CN117946509A - 一种用于充电系统无卤阻燃透明pc复合材料及其制备方法 - Google Patents

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杨治
邓灵
刘佳琪
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Shenzhen Guangya New Material Co ltd
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Abstract

本发明属于高分子技术领域,具体涉及一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料及其制备方法;包括如下过程:将干燥的PC与离子液体阻燃剂固体粉末在双螺杆封闭式混合器中混合均匀,然后在成型机中施加压力下压制数分钟后冷却至室温得到样品。随着加入离子液体阻燃剂,本发明透明PC复合材料的阻燃性和机械性大大得到提升。

Description

一种用于充电系统无卤阻燃透明PC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,更具体的涉及一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料及其制备方法。
背景技术
作为一种透明的工程塑料,聚碳酸酯(PC)因其优异的机械性能和较高的玻璃化转变和热变形温度而广泛应用于汽车、建筑、电子等领域。虽然纯聚碳酸酯在UL-24垂直测试中表现出相对良好的阻燃性,达到2%的LOI和V-94等级,但严重的燃烧滴落和高烟雾释放极大地阻碍了在电子领域的进一步应用,对消防安全的关注日益增加。
在过去的几十年中,为了获得优异的阻燃性能,许多阻燃剂已经被开发,如含卤素,磷、硫、有机硅和硼的阻燃剂,并大量用于制备PC复合物。然而,这些阻燃剂的所需量通常很高(>10wt%),这可能会对机械性能产生不利影响,并大大降低PC的透明度。
离子液体(ILs)作为绿色材料,可以最大限度地减少废物流,从而产生环境和成本效益。IL因其非挥发性,良好的热稳定性,低可燃性和许多其他特性,可以作为很有前途的阻燃剂。与此同时,IL与PC具有良好的相容性,可以与其形成透明的复合物。此外,含磷阻燃剂的抑烟和低毒性能也有利于阻燃PC。
发明内容
鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料,本发明提供的无卤素阻燃抑烟的透明复合材料力学性能优异、高耐热、阻燃抑烟。
含磷离子液体阻燃剂的制备
本发明提供了一种无卤素阻燃抑烟的透明复合材料,其中阻燃剂的制备如下:
将5~10mol三苯基膦与5~10mol 3-溴丙胺氢溴酸盐在适量乙腈溶液中混合均匀,随后加热至50~85℃(优选为80℃),保持搅拌12~24h(优选为24h)。反应结束后,降至室温,过滤。随后将过滤得到的固体溶于去离子水中,加入KOH调节pH至8~9(优选为9h),旋蒸除去水后,加入二氯甲烷析出KOH,过滤后旋蒸除去溶剂。再次将得到的固体与等摩尔量的NaPF4溶于乙醇中,60~85℃(优选为80℃)下搅拌2~6h(优选为6h)后低温储存6~12h(优选为12h),过滤除去固体,将溶旋蒸干燥后得到离子液体阻燃剂固体粉末。
优选的,所述的三苯基膦与3-溴丙胺氢溴酸盐的摩尔比为1:1。
阻燃性PC复合材料的制备
本发明提供了一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料,其制备过程如下:
将干燥的PC置于转速为4~10rpm的双螺杆封闭式混合器中(转速优选为6rpm),在150~220℃(优选为220℃)下熔化30~50min(优选为50min),然后将离子液体阻燃剂固体粉末加入混合器中,持续搅拌10~30min(优选为30min),受热的离子液体熔化为液体与PC混合均匀。然后将样品在成型机中施加压力下压制数分钟后冷却至室温得到样品。所述的PC为双酚A型PC,其与阻燃剂的比例为100:1~10,优选为100:6,成型机中施加压力优选为5MPa,压制时间优选为10min。
本发明的有益效果是:
(1)本发明提供的透明PC复合材料,其阻燃剂经亲电反应得到含磷化合物,再将其通过离子交换反应得到相应的离子液体阻燃剂。该无卤素阻燃抑烟的透明复合材料由双酚A型PC与阻燃剂复合而成,由于离子液体阻燃剂与PC具有良好相容性,可以得到透明的复合材料。同时,离子液体中含有的氨基可以与PC中的羰基形成大量的氢键作用,有效提高复合材料的力学性能。离子液体阻燃剂具有优异的焦炭形成性能,可以促进燃烧过程中炭层的快速形成。高质量的炭层可防止挥发性气体进入火焰区域,同时延缓了热量转移到内部矩阵。在气相中,离子液体阻燃剂产生的H2O,稀释火焰区中的易燃气体。此外,阻燃剂释放出磷化合物小分子碎片,可以通过淬火效应防止气相中的燃烧链式反应。因此,离子液体阻燃剂可以有效降低燃烧过程中的烟气毒性和火灾危险。
具体实施方式
下面详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
将干燥的100份PC置于转速为6rpm的双螺杆封闭式混合器中,在220℃下熔化50min,然后将2份离子液体阻燃剂固体粉末加入混合器中,持续搅拌30min,受热的离子液体熔化为液体与PC混合均匀。然后将样品在成型机中5MPa压力下压制10min后,将其置于压榨机内冷却至室温。
实施例2
将干燥的100份PC置于转速为6rpm的双螺杆封闭式混合器中,在220℃下熔化50min,然后将4份离子液体阻燃剂固体粉末加入混合器中,持续搅拌30min,受热的离子液体熔化为液体与PC混合均匀。然后将样品在成型机中5MPa压力下压制10min后,将其置于压榨机内冷却至室温。
实施例3
将干燥的100份PC置于转速为6rpm的双螺杆封闭式混合器中,在220℃下熔化50min,然后将6份离子液体阻燃剂固体粉末加入混合器中,持续搅拌30min,受热的离子液体熔化为液体与PC混合均匀。然后将样品在成型机中5MPa压力下压制10min后,将其置于压榨机内冷却至室温。
表1PC与添加不同阻燃剂量复合PC的TG和DTG数据
复合材料的热降解行为与聚合物的可燃性密切相关。复合材料在空气中和氧气中的热氧化稳定性通过热重分析仪测试得到。从结果可以看到,在添加了阻燃剂后,复合材料的稳定性略微下降,但是随着阻燃剂含量增加,变化几乎可以忽略不计。其中主要原因可以归结为,小分子阻燃剂在受热后融化,并进一步在高温下分解形成热屏障,从而表现出更好的阻燃性能。
表2PC与添加不同阻燃剂量复合PC的阻燃性能测试结果
从数据中可以看到,复合材料具有更短的点火时间(TTI),这是因为所添加阻燃剂的早期分解,导致其具有更早的着火时间,并且复合材料的TTI不随着阻燃剂含量的变化而变化。从测试中材料最大热释放速率(PHRR)和热释放总量(THR)结果可以看到,随着阻燃剂的增加,复合材料的PHRR与THR都随之降低。这意味着阻燃剂的加入可以有效提高材料的阻燃性能。通常,采用燃烧增长速率指数(FIGRA)和火灾性能指数(FPI)评估复合材料的防火安全性。较大的FPI和较小的FIGRA表明防火安全性能更好。从表中可以看到,随着阻燃剂含量的增加,复合材料的FPI随之增大,FIGRA随之减小,表明阻燃剂的引入可以增强复合材料的防火安全性。
对于实际应用中来说,减少真实火灾中致命毒气和烟雾颗粒的量至关重要。从表中可以看到,随着阻燃剂的添加,复合材料的一氧化碳产生量(COY)、二氧化碳产生量(CO2Y)和总烟雾产生量(TSP)持续下降。由于焦炭层的快速燃烧和碎裂,纯PC具有最大的烟雾产生量。阻燃剂具有优异的焦炭形成性能促进燃烧过程中炭层的快速形成,阻燃剂还会增加焦炭层的厚度。燃烧过程中含磷物质被释放并部分保留在焦炭层中,高质量的炭层可防止挥发性气体进入火焰区域,同时延缓热量转移到内部矩阵。在气相中,阻燃剂产生的H2O可以稀释火焰区中的易燃气体。此外,离子液体阻燃剂释放出磷化合物小分子碎片,可以通过淬火效应防止气相中的燃烧链式反应。因此,引入阻燃剂可以有效降低燃烧过程中的烟气毒性和火灾危险。
表3PC及其复合材料的透明度和机械性能测试结果
由于添加的IL阻燃剂与PC材料具有良好的相容性,因此所得到的复合材料具有优异的透明度。从结果可以看到,随着阻燃剂含量的增加,虽然复合材料的透明度有所下降,但是程度是可以忽略不计的。制备的IL阻燃剂在常温下为固体状态,并且其结构中的氨基与PC中大量的碳基可以形成氢键,因此,对于复合材料具有机械性能增强的效果。从结果可以看到,随着阻燃剂含量的增加,复合材料的机械性能可以得到提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下过程:
将干燥的PC与离子液体阻燃剂固体粉末在双螺杆封闭式混合器中混合均匀,然后在成型机中施加压力下压制数分钟后冷却至室温得到样品;
所述离子液体阻燃剂的制备方法,包括:
将三苯基膦与3-溴丙胺氢溴酸盐在适量乙腈溶液中混合均匀,随后加热至80℃,并保持搅拌24h,反应结束后,过滤得到固体,并将其溶于去离子水中,加入KOH调节pH至9,旋蒸除去水后,加入二氯甲烷析出KOH,过滤后旋蒸除去溶剂;再次将得到的固体与等摩尔量的NaPF4溶于乙醇中,80℃下搅拌6h后低温储存12h,过滤除去固体,将溶旋蒸干燥后得到离子液体阻燃剂固体粉末。
2.根据权利要求1所述的一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料的制备方法,其特征在于,所述所述的混合器转速为6rpm,混合温度为220℃,混合时间为30min,所述的PC为双酚A型PC,其与阻燃剂的质量份比例为100:6,成型机中施加压力为5MPa,压制时间为10min。
3.根据权利要求1所述的一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料的制备方法,其特征在于,离子液体阻燃剂的制备方法中,所述的三苯基膦与3-溴丙胺氢溴酸盐的摩尔比为1:1。
4.一种用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料,其特征在于,采用权利要求1至3中任一项所述方法制备得到用于充电系统无卤阻燃透明PC复合材料。
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