CN117247668A

CN117247668A - 一种阻燃pc材料的制备方法

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Publication number: CN117247668A
Application number: CN202311538197.XA
Authority: CN
Inventors: 成钢; 方蔚然
Original assignee: Ammika Wuxi New Material Technology Co ltd
Current assignee: Ammika Wuxi New Material Technology Co ltd
Priority date: 2023-11-17
Filing date: 2023-11-17
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2043-11-17
Also published as: CN117247668B

Abstract

本发明提供的一种阻燃PC材料的制备方法，采用物料混合注塑的模式，在保证物料干燥的情况下，得到具有阻燃性能好、力学性能良好、综合性能高的阻燃PC板。其中基体是采用PC树脂、硅PC和溴系阻燃PC三者组合的PC组合型PC树脂，其本身具有一定的阻燃性能，再加上两种不同阻燃剂的复配使用，不仅解决了单一阻燃剂的分散不匀问题，还具有更优异的阻燃效果，制备的阻燃PC材料稳定性高、操作简单高效。抗滴落剂为PC抗滴落剂，具有相容性好、易操作、常温下不团结、不起皱、可提高材质冲击强度等优点。

Description

一种阻燃PC材料的制备方法

技术领域

本发明涉及阻燃性工程塑料制备技术领域，具体涉及一种阻燃PC材料的制备方法。

背景技术

PC板一般指的是PC阳光板和PC耐力板，PC波浪瓦和PC采光瓦和PC合成树脂瓦，阳光板是中空的多层或双层结构，耐力板是实心板材。PC板又叫聚碳酸酯板，耐弱酸，是以聚碳酸酯为主要成分，采用共挤压技术而成的。PC是综合性能优越的热塑性工程塑料，具有优异的透光性、冲击韧性、电绝缘性、耐候性等特点，广泛应用于航空航天、电气照明、透光建筑材料等行业。采光效果好PC阳光板（又称聚碳酸酯中空板、玻璃卡普隆板、PC中空板）是以聚碳酸酯树脂加工而成，具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点，是一种综合性能极其卓越、节能环保型塑料板材，是国际上普遍采用的塑料建筑材料。

随着塑料行业的不断发展，聚碳酸酯产品的需求不断增加，要求其具有良好的力学性能基础上，还具有较好的低厚度稳定阻燃性。聚碳酸酯本身具有一定的阻燃性，在不改性的情况下可以达到UL94 V-2级（3.2mm），但是仍然难以满足当前的阻燃性需求。为此，有必要制备一种阻燃PC以满足使用要求。在现有技术中，专利公告号为CN115850940B的专利文件公开了一种阻燃PC塑料，通过在配方中添加硅PC化来提高PC超声波焊接强度，解决了在阻燃级PC材料焊接强度偏低和CTI偏低的问题，在具备高焊接强度的同时，此材料还要具有高的CTI。申请公布号为CN111171542A一种高CTI阻燃聚碳酸酯合金材料及其制备方法和用途是通过改变PC中加入间规苯乙烯的结晶度和晶型结构改变实现材料CTI提高。但此合金CTI提高程度有限；也无提高材料焊接强度内容介绍。申请公布号为CN11419673A一种高CTI无卤阻燃聚碳酸酯材料及其制备工艺使用由囊壁包覆囊芯的特种微胶囊阻燃剂提高阻燃PC的CTI值，其自制阻燃剂收率成本都未详细告知，不具备性价比；也无提高材料焊接强度内容介绍。而且在上述的研究中，阻燃PC的力学性能方面均未兼顾。对于现有的力学基本要求基础上进行阻燃增强的需求，并不具有很好的借鉴与参考意义。

有鉴于此，我们公开了一种阻燃PC材料的制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种阻燃PC材料的制备方法，在保证阻燃PC现有的力学性能基础上，进一步提升其阻燃效果，且本发明的阻燃PC板力学性能略有上升。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种阻燃PC材料，按重量份数计，包括以下原料成分：

组合型PC树脂 100份；

阻燃剂A 25-30份；

阻燃剂B 20-35份；

抗滴落剂 1-5份。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述组合型PC树脂包括PC树脂、硅PC和溴系阻燃PC，且三者比例PC树脂：硅PC：阻燃PC为（50-60）：（30-40）：10，所述PC树脂为芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、芳香族-脂肪族聚碳酸酯中的任一种，所述硅PC为聚硅氧烷共聚聚碳酸酯。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述PC树脂为双酚A型聚碳酸酯，且所述PC树脂熔体流动速率为5-25g/10min，测试条件：温度300℃，负载1.2Kg。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述溴系阻燃PC为四溴双酚A型PC。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述阻燃剂A为有机硅阻燃剂，所述阻燃剂B为磺酸盐阻燃剂。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述有机硅阻燃剂为聚硼硅氧烷，所述磺酸盐阻燃剂为二苯基砜磺酸钾。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、物料前处理与准备

将聚合物树脂在110-120℃下干燥3h后，按照阻燃PC材料的原料配比进行物料准备；

S2、物料混合

将上述按配比准备的物料进行高速搅拌混合5min，而后在80-120℃条件下保温0.5h，再以相同的搅拌速率进行搅拌混合5min得到预混料，其中，高速搅拌速率为100-200rpm；

S3、挤出造粒

预混料经双螺杆挤出机进行熔融共混挤出，牵引、造粒、干燥，制备得到阻燃PC树脂粒料；

S4、注塑成型

将挤出得到的树脂粒料在110-120℃下进行干燥，经注塑机注塑出厚度为2 mm的标准试样，得到阻燃PC材料。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤S3所述双螺杆挤出机各个温控区的温度为：

一区240-250℃、二区260-270℃、三区260-270℃、四区260-270℃、五区250-260℃、六区240-250℃、七区230-240°C、八区220-230℃、模头220-230℃，真空控制在-0.07MPa。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤S4的注塑温度为220-280℃。

与现有技术相比，本发明的技术方案获得了如下有益效果：

本发明公开一种阻燃PC材料的制备方法，采用物料混合注塑的模式，在保证物料干燥的情况下，得到具有阻燃性能好、力学性能良好、综合性能高的阻燃PC板。其中基体是采用组合型PC树脂，其本身具有一定的阻燃性能，再加上两种不同阻燃剂的复配使用，不仅解决了单一阻燃剂的分散不匀问题，还具有更优异的阻燃效果，制备的阻燃PC材料稳定性高、操作简单高效，非常适合用于阻燃PC塑料板/片材等应用。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本发明主题公开的一部分。

从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

目前常用PC阻燃体系有溴系、磷酸酯系、磺酸盐系、有机硅系等。溴系阻燃剂与PC具有良好的相容性，阻燃效果好，但高温下易分解，螺杆和模具易被腐蚀产生黑点，影响挤出板材表面质量，且溴系阻燃剂燃烧时产生大量烟雾和有毒有害气体，危害较大，限制了其应用。为此，我们直接使用合成式溴系阻燃PC。可以根据原材料的选择不同，得到不同的溴系阻燃PC，本发明的溴系阻燃PC优选为为四溴双酚A型PC，制备过程如下：

首先，在250mL的四口圆底烧瓶中加入0.08mol氢氧化钠，0.06mol四溴双酚Ａ，3.90mol水和0.0018mol对叔丁基苯酚，在20-25℃条件下搅拌0.5h后制得双酚钠盐；升高温度至30℃，向双酚钠盐的四口烧瓶中滴加0.10mol质量分数为12wt%的氢氧化钠水溶液，而后递加溶解有0.08mol光气的二氯甲烷溶液。

其次，在上述反应滴定完成后，以30℃保温反应15min，随后将温度上升至35℃后，向烧瓶中加入溶有0.0015mol的四丁基氢氧化铵的二氯甲烷溶液，搅拌5min后，迅速升温至40℃并反应0.5h。反应结束后降至室温，分层取有机相，得到溴系阻燃PC。

溴系阻燃PC的直接制备与使用，在本发明的阻燃PC系统中能够起到降低阻燃剂环境污的可能、解决阻燃剂易渗出进而失效的问题。其次，在阻燃剂体系中看，磷酸酯系阻燃剂的使用对PC的力学性能有一定的影响；磺酸盐系阻燃剂虽然阻燃效果显著，但其在PC体系中分散困难；硅系阻燃剂加工性能良好，对机械性能影响较小，但是单独添加时添加量较大，成本高。三者同时添加会影响到阻燃效果的稳定性，以及由于分散效果不佳，存在一定的力学性能下降问题。为此，我们采用了阻燃剂A与阻燃剂B的复配使用，在尝试过磷酸酯系阻燃剂、磺酸盐系阻燃剂、硅系阻燃剂的两两组合使用以及三者同时添加的对比使用后，我们选择所述阻燃剂A为有机硅阻燃剂，所述阻燃剂B为磺酸盐阻燃剂，能达到复配效果的最优化。本发明的阻燃剂A选购自的东莞市鼎信塑胶原料有限公司FS-15机硅阻燃剂；阻燃剂B选购自东莞市鼎信塑胶原料有限公司的FK-1磺酸盐阻燃剂。

在本发明中，所述组合型PC树脂包括PC树脂、硅PC和溴系阻燃PC，且三者比例PC树脂：硅PC：阻燃PC为（50-60）：（30-40）：10，所述PC树脂为芳香族聚碳酸酯，本发明优选为双酚A型聚碳酸酯，且所述PC树脂熔体流动速率为5-25g/10min，测试条件：温度300℃，负载1.2Kg。本发明的PC树脂选购自广州鸿程塑化有限公司的标准级PC塑料原料，牌号为LXW-1。进一步的，所述硅PC为聚硅氧烷共聚聚碳酸酯，选自甘肃聚银D-0013（含硅20%）生产的聚硅氧烷共聚聚碳酸酯。

再进一步的，本发明所述抗滴落剂为高透光型PC抗滴落剂，型号为HG-200，选购自广东纳奥新材料科技有限公司。PC抗滴落剂的使用，具有易操作、常温下不团结、不起皱、可提高材质冲击强度等优点。而且PC抗滴落剂与PC树脂具有较好的相容性。

性能测试

力学性能测试包括拉伸强度、拉伸模量、缺口冲击强度三个方面，拉伸强度、拉伸模量按照GB/T 1040.2—2006进行测试，按照相关的测试要求与规定，将样品尺寸统一控制为185 mm×20 mm×2 mm；进一步的，拉伸强度测试中测试速度为50 mm/min，拉伸弹性模量测试中测试速度为1 mm/min。

缺口冲击强度按照GB/T 1843—2008进行测试，按照相关的测试要求与规定，样品尺寸80 mm×10 mm×2 mm。

将2mm厚度的标准试样进行阻燃测试，具体是：60s垂直燃烧按照HB 5469进行测试，垂直燃烧样品尺寸为368 mm×76 mm×2 mm。

试样的透光性也是一项重要指标，材料的透光率、雾度按照GB/T 2410—2008进行测试，样品尺寸50 mm×50 mm×2 mm。

实施例1-3

按重量百分比称取表1所示组分：PC树脂、硅PC、溴系阻燃PC、阻燃剂A、阻燃剂B、抗滴落剂等原材料按表1实施例1-3显示比例进行称量。将聚合物树脂在110℃下干燥3h后，再将上述按配比准备的物料进行高速搅拌混合5min，而后在100℃条件下保温0.5h，再以相同的搅拌速率进行搅拌混合5min得到预混料；其中，高速搅拌速率为200rpm。

预混料经双螺杆挤出机进行熔融共混挤出，牵引、造粒、干燥，制备得到阻燃PC树脂粒料；所述双螺杆挤出机各个温控区的温度为：

将挤出得到的树脂粒料在110-120℃下进行干燥，经注塑机注塑出厚度为2mm的标准试样，得到阻燃PC材料。其中，注塑温度为220-280℃。

对比例1

与实施例1不同的是，PC树脂、硅PC、溴系阻燃PC、阻燃剂A、阻燃剂B、抗滴落剂等原材料按表1实施例1显示比例进行称量。将聚合物树脂在110℃下干燥3h后，再将上述按配比准备的物料进行高速搅拌混合5min后得到预混料，再直接将预混料经双螺杆挤出机进行熔融共混挤出，牵引、造粒、干燥，制备得到阻燃PC树脂粒料。

将挤出得到的树脂粒料在110-120℃下进行干燥，经注塑机注塑出厚度为2 mm的标准试样，得到阻燃PC材料。其中，注塑温度为220-280℃。

对比例2-8

按重量百分比称取表1所示组分：PC树脂、硅PC、溴系阻燃PC、阻燃剂A、阻燃剂B、抗滴落剂等原材料按表1对比例2-8显示比例进行称量。将聚合物树脂在110℃下干燥3h后，再将上述按配比准备的物料进行高速搅拌混合5min，而后在100℃条件下保温0.5h，再以相同的搅拌速率进行搅拌混合5min得到预混料；其中，高速搅拌速率为200rpm。

在阻燃剂A与阻燃剂B的使用过程中，阻燃剂A相对于PC基体的最高使用份数为30份，此时阻燃剂能够发挥阻燃作用且稳定分散在PC基体中；阻燃剂B相对于PC基体的最高使用份数为35份，此时阻燃剂能够发挥阻燃作用且稳定分散在PC基体中。因此单独使用时，选用能达到阻燃效果最优的配比作为对比实施例。进一步的，溴系阻燃PC合成工艺步骤过多，单独使用溴系阻燃PC进行PC板制备，成本有所增加，故不进行相关的对比测试。相关测试对比详见表1。

表1 物料使用配比与测试结果分析表

由上表1对比结果分析可知，本发明采用物料混合“高速搅拌-保温-高速搅拌”的模式，再进行基础造粒，能够很好的保证物料的使用干燥性，一定程度上提高了力学性能。进一步的，阻燃剂A与阻燃剂B的复配使用，利用硅系阻燃剂分子量大、交联程度高，且分子中的羟基官能团与PC通过氢键结合，形成交联网状结构；磺酸盐阻燃剂使用过程中分子间作用力也是一方面的助力。利用复配阻燃剂体系，在PC基体中，PC分子链相互作用力增强，分子链刚性大，进而有利于拉伸强度及模量的增加。

对阻燃性能，阻燃剂A与阻燃剂B的复配使用，一方面，单独使用阻燃剂B，在燃烧过程中滴落物较多，且燃烧过程中烟雾较大；在阻燃剂A的辅助作用下，燃烧过程中放出烟雾有所减弱，滴落物明显减少。这是利用了两种阻燃剂协同作用，在燃烧过程中，形成了致密稳定的碳化保护层，具有阻燃、抑烟、抗滴落等特性。阻燃剂A与阻燃剂B对PC板的透明度影响不大。

进一步的，PC树脂、硅PC和溴系阻燃PC三者的混合，能够达到较好的基体使用效果，方便复配阻燃剂的使用；再加上阻燃剂A与阻燃剂B的复配使用，一定程度上降低了成本，而且解决了单一阻燃剂的分散不匀问题，还具有更优异的阻燃效果。本发明制备的阻燃PC材料稳定性高、操作简单高效。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种阻燃PC材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料成分：

组合型PC树脂 100份；

阻燃剂A 25-30份；

阻燃剂B 20-35份；

抗滴落剂 1-5份；

所述组合型PC树脂包括PC树脂、硅PC和溴系阻燃PC，且三者比例PC树脂：硅PC：阻燃PC为（50-60）：（30-40）：10，所述PC树脂为芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯和芳香族-脂肪族聚碳酸酯中的任一种，所述硅PC为聚硅氧烷共聚聚碳酸酯；

所述阻燃剂A为有机硅阻燃剂，所述阻燃剂B为磺酸盐阻燃剂。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃PC材料，其特征在于，所述PC树脂为芳香族聚碳酸酯，且所述PC树脂熔体流动速率为5-25g/10min，测试条件：温度300℃，负载1.2Kg。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃PC材料，其特征在于，所述溴系阻燃PC为四溴双酚A型PC。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃PC材料，其特征在于，所述有机硅阻燃剂为聚硼硅氧烷，所述磺酸盐阻燃剂为二苯基砜磺酸钾。

5.一种如权利要求1-4任一项所述阻燃PC材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、物料前处理与准备

S2、物料混合

S3、挤出造粒

S4、注塑成型

6.根据权利要求5所述的一种阻燃PC材料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述双螺杆挤出机各个温控区的温度为：

7.根据权利要求5所述的一种阻燃PC材料的制备方法，其特征在于，步骤S4的注塑温度为220-280℃。