TWI719578B

TWI719578B - 阻燃塑膠粒及阻燃片材

Info

Publication number: TWI719578B
Application number: TW108128137A
Authority: TW
Inventors: 楊榮; 賴偉仁; 林聖修
Original assignee: 財團法人紡織產業綜合研究所
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2021-02-21
Also published as: TW201942254A

Abstract

提供阻燃塑膠粒及阻燃片材。阻燃塑膠粒包括：35重量份至95重量份的熱塑性塑料；5重量份至25重量份的單水合氧化鋁顆粒；0.1重量份至0.5重量份的偶合劑；以及0.05重量份至0.3重量份的分散劑。熱塑性塑料為聚醯胺。阻燃片材係藉由對阻燃塑膠粒進行射出成型來形成。

Description

阻燃塑膠粒及阻燃片材

本發明是關於一種阻燃塑膠粒及由其所形成的阻燃片材，且特別是關於一種含單水合氧化鋁顆粒的阻燃塑膠粒及由其所形成的阻燃片材。

塑膠係以樹脂為主要組分的柔韌性材料，或藉由固化交聯所成的剛性材料，而可廣泛地被應用於製作各式各樣的產品，例如電子設備、食品包裝及紡織品等。為了符合各種產品所需，塑膠中常會藉由加入額外的添加劑來調整其性質。舉例來說，當需要提升塑膠的阻燃性時，常會在塑膠中加入像是鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑等。一般的導熱塑膠阻燃性通常較差，因此常需加入大量的阻燃劑。

然而，鹵系阻燃劑在高溫下易釋放出具有腐蝕性的有毒氣體而危害環境。磷系阻燃劑則多為液體，其具有揮發性高、發煙量大及熱穩定性較差等缺陷。上述阻燃劑的缺點限制了塑膠的應用性。因此，為了兼顧環保與生態安全，並拓展阻燃塑膠的應用性，目前亟需發展出新型的可導熱阻燃塑膠。

本揭示內容提供一種阻燃塑膠粒，其包括：35重量份至95重量份的熱塑性塑料；5重量份至25重量份的單水合氧化鋁顆粒；0.1重量份至0.5重量份的偶合劑；以及0.05重量份至0.3重量份的分散劑。熱塑性材料為聚醯胺。

在一些實施方式中，聚醯胺為尼龍6。

在一些實施方式中，尼龍6的含量為79.5重量份至89.7重量份。

在一些實施方式中，尼龍6的含量為49.70重量份至69.60重量份。

在一些實施方式中，尼龍6的含量為39.40重量份至44.70重量份。

在一些實施方式中，單水合氧化鋁顆粒的含量為10重量份至19.9重量份。

在一些實施方式中，偶合劑的含量為0.2重量份至0.4重量份。

在一些實施方式中，分散劑的含量為0.1重量份至0.2重量份。

在一些實施方式中，阻燃塑膠粒更包括磷系阻燃劑，其中磷系阻燃劑的含量為9.9重量份至29.8重量份。

本揭示內容提供一種阻燃片材，其係藉由對前述任一實施方式的阻燃塑膠粒進行射出成型來形成。

應該理解的是，前述的一般性描述和下列具體說明僅僅是示例性和解釋性的，並旨在提供所要求的本發明的進一步說明。

110、120、130‧‧‧曲線

本發明上述和其他態樣、特徵及其他優點參照說明書內容並配合附加圖式得到更清楚的瞭解，其中：第1圖繪示型號為KH-101LC的氫氧化鋁、型號為200SM的單水合氧化鋁及根據一些實施方式所得之塑膠粒的熱重分析(thermogravimetric analysis,TGA)圖譜。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。

雖然下文中利用一系列的操作或步驟來說明在此揭露之方法，但是這些操作或步驟所示的順序不應被解釋為本發明的限制。例如，某些操作或步驟可以按不同順序進行及/或與其它步驟同時進行。此外，並非必須執行所有繪示的操作、步驟及/或特徵才能實現本發明的實施方式。此外，在此所述的每一個操作或步驟可以包含數個子步驟或動作。

為了解決先前技術中所述的問題，本揭示內容提供一種阻燃塑膠粒及由其所形成的阻燃片材。此阻燃塑膠粒包含單水合氧化鋁顆粒。單水合氧化鋁顆粒在約300℃的高溫時可釋放結晶水以降低燃燒溫度，水蒸氣亦可稀釋可燃氣體而降低其進一步燃燒的可能性，而使得本揭示內容的阻燃塑膠粒及阻燃片材具有優異的阻燃性。

阻燃塑膠粒的製作方法包括以下操作：(a)對35重量份至95重量份的熱塑性塑料、5重量份至25重量份的單水合氧化鋁顆粒、0.1重量份至0.5重量份的偶合劑及0.05重量份至0.3重量份的分散劑進行乾燥程序。(b)混合熱塑性塑料、單水合氧化鋁、偶合劑及分散劑，以得到塑膠原料。(c)對塑膠原料進行混練造粒程序，得到阻燃塑膠粒。在一些實施方式中，可先進行操作(a)，再進行操作(b)。在另一些實施方式中，可先進行操作(b)，再進行操作(a)。

在進行操作(a)時，在一些實施方式中，進行乾燥程序的時間為18小時至30小時，較佳為24小時；在一些實施方式中，進行乾燥程序的溫度為70℃至100℃，較佳為85℃。在一些實施方式中，熱塑性塑料可包括聚醯胺、聚烯烴、聚酯、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、熱塑性聚氨酯的其中一種或其組合。在一些實施方式中，聚醯胺例如是尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12、尼龍46、尼龍1010、尼龍610、尼龍612、高溫尼龍、非結晶尼龍或其組合。在一些實施方式中，聚烯烴例如是低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或其組合。在一些實施方式中，聚酯例如是聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯或其組合。

在進行上述操作(a)或(b)時，在一些實施方式中，製作方法可更包括加入5重量份至35重量份的磷系阻燃劑；在一些實施方式中，製作方法可更包括加入5重量份至15重量份的成炭劑；製作方法可更包括加入2.5重量份至15重量份的增韌劑。在一些實施方式中，可同時加入磷系阻燃劑與成炭劑。在一些實施方式中，可同時加入磷系阻燃劑、成炭劑與增韌劑。

在進行上述操作(b)時，在一些實施方式中，將熱塑性塑料、單水合氧化鋁、偶合劑及分散劑置於高速混合機中進行攪拌。在一些實施方式中，攪拌轉速例如是600rpm(Revolution Per Minute)至750rpm。在一些實施方式中，進行攪拌的時間例如是3分鐘至5分鐘。

在進行操作(c)時，在一些實施方式中，進行混練造粒程序的溫度例如是220℃至245℃。在一些實施方式中，進行混練造粒程序時，混練造粒設備中的螺桿轉速為900rpm至1000rpm。

因此，根據前述的製作方法所得的阻燃塑膠粒包括35重量份至95重量份的熱塑性塑料；5重量份至25重量份的單水合氧化鋁顆粒；0.1重量份至0.5重量份的偶合劑；以及0.05重量份至0.3重量份的分散劑。在一些實施方式中，單水合氧化鋁顆粒的平均粒徑例如是介於300nm至 7000nm的範圍內。在一些實施方式中，阻燃塑膠粒可更包括5重量份至35重量份的磷系阻燃劑。在一些實施方式中，阻燃塑膠粒可更包括5重量份至15重量份的成炭劑。在一些實施方式中，阻燃塑膠粒可更包括2.5重量份至15重量份的增韌劑。

可進一步將上述阻燃塑膠粒製作為阻燃片材，其製作方法包括對由前述的實施方式中所得之任一阻燃塑膠粒進行射出成型來形成。在一些實施方式中，在進行射出成型前，對阻燃塑膠粒進行乾燥程序。在一些實施方式中，進行乾燥程序的時間例如是6小時至10小時，較佳為8小時；在一些實施方式中，進行乾燥程序的溫度例如是240℃至250℃。

在一些實施方式中，阻燃片材的厚度例如是0.4mm，在塑膠可燃性標準UL94下，阻燃等級為V0。因此可知，本揭示內容的阻燃片材具有相當優異的阻燃性。在一些實施方式中，阻燃片材的熱導率在介於0.4Wm^-1K^-1至0.5Wm^-1K^-1的範圍內。故本揭示內容的阻燃片材可應用於有導熱需求的產品上，像是電用開關(例如：無熔絲開關)、電源插頭、車用部件(例如：車用電控散熱部件)及電子領域用連接器(例如：外設元件互連(peripheral component interconnect；PCI)連接器、動態隨機存取記憶體連接器及I/O連接器)。在一些實施方式中，阻燃片材的斷裂伸長率例如是介於2.5%至5.5%的範圍內。在一些實施方式中，阻燃片材的彎曲強度例如是介於550Kg/cm²至720Kg/cm² 的範圍內。在一些實施方式中，阻燃片材的缺口衝擊強度例如是介於2Kg/cm²至4.5Kg/cm²的範圍內。

值得注意的是，本揭示內容的阻燃塑膠粒及阻燃片材以單水合氧化鋁顆粒作為阻燃劑。單水合氧化鋁顆粒在約300℃的高溫時可釋放結晶水以降低燃燒溫度，水蒸氣亦可稀釋可燃氣體而降低其進一步燃燒的可能性，而使得阻燃塑膠粒及阻燃片材可具有優異的阻燃性。此外，相較於以氫氧化鋁為阻燃劑的阻燃塑膠粒來說，本揭示內容的阻燃塑膠粒及阻燃片材具有更廣的應用性。這是因為氫氧化鋁釋放結晶水的溫度大約為180℃，因此，氫氧化鋁僅可用於所需加工溫度不高於200℃的阻燃塑膠粒上，以避免氫氧化鋁的結晶水在加工過程中損失。

此外，在傳統製作阻燃塑膠粒的過程中，常會添加像是玻璃纖維的補強劑以提升阻燃效果。然而，本揭示內容在製作阻燃塑膠粒及阻燃片材的過程中，由於單水合氧化鋁已可使阻燃塑膠粒及阻燃片材具備良好的阻燃效果，故不需額外添加玻璃纖維，而無須面臨回收玻璃纖維的問題。此外，本揭示內容的阻燃塑膠粒及阻燃片材中完全無鹵，而不會對環境造成危害，穩定性良好。

以下的實施例係用以詳述本發明之特定態樣，並使本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以實施本發明。然而，以下的實施例不應用以限制本發明。

實驗例1：製備阻燃塑膠粒

製備阻燃塑膠粒的方法請參照前述的製作方法，在此不再贅述。各比較例及各實施例製備阻燃塑膠粒的材料及其商品型號和用量請參最後隨附的表一。

實驗例2：阻燃塑條及阻燃片材的阻燃性質測試

將用於製出各比較例及各實施例的阻燃塑膠粒的阻燃塑條進行燃燒，觀察續燃及熔滴的情形，測試結果請參最後隨附的表二。並且，將各比較例及各實施例的阻燃塑膠粒製為阻燃片材，再進行阻燃性質測試。測試結果請參最後隨附的表二。以塑膠可燃性標準UL94衡量阻燃片材的阻燃性。塑膠可燃性標準UL94中阻燃等級V0、V1、V2所對應的滴垂現象及燃燒時間請參最後隨附的表三。

由表一及表二的實施例一及二可知，添加具有較小粒徑的單水合氧化鋁，會使得塑條中單水合氧化鋁的分散性較佳。由表一及表二的比較例二及實施例二可知，添加偶合劑可提升塑條的成條性。由表一、二及表三可知，本揭示內容的實施例的阻燃片材最佳可達到阻燃等級V0，具有優異的阻燃性。

實驗例3：阻燃片材物性測試

物性測試結果請參最後隨附的表四。由表四可知，本揭示內容的阻燃片材具有較高的熱傳導係數。

實驗例4：熱重分析實驗

第1圖繪示型號為KH-101LC的氫氧化鋁、型號為200SM的單水合氧化鋁及實施例七的阻燃塑膠粒的熱重分析(thermogravimetric analysis,TGA)圖譜。測試條件為將樣品從室溫開始升溫至800℃，升溫速率為20℃/分鐘。曲線110、曲線120及曲線130分別為氫氧化鋁、單水合氧化鋁及阻燃塑膠粒的實驗結果。從第1圖可知，氫氧化鋁在較低溫時便開始損失重量，反之，單水合氧化鋁在在較高溫時才開始損失重量。此可證明，單水合氧化鋁可在較高溫度時才釋放出結晶水。因此，實施例七的阻燃塑膠粒因含有單水合氧化鋁而隨之在較高溫時才開始損失重量(曲線130)。

綜上所述，本揭示內容提供一種阻燃塑膠粒及由其形成之阻燃片材。阻燃塑膠粒及阻燃片材具有相當優異的阻燃性及導熱性，故可應用於各種需要阻燃及導熱的產品上。並且，由於單水合氧化鋁顆粒釋放結晶水的溫度較高，因此可用於所需加工溫度較高的阻燃塑膠粒及阻燃片材。並且，本揭示內容的阻燃塑膠粒及阻燃片材更同時兼具環保及穩定性良好的優點。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

以下為隨附之表一、表二、表三、表四。

110、120、130‧‧‧曲線

Claims

一種阻燃塑膠粒，包括：35重量份至95重量份的熱塑性塑料，所述熱塑性材料為尼龍6；5重量份至25重量份的單水合氧化鋁顆粒；0.1重量份至0.5重量份的偶合劑；以及0.05重量份至0.3重量份的分散劑。
如請求項1所述之阻燃塑膠粒，其中所述尼龍6的含量為79.5重量份至89.7重量份。
如請求項1所述之阻燃塑膠粒，其中所述尼龍6的含量為49.7重量份至69.6重量份。
如請求項1所述之阻燃塑膠粒，其中所述尼龍6的含量為39.4重量份至44.7重量份。
如請求項1所述之阻燃塑膠粒，其中所述單水合氧化鋁顆粒的含量為10重量份至19.9重量份。
如請求項1所述之阻燃塑膠粒，其中所述偶合劑的含量為0.2重量份至0.4重量份。
如請求項1所述之阻燃塑膠粒，其中所述分散劑的含量為0.1重量份至0.2重量份。
如請求項1所述之阻燃塑膠粒，更包括磷系阻燃劑，其中所述磷系阻燃劑的含量為9.9重量份至29.8重量份。
一種阻燃片材，其係藉由對如請求項1至8任一項所述之阻燃塑膠粒進行射出成型來形成。