻璃纤维 5份 ；

相容剂 3份 ；

除气味母粒 1份 ；

复合阻燃母粒 1份 ；

抗氧剂 0.1份；

其中抗氧剂为1010和168按照1：1配比的混合抗氧剂；所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述的玻璃纤维的直径为5～13um；所述聚碳酸酯原料的选用标准为在温度300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min。

上述实施例1~4按照下述工艺路线进行处理：

一、预处理步骤：

1、封端聚碳酸酯的制备：

首先，根据工艺要求按份数分别称取聚碳酸酯85份、环氧类扩链剂 15份、和抗氧剂 0.3份并混合均匀，得到混合料；然后将上述混合原料置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，挤出机螺杆直径为40mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、240℃、240 ℃、240℃、240℃、240℃、240、240、240、260℃，主机转速为300转/分钟，混合原料经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得封端聚碳酸酯成品，其中选用的聚碳酸酯原料为在温度300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数在5～22 g/10min之间的聚碳酸酯。

2、PC阻燃母粒制备：

首先，根据工艺要求，按照份数分别称取：硅共聚碳酸酯90份，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物8份，二苯砜磺酸钠6份，有机硅氧烷6份并混合均匀，然后将混合后的原料置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，挤出机螺杆直径为40mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：120℃、240℃、240 ℃、240℃、240℃、240℃、240、240、240、260℃，主机转速为300转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚碳酸酯阻燃母粒。

3、除气味母粒的制备：

首先准确称取多孔聚碳酸酯92份，去离子水4份和环氧大豆油4份，然后先将多孔聚碳酸酯送入高混机中搅拌，接着将高混机升温至90℃，并在90℃高温下逐步添加去离子水和环氧大豆油，最后持续搅拌至多孔聚碳酸酯将液体逐步吸收完全后，缓慢冷却得到除气味母粒成品。

4、相容剂的制备：

乙烯-醋酸乙烯共聚物、接枝率5%左右的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝GMA和马来酸酐接枝PE蜡按照1：1：1的比例预混得到相容剂成品。

二、低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料的制备：

步骤一、根据工艺要求，按质量份数准确量取预处理之后的封端聚碳酸酯、相容剂、除气味母粒、复合阻燃母粒和抗氧剂，并将封端聚碳酸酯、相容剂、除气味母粒和抗氧剂预先混合均匀得到混合料；

步骤二、将预混料送入啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，由喂料螺杆加入到挤出机的机筒内熔融挤出，熔融挤出过程中通过侧喂添加阻燃母粒和玻璃纤维；

步骤三、熔融挤出后的物料经过冷却、造粒、烘干处理，制得该复合材料成品。

所述挤出机的螺杆直径为40mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口共有10区，各分区温度设定依次为：1区120℃±10℃、2区240℃±10℃、3区240 ℃±10℃、4区240℃±10℃、5区240℃±10℃、6区240℃±10℃、7区240±10℃、8区240±10℃、9区240±10℃、10区260℃±10℃，设定主机转速为400转/分钟；所述双螺杆挤出机上安装有双侧喂设备和双真空设备。双侧喂设备一处位于双螺杆温控区4区，为塑化段末端，用于添加复合阻燃母粒，降低阻燃剂受热时间，另一处位于双螺杆温控区6区，位于第一真空设备后一区，此处添加玻璃纤维，可以减少玻纤剪切受力，提高整体强度。双真空设备一处位于双螺杆温控区的5区，目的是将去离子水和环氧大豆油的萃取剂及时抽走；另一处抽真空设备位于双螺杆温控区9区。目的是将热剪切过程中产生的小分子物质及时抽走，进一步降低气味。

上述实施例1~4按照标准（ISO）检测结果如下：

ps：对比样为聚碳酸酯原料。

通过上述检测结果可知，聚碳酸酯经过上述改性之后其物理性能得到显著提升的同时阻燃性能和气味也得到明显提高。可以满足新一代电子产品对原料的环保和安全要求。之所以会有上述提高，其原因主要有以下几个方面：

首先，本发明的低气味的阻燃增强聚碳酸酯复合材料，一方面采用封端聚碳酸酯的方法，保证材料在受同样的热过程和剪切过程中，保证材料的稳定性，减少低分子、小分子等异味产生的来源，另一方面使用专用的除气味母粒通过去离子水和环氧大豆油分别针对材料中水溶性的小分子和油溶性的小分子进行溶解萃取，并利用双真空的方式将小分子从复合材料中萃取脱离出来，进一步降低了材料的异味。

其次，本发明选用复配阻燃母粒，以阻燃性更好的硅氧烷共聚聚碳酸酯为载体，多种阻燃剂复配，实现气相阻燃和凝聚相多重阻燃机理，以更少的添加保证该款材料的阻燃性V0级以上，甚至可以通过配方调整，使材料阻燃等级达到UL94标准最高等级阻燃 5VA级别。

最后，选用合适的相容剂，保证聚碳酸酯和玻璃纤维的相容性，提升界面强度，可以有效保证该复合材料的强度和模量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述低气味阻燃

增强聚碳酸酯复合材料包括下述质量份数的组分：

封端聚碳酸酯母粒 60-80份 ；

玻璃纤维 5-40份 ；

相容剂 1-5份；

除气味母粒 1-10份 ；

复合阻燃母粒 1-5份；

抗氧剂 0.1-1份；

所述封端聚碳酸酯母粒的选用标准为在温度300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min；

所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为5～13um；

所述抗氧剂为1010、1076、168、608、PEPQ等中的一种或两种以上的组合。

2.根据权利要求1所述的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述封端聚碳酸酯母粒的制备方法包括以下内容：首先，根据工艺要求按份数分别称取聚碳酸酯80-90份、环氧类扩链剂 10-20份、和抗氧剂 0.1-1份并混合均匀，得到混合料；然后将上述混合料置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，由喂料螺杆送入挤出机的机筒内，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得封端聚碳酸酯母粒。

3.根据权利要求2所述的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯在温度在300℃，砝码重量1.2kg的条件下的熔融指数为5～22 g/10min。

4.根据权利要求1所述的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述相容剂为非反应型的嵌段共聚物、高分子反应型相容剂和低分子反应型相容剂的混合物，所述非反应型的嵌段共聚物包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丁基丙烯酸酯和苯乙烯-丁烯嵌段共聚物中的一种或多种，所述高分子反应型相容剂包括丙烯酸酯类核壳型相容剂、接枝率1-8%的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝GMA和硅-丙烯酸酯相容剂中的一种或多种，所述低分子反应型相容剂为马来酸酐接枝PE蜡。

5.根据权利要求1所述的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述除气味母粒的制备方法为：

首先准确称取多孔聚碳酸酯90-92份，去离子水1-5份和环氧大豆油1-5份

然后先将多孔聚碳酸酯送入高混机中搅拌，接着将高混机升温至90℃，并在90℃高温下逐步添加去离子水和环氧大豆油，持续搅拌至多孔聚碳酸酯将液体逐步吸收完全，缓慢冷却得到除气味母粒成品。

6.根据权利要求1所述的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，

所述阻燃母粒由下述份数的组分组成：

硅共聚碳酸酯 80-90份

溴类阻燃剂 5-10份

磺酸盐阻燃剂 5-10份

硅氧烷类阻燃剂 5-10份

抗氧剂 0.1-1份；

所述溴类阻燃剂为苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、溴代三嗪、溴化环氧中的一种或几种的组合；

所述磺酸盐类阻燃剂为二苯砜磺酸钾、二苯砜磺酸钠和全氟丁基磺酸钾中的一种或几种的组合；

所述硅氧烷类阻燃剂为有机硅氧烷、有机硅环氧树脂、硅橡胶、笼状倍半硅氧烷、甲基苯基有机硅氧烷和聚硅硼氧烷中的任意一种或几种的组合。

7.一种适用于权利要求1~6任意之一的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料的制备工艺，其特征在于，所述低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料的制备工艺包括以下步骤：

步骤一.按照配方要求准确称取各组分，并将封端聚碳酸酯母粒、除气味母粒、相容剂和抗氧剂依次加入混料机中混合均匀得到预混料；

步骤二.将预混料送入啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入挤出机的机筒内熔融挤出，熔融挤出过程中通过侧喂添加阻燃母粒和玻璃纤维；

步骤三、熔融挤出后的物料经过冷却、造粒、烘干处理，制得该复合材料成品。

8.根据权利要求7所述的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料的制备工艺，其特征在于，所述挤出机的螺杆直径为40mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口共有10区，各分区温度设定依次为：1区120℃±10℃、2区240℃±10℃、3区240 ℃±10℃、4区240℃±10℃、5区240℃±10℃、6区240℃±10℃、7区240±10℃、8区240±10℃、9区240±10℃、10区260℃±10℃，设定主机转速为400转/分钟；所述挤出机设置两个侧喂点，其中阻燃母粒由4区侧喂1喂添加，玻璃纤维由6区侧喂2喂添加。

9.根据权利要求8所述的低气味阻燃增强聚碳酸酯复合材料的制备工艺，其特征在于，所述挤出机的5区和9区还分别安装有抽真空装置。