CN118027642A - 一种聚碳酸酯阻燃母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及热塑性工程塑料技术领域，具体公开了一种聚碳酸酯阻燃母粒及其制备方法。一种聚碳酸酯阻燃母粒，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯80‑100份，聚酯丙烯酸酯10‑20份，有机硅阻燃剂3‑5份，磺酸盐阻燃剂0.3‑0.5份，抗氧剂0.3‑0.5份，聚乙二醇0.3‑0.5份，乙烯‑丙烯酸甲酯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.1‑0.3份，润滑剂0.5‑1.5份。本申请的一种聚碳酸酯阻燃母粒，通过使用有机硅阻燃剂和磺酸盐阻燃剂相复配，提高聚碳酸酯阻燃母粒材料的阻燃效果，同时保持聚碳酸酯阻燃母粒具有较高的透光率和强度。
Description
技术领域
本申请涉及热塑性工程塑料技术领域，更具体地说，它涉及一种聚碳酸酯阻燃母粒及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯是一种透光率可达89％的高透明综合性能优良的热塑性工程塑料，有很好的力学性能、耐高温性，而且其本身具备一定的阻燃效果，可达到V-2级阻燃，也是自熄型工程塑料。聚碳酸酯被广泛应用于建筑业板材、汽车零部件、医疗器械等领域。
目前，聚碳酸酯材料使用的阻燃剂主要有磷酸酯类和磺酸盐类为主，其中磷酸酯类阻燃剂需要添加量大，对提升聚碳酸酯的阻燃性能的效果较弱，且容易发生滴落，需要添加抗滴落剂，但是抗滴落剂会严重影响聚碳酸酯的透明度。
磺酸盐类阻燃剂对聚碳酸酯制品的阻燃效率较高，但是单独的磺酸盐阻燃剂不能使得聚碳酸酯之间阻燃性达到UL94-V0，一般需要加入含氟聚合物共同使用，进而降低聚碳酸酯制品的安全环保型。因此，现急需一种阻燃效率高且不含氟的聚碳酸酯制品，
发明内容
为了改善现有聚碳酸酯制品阻燃效率，同时减少含氟化合物的使用，本申请提供一种聚碳酸酯阻燃母粒及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种聚碳酸酯阻燃母粒，采用如下的技术方案：
一种聚碳酸酯阻燃母粒，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯80-100份，聚酯丙烯酸酯10-20份，有机硅阻燃剂3-5份，磺酸盐阻燃剂0.3-0.5份，抗氧剂0.3-0.5份，聚乙二醇0.3-0.5份，乙烯一丙烯酸甲酯一甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.1-0.3份，润滑剂0.5-1.5份。
通过采用上述技术方案，使用有机硅系阻燃剂能够不改变聚碳酸酯的结构，具有较高的热稳定性，能够促使聚碳酸酯交联成炭，无熔融滴落，提高聚碳酸酯阻燃母粒体系的氧指数。通过有机硅阻燃剂和磺酸盐阻燃剂相复配，能够促使聚碳酸酯阻燃母粒具有较好的阻燃效果，同时没有含氟化合物的添加，提高聚碳酸酯制品的环保型。通过使用聚乙二醇降低聚碳酸酯阻燃母粒体系的黏度，增强聚碳酸酯体系的流动性，提高聚碳酸酯阻燃母粒体系各组分之间的相容性。聚酯丙烯酸酯与聚碳酸酯复配，能够提高聚碳酸酯的硬度和强度，减少有机硅阻燃剂对聚碳酸酯材料力学性能的影响。使用乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，能够增强聚酯丙烯酸酯和聚碳酸酯之间的相容性，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物能够在聚碳酸酯和聚酯丙烯酸酯之间形成共混相，通过物理交联作用，促进两者之间的分子交流和相互渗透，减少界面处的相分离，提高聚碳酸酯阻燃母粒体系的相容性。
优选的，所述有机硅阻燃剂为聚有机硅倍半硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷中的一种。
通过采用上述技术方案，使用以聚有机硅倍半硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷为主的有机硅阻燃剂，能够在高温下迁移至基材的表面，形成硅氧结构，在基材的表面起到隔热、阻燃、促进成炭的作用，同时还能够吸附燃烧过程中的烟、毒气，具有低烟、低毒的效果。
优选的，所述磺酸盐阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾。
通过采用上述技术方案，苯磺酰基苯磺酸钾具有较好的阻燃效果，同时苯磺酰基苯磺酸钾添加到聚碳酸酯材料体系不影响聚碳酸酯的透明度。
优选的，所述润滑剂包括硬脂酸钙和硅酮。
通过采用上述技术方案，硬脂酸钙和硅酮作为润滑剂具有良好的热稳定性和润滑性能，降低聚碳酸酯阻燃母粒体系各组分的内摩擦系数，提高各组分的流动性和相容性。
优选的，所述聚碳酸酯阻燃母粒原料还包括二氧化硅-氧化锌复合物3-5份。
通过采用上述技术方案，添加适量的二氧化硅-氧化锌复合物能够提高聚碳酸酯的强度、硬度和耐磨性能，补偿有机硅阻燃剂对聚碳酸酯材料力学性能的影响。同时，二氧化硅-氧化锌能够在聚碳酸酯材料的表面形成保护性，增强聚碳酸酯材料抗紫外线性能和耐热辐射性能，进而提高聚碳酸酯的热稳定性和耐候性。
优选的，所述聚碳酸酯阻燃母粒原料还包括3-氰基丙基三乙氧基硅烷0.1-0.3份。
通过采用上述技术方案，3-氰基丙基三乙氧基硅烷在聚碳酸酯材料表面形成一层硅氧键连接的保护层，进而提高聚碳酸酯材料的韧性、强度和硬度，减少聚碳酸酯材料出现划痕、磨损的现象。同时3-氰基丙基三乙氧基硅烷可以通过有机基团能够与聚碳酸酯基体发生反应，形成界面层，进而增强二氧化硅-氧化锌复合物和聚碳酸酯基体之间的分散性和黏附性。
第二方面，本申请提供一种聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，采用如下的技术方案：一种聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，包括以下具体步骤：
预先将聚碳酸酯、有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，熔融挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
通过采用上述技术方案，制备的聚碳酸酯阻燃母粒在各个组分的协同作用下，具有较好的阻燃效率，还保持了较好的强度和硬度。
优选的，所述熔融温度为220-280℃。
优选的，预先将二氧化硅使用3-氰基丙基三乙氧基硅烷进行表面修饰，形成改性二氧化硅，然后在氨水和乙酸锌、溶剂中将纳米氧化锌沉积在改性二氧化硅的表面，然后得到氧化锌-二氧化硅复合物，然后氧化锌-二氧化硅复合物与有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，熔融挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
通过采用上述技术方案，促使氧化锌颗粒生长在二氧化硅的表面，能够抑制氧化锌形成较大的团聚体，增加了氧化锌、二氧化硅与聚碳酸酯基体的接触面积，增强二氧化硅-氧化锌复合物与碳酸酯基体之间的界面作用，进而更好的提高聚碳酸酯材料的韧性和强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用使用有机硅系阻燃剂和磺酸盐阻燃剂相结合，能够不影响聚碳酸酯的透明度，提高聚碳酸酯阻燃母粒的阻燃效果，提高了聚碳酸酯的热稳定性。同时，使用聚酯丙烯酸酯在乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的增容作用下，能够提升碳酸酯的强度和硬度，提高聚碳酸酯体系的力学性能。
2、本申请中使用二氧化硅-氧化锌复合物，促使氧化锌沉积在表面修饰过的二氧化硅表面，同时使用3-氰基丙基三乙氧基硅烷促进二氧化硅-氧化锌复合物与聚碳酸酯基体之间的结合，进而提高聚碳酸酯阻燃母粒体系中的强度、硬度，减少聚碳酸酯材料划伤、磨损的现象。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
聚碳酸酯分子量为20000。
聚酯丙烯酸酯分子量为8000。
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物选择阿科玛集团AX-8900。
实施例
实施例1
本实施例提供一种聚碳酸酯阻燃母粒，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯90kg，聚酯丙烯酸酯15kg，有机硅阻燃剂4kg，磺酸盐阻燃剂0.4kg，抗氧剂0.4kg，聚乙二醇0.4kg，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.2kg，润滑剂1kg。其中抗氧剂为抗氧化剂1010，润滑剂为硬脂酸钙，有机硅阻燃剂为聚有机硅倍半硅氧烷，磺酸盐阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾。
聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，包括以下具体步骤：
预先将聚碳酸酯、有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，在250℃下熔融挤出，冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中聚碳酸酯的使用量为80kg，聚酯丙烯酸酯的使用量为20kg，有机硅阻燃剂的使用量为3kg，磺酸盐阻燃剂的使用量为0.5kg，抗氧剂的使用量为0.3kg，聚乙二醇的使用量为0.5kg，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的使用量为0.1kg，润滑剂的使用量为0.5kg。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中聚碳酸酯的使用量为100kg，聚酯丙烯酸酯的使用量为10kg，有机硅阻燃剂的使用量为5kg，磺酸盐阻燃剂的使用量为0.3kg，抗氧剂的使用量为0.5kg，聚乙二醇的使用量为0.3kg，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的使用量为0.3kg，润滑剂的使用量为1.5kg。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中有机硅阻燃剂为聚甲基苯基硅氧烷。聚甲基苯基硅氧烷选购自克拉玛尔，CAS号9005-12-3。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中有机硅阻燃剂为聚二甲基硅氧烷。聚二甲基硅氧烷选购自上海万道化工有限公司GENIOPLAST Gum。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中润滑剂为硬脂酸钙和硅酮的质量比1:1的混合物。
实施例7
实施例7与实施例6的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中还包括二氧化硅-氧化锌复合物4kg。
聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，包括以下具体步骤：
S1：预先将二氧化硅和氨水、水混合，搅拌均匀，二氧化硅、氨水、水的质量比为:1：1.2：10，形成二氧化硅悬浮液，然后加入乙酸锌和乙二醇混合，二氧化硅、乙酸锌和乙二醇的质量比1：2：20，搅拌均匀，形成混合反应液，然后在60℃下反应24h，离心、干燥，获得平均粒径为30-40nm的二氧化硅-氧化锌复合物。
S2：将聚碳酸酯、有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、二氧化硅-氧化锌复合物、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，在250℃下熔融挤出，冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
实施例8
实施例8与实施例7的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中二氧化硅-氧化锌复合物的使用量为3kg。
实施例9
实施例9与实施例7的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中二氧化硅-氧化锌复合物的使用量为5kg。
实施例10
实施例10与实施例7的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中还包括3-氰基丙基三乙氧基硅烷0.2kg。
聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，包括以下具体步骤：
S1：预先将二氧化硅和氨水、水混合，搅拌均匀，二氧化硅、氨水、水的质量比为:1：1.2：10，形成二氧化硅悬浮液，然后加入乙酸锌和乙二醇混合，二氧化硅、乙酸锌和乙二醇的质量比1：2：20，搅拌均匀，形成混合反应液，然后在60℃下反应24h，离心、干燥，获得平均粒径为30-40nm的二氧化硅-氧化锌复合物。
S2：将聚碳酸酯、有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、二氧化硅-氧化锌复合物、3-氰基丙基三乙氧基硅烷、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，在250℃下熔融挤出，冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
实施例11
实施例11与实施例10的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料3-氰基丙基三乙氧基硅烷对二氧化硅-氧化锌复合物进行改性。
S1：预先将二氧化硅和氨水、水混合，搅拌均匀，二氧化硅、氨水、水的质量比为:1：1.2：10，形成二氧化硅悬浮液，然后向二氧化硅悬浮液中加入3-氰基丙基三乙氧基硅烷，在50℃下搅拌24h，过滤洗涤，干燥制得改性二氧化硅。
S2：将改性二氧化硅与乙酸锌、乙二醇混合，二氧化硅、乙酸锌和乙二醇的质量比1：2：20，搅拌均匀，形成混合反应液，然后向混合反应液中加入氨水和水，混合反应液、氨水、水的质量比为10:0.2:1，然后在60℃下反应24h，离心、干燥，获得平均粒径为30-40nm的经过改性的二氧化硅-氧化锌复合物。
S3：将聚碳酸酯、有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、二氧化硅-氧化锌复合物、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，在250℃下熔融挤出，冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
实施例12
实施例12与实施例11的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中3-氰基丙基三乙氧基硅烷的使用量为0.1kg。
实施例13
实施例13与实施例11的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中3-氰基丙基三乙氧基硅烷的使用量为0.3kg。
对比例
对比例1
对比例1和实施例1的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中不使用聚酯丙烯酸酯。
对比例2
对比例2和实施例1的区别在于，聚碳酸酯阻燃母粒原料中不使用乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
性能检测试验
根据本申请实施例1-13和对比例1-2提供的聚碳酸酯阻燃母粒进行如下性能检测，具体检测结果见表1。
检测方法
一、阻燃性能
参照UL94检测本申请制备的聚碳酸酯阻燃母粒的阻燃效果，试样厚度为1.6mm。
二、缺口冲击强度
参照ASTM D256《测定塑料悬臂梁冲击强度测试》的标准，试样类型为I型，缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9mm，检测本申请制备的聚碳酸酯阻燃母粒的缺口冲击强度。
三、弯曲强度
参照ASTM D-790的标准，试验条件为2mm/min，检测本申请制备的聚碳酸酯阻燃母粒的弯曲强度。
四、透光率
参照ASTM D-1003《透明塑料的透光率和雾度的测定》的标准方法测定1.55mm透光率，使用100mm*100mm*1.5mm正方形板测试。
表1：性能检测结果数据表
由性能检测结果可知，本申请制备的聚碳酸酯阻燃母粒具有较好的阻燃性能性能，同时还保持较高的透明度。在本申请实施例1-6，各组分的使用量不同，其中实施例1的综合性能更优。
在实施例7-9中，在聚碳酸酯阻燃母粒体系中添加不同使用量的二氧化硅-氧化锌复合物，由性能检测结果可知，聚碳酸酯阻燃母粒的强度明显上升，同时还保持了较好的透明度。
在实施例10-13中，在聚碳酸酯阻燃母粒体系中添加不同使用量3-氰基丙基三乙氧基硅烷，还通过3-氰基丙基三乙氧基硅烷对二氧化硅-氧化锌复合物进行改性，由性能检测结果可知，聚碳酸酯阻燃母粒的强度得到明显上升，透光度也具有较好的改善.
通过对比例1、2和实施例1的相比较可知，对比例1中不使用聚酯丙烯酸酯，聚碳酸酯阻燃母粒的强度和韧性均会明显下降，对比例2不使用乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，聚碳酸酯阻燃母粒的强度和透光率均会下降，进一步说明了乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物能够明显增强聚碳酸酯母粒体系的相容性和分散性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种聚碳酸酯阻燃母粒，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯80-100份，聚酯丙烯酸酯10-20份，有机硅阻燃剂3-5份，磺酸盐阻燃剂0.3-0.5份，抗氧剂0.3-0.5份，聚乙二醇0.3-0.5份，乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.1-0.3份，润滑剂0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯阻燃母粒，其特征在于，所述有机硅阻燃剂为聚有机硅倍半硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷与聚二甲基硅氧烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯阻燃母粒，其特征在于，所述磺酸盐阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯阻燃母粒，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸钙和硅酮。
5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯阻燃母粒，其特征在于，所述聚碳酸酯阻燃母粒原料还包括二氧化硅-氧化锌复合物3-5份。
6.根据权利要求5所述的聚碳酸酯阻燃母粒，其特征在于，所述聚碳酸酯阻燃母粒原料还包括3-氰基丙基三乙氧基硅烷0.1-0.3份。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
预先将聚碳酸酯、有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，熔融挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
8.根据权利要求7所述的聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，其特征在于，所述熔融温度为220-280℃。
9.根据权利要求7所述的聚碳酸酯阻燃母粒的制备方法，其特征在于，预先将二氧化硅使用3-氰基丙基三乙氧基硅烷进行表面修饰，形成改性二氧化硅，然后在氨水和乙酸锌、溶剂中将纳米氧化锌沉积在改性二氧化硅的表面，然后得到氧化锌-二氧化硅复合物，然后氧化锌-二氧化硅复合物与有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚酯丙烯酸酯、抗氧剂、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和润滑剂混合，熔融挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯阻燃母粒。
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