专利名称:一种环保型阻燃PC材料及其制备方法
专利类型:发明专利
专利申请号:CN202311857951.6
专利申请(专利权)人:青岛中新华美塑料有限公司
权利人地址:山东省青岛市城阳区西城汇工业园
专利发明(设计)人:王东,张彩城,郭彬,张松磊,赵成方,曹沛
专利摘要:本发明公开了一种环保型阻燃PC材料及其制备方法,涉及PC材料技术领域,该PC材料由聚碳酸酯、改性ABS和复合阻燃剂组成,其中,改性ABS的原料包括丁二烯、丙烯腈和改性苯乙烯,改性苯乙烯的组分包括纳米级红磷、纳米级炭黑及苯乙烯,纳米级炭黑颗粒会将纳米级红磷颗粒吸附在自身表面,使得纳米级炭黑颗粒与纳米级红磷颗粒两两抱团,加入苯乙烯单体后,苯乙烯单体会将抱团的纳米级炭黑颗粒和纳米级红磷颗粒包裹起来,形成表面保护层,因而可以将炭黑颗粒分隔开来,不仅可以对炭黑颗粒与红磷颗粒进行保护,避免磷粉暴露在外直接与聚碳酸酯接触而降低其强度性能,还可以避免炭黑自聚吸附在一起造成混合不均匀的情况,进而提高PC材料的综合性能。
主权利要求:
1.一种环保型阻燃PC材料,其特征在于,由以下重量份的原料组成:85‑90份聚碳酸酯、
5‑8份增韧剂、8‑12份复合阻燃剂;
所述增韧剂为改性ABS,所述改性ABS的原料包括丁二烯、丙烯腈和改性苯乙烯,其中,所述改性苯乙烯的组分包括纳米级红磷、纳米级炭黑及苯乙烯;
所述改性苯乙烯的制备方法为:将纳米级红磷和纳米级炭黑混合均匀后得到混料,向混料中加入苯乙烯单体在分散搅拌作用下混合均匀,即得到改性苯乙烯;其中,所述纳米级红磷、纳米级炭黑及苯乙烯的比例为(2‑5)g:(1‑3)g:30ml;
所述丁二烯的质量比为10‑25%、所述丙烯腈的质量比为5‑20%,所述改性苯乙烯的质量比为60‑85%;
所述改性ABS的制备方法为:
第一步:将丁二烯与乳化剂混合进行乳液聚合,得到聚丁二烯乳胶,随后与部分丙烯腈和改性苯乙烯进行乳液接枝聚合,再通过挤压脱水机中进行凝聚、脱水;
第二步:脱水后的物料用其余的改性苯乙烯和丙烯腈溶解后送入两个串联的聚合釜进行本体聚合,聚合完后脱除未反应单体即得到改性ABS;
第一步与第二步中的丙烯腈用量比为1:(8‑9),第一步与第二步中的改性苯乙烯的用量比为1:(9‑11);
所述复合阻燃剂的组分包括对苯二硼酸、聚硅氧烷以及木质素,且三者的质量比为(1‑
2):1:(0.8‑1)。
2.根据权利要求1所述的环保型阻燃PC材料,其特征在于,所述复合阻燃剂的制备方法为:第一步:将对苯二硼酸均匀溶于去离子水中得到料A,将木质素均匀溶于丙酮中得到料B,随后将料A加入料B中,在60‑70℃下加热搅拌2‑3h,得到黏稠状液体;
第二步:向黏稠状液体中立即加入聚硅氧烷高速搅拌均匀,即得到复合阻燃剂。
3.一种基于权利要求1‑2任一所述的环保型阻燃PC材料的制备方法,其特征在于,按照如下步骤进行:将聚碳酸酯置于干燥箱中烘干后与增韧剂混合进行熔融,随后加入阻燃剂混合均匀,再置于双螺杆挤出机中挤出造粒、烘干后得到粒料,即为环保型阻燃PC材料。
4.根据权利要求3所述的环保型阻燃PC材料的制备方法,其特征在于,所述干燥箱的温度设为90‑100℃,干燥时间为12‑14h。 说明书 : 一种环保型阻燃PC材料及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及PC材料技术领域,具体涉及一种环保型阻燃PC材料及其制备方法。背景技术[0002] 聚碳酸酯又称PC塑料,是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族‑芳香族等多种类型,PC材料可应用于玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业,其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。PC可用作门窗玻璃,PC层压板广泛用于银行、使馆、拘留所和公共场所的防护窗,用于飞机舱罩,照明设备、工业安全挡板和防弹玻璃。无论应用于哪一行业,均要求PC材料需具有一定的阻燃性能。[0003] 红磷是最为传统的无机磷系阻燃剂,具有热稳定好、阻燃效率高、不挥发、电绝缘性佳等优点。但红磷在使用过程中易吸潮、氧化,而且粉尘易爆炸,这些缺点限制了红磷作为阻燃剂的应用范围,同时,红磷与PC材料的相容性差,在材料中的分布不够均匀,因此会破坏材料的力学性能,尤其是使抗冲击性能大幅降低,产生阻燃性能与力学性能相矛盾的科学难题。[0004] 基于此,本发明致力于提供一种环保型阻燃PC材料,可以在增强阻燃效果的同时提高力学性能。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种环保型阻燃PC材料及其制备方法,解决以下技术问题:[0006] 如何同时提高环保型PC材料的阻燃性和强度性能。[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现:[0008] 第一方面,本发明公开了一种环保型阻燃PC材料,由以下重量份的原料组成:85‑90份聚碳酸酯、5‑8份增韧剂、8‑12份复合阻燃剂;[0009] 优选原料组成为:86‑89份聚碳酸酯、6‑7份增韧剂、9‑11份复合阻燃剂;更优选为:87份聚碳酸酯、6.5份增韧剂、10份复合阻燃剂。[0010] 在本发明更进一步的方案中:所述增韧剂为改性ABS,所述改性ABS的原料包括丁二烯、丙烯腈和改性苯乙烯,其中,所述改性苯乙烯的组分包括纳米级红磷、纳米级炭黑及苯乙烯。[0011] 在本发明更进一步的方案中:所述改性苯乙烯的制备方法为:将纳米级红磷和纳米级炭黑混合均匀后得到混料,向混料中加入苯乙烯单体在分散搅拌作用下混合均匀,即得到改性苯乙烯。其中,所述纳米级红磷、纳米级炭黑及苯乙烯的比例为(2‑5)g:(1‑3)g:30ml;[0012] 优选的,所述纳米级红磷、纳米级炭黑及苯乙烯的比例为3g:2g:30ml。[0013] 纳米级红磷可以通过热分解法制得,纳米级炭黑可以通过液相法制得,二者的粒径极小,在混合时,纳米级炭黑颗粒会将纳米级红磷颗粒吸附在自身表面,使得纳米级炭黑颗粒与纳米级红磷颗粒两两抱团,加入苯乙烯单体后,苯乙烯单体会将抱团的纳米级炭黑颗粒和纳米级红磷颗粒包裹起来,形成表面保护层,而由于炭黑具有自聚性,因此在将苯乙烯与炭黑颗粒和红磷颗粒的混料混合时,需要采用分散搅拌以保证炭黑的分散状态,进而保证苯乙烯单体可以将独立的携带着红磷颗粒的炭黑包裹其中,由于苯乙烯在炭黑表面形成了保护层,因而可以将炭黑颗粒分隔开来,不仅可以对炭黑颗粒与红磷颗粒进行保护,避免磷粉暴露在外直接与聚碳酸酯接触而降低其强度性能,还可以避免炭黑自聚吸附在一起造成混合不均匀的情况。[0014] 在本发明更进一步的方案中:所述丁二烯的质量比为10‑25%、所述丙烯腈的质量比为5‑20%,所述改性苯乙烯的质量比为60‑85%;[0015] 优选的,所述丁二烯的质量比为15%、所述丙烯腈的质量比为10%,所述改性苯乙烯的质量比为75%。[0016] 在本发明更进一步的方案中:所述改性ABS的制备方法为:[0017] 第一步:将丁二烯与乳化剂混合进行乳液聚合,得到聚丁二烯乳胶,随后与部分丙烯腈和改性苯乙烯进行乳液接枝聚合,再通过挤压脱水机中进行凝聚、脱水;[0018] 第二步:脱水后的物料用其余的改性苯乙烯和丙烯腈溶解后送入两个串联的聚合釜进行本体聚合,聚合完后脱除未反应单体即得到改性ABS。[0019] 在本发明更进一步的方案中:第一步与第二步中的丙烯腈用量比为1:(8‑9),第一步与第二步中的改性苯乙烯的用量比为1:(9‑11);[0020] 优选的,第一步与第二步中的丙烯腈用量比为1:9,第一步与第二步中的改性苯乙烯的用量比为1:10。[0021] 在本发明更进一步的方案中:所述复合阻燃剂的组分包括对苯二硼酸、聚硅氧烷以及木质素,且三者的质量比为(1‑2):1:(0.8‑1);[0022] 优选的,对苯二硼酸、聚硅氧烷以及木质素的质量比为1:1:0.9。[0023] 在本发明更进一步的方案中:所述复合阻燃剂的制备方法为:[0024] 第一步:将对苯二硼酸均匀溶于去离子水中得到料A,将木质素均匀溶于丙酮中得到料B,随后将料A加入料B中,在60‑70℃下加热搅拌2‑3h,得到黏稠状液体;[0025] 第二步:向黏稠状液体中立即加入聚硅氧烷高速搅拌均匀,即得到复合阻燃剂。[0026] 对苯二硼酸具有良好的阻燃性能,作为良好的炭化化合物,对苯二硼酸燃烧失水形成交联的环硼氧烷层状网络,具有良好的凝聚相火焰阻滞作用;聚硅氧烷是重要的无机硅系阻燃剂,燃烧时,聚合物表面形成层状聚硅氧烷,发挥绝热和隔离助燃物双重作用;而木质素具有三维网状结构,其三维网状结构的顶点可以与对苯二硼酸以及聚硅氧烷相连,从而提高对苯二硼酸与聚硅氧烷的结合效果,可提高阻燃剂的黏性,同时,木质素具有一定的刚性,可以使复合阻燃剂的整体强度提高。[0027] 第二方面,本发明还公开了一种如第一方面中所述的环保型阻燃PC材料的制备方法,按照如下步骤进行:将聚碳酸酯置于干燥箱中烘干后与增韧剂混合进行熔融,随后加入阻燃剂混合均匀,再置于双螺杆挤出机中挤出造粒、烘干后得到粒料,即为环保型阻燃PC材料。[0028] 该环保型阻燃PC材料在燃烧时,其内部的对苯二硼酸与聚硅氧烷可以联合起到阻燃作用,同时,在燃烧过程中,改性ABS中的苯乙烯保护层被破坏,红磷和炭黑颗粒会与外部的复合阻燃剂接触反应;首先,红磷本身具有优异的阻燃性,可抑制聚碳酸酯与改性ABS热分解,形成密实炭化结构,进而起到阻燃效果,其次,红磷在高温下可接枝到木质素上,显著增加聚合物共混物中的残留量,放热率峰值显著降低,燃烧过程中形成的多层炭具有更大的内聚力,并起保护层的作用,从而减少聚碳酸酯和改性ABS的热解物质释放到火焰中,以提高阻燃效果。[0029] 与此同时,炭黑颗粒在燃烧中促进聚硅氧烷分子中的Si‑C键以及Si‑O键形成硅化物与碳化物,它们构成的层状化合物可隔离挥发物,阻隔可燃物与树脂接触,明显缓解熔体滴落,从而实现阻燃目的,可进一步提高阻燃效果,且炭黑本身具有润滑性和耐磨性,可以进一步增强PC材料的韧性以及强度。[0030] 在本发明更进一步的方案中:所述干燥箱的温度设为90‑100℃,干燥时间为12‑14h;[0031] 优选的,干燥箱温度为95℃,干燥时间为13h。[0032] 本发明的有益效果:[0033] (1)本发明中的改性ABS中添加了红磷与炭黑,纳米级炭黑颗粒会将纳米级红磷颗粒吸附在自身表面,使得纳米级炭黑颗粒与纳米级红磷颗粒两两抱团,加入苯乙烯单体后,苯乙烯单体会将抱团的纳米级炭黑颗粒和纳米级红磷颗粒包裹起来,形成表面保护层,因而可以将炭黑颗粒分隔开来,不仅可以对炭黑颗粒与红磷颗粒进行保护,避免磷粉暴露在外直接与聚碳酸酯接触而降低其强度性能,还可以避免炭黑自聚吸附在一起造成混合不均匀的情况,也可以使红磷分布的更加均匀,提高红磷与聚碳酸酯的相容性,进而提高PC材料在阻燃性与强度的综合性能。[0034] (2)本发明中的复合阻燃剂中含有对苯二硼酸、聚硅氧烷以及木质素,其中对苯二硼酸具有良好的阻燃性能,作为良好的炭化化合物,对苯二硼酸燃烧失水形成交联的环硼氧烷层状网络,具有良好的凝聚相火焰阻滞作用;聚硅氧烷是重要的无机硅系阻燃剂,燃烧时,聚合物表面形成层状聚硅氧烷,发挥绝热和隔离助燃物双重作用;而木质素具有三维网状结构,其三维网状结构的顶点可以与对苯二硼酸以及聚硅氧烷相连,从而提高对苯二硼酸与聚硅氧烷的结合效果,可提高阻燃剂的黏性,同时,木质素具有一定的刚性,可以使复合阻燃剂的整体强度提高。[0035] (3)本发明制得的环保型阻燃PC材料在燃烧时,其内部的对苯二硼酸与聚硅氧烷会可以联合起到阻燃作用,同时,在燃烧过程中,改性ABS中的苯乙烯保护层被破坏,红磷和炭黑颗粒会与外部的复合阻燃剂接触反应;首先,红磷本身具有优异的阻燃性,可抑制聚碳酸酯与改性ABS热分解,形成密实炭化结构,进而起到阻燃效果,其次,红磷在高温下可接枝到木质素上,显著增加聚合物共混物中的残留量,放热率峰值显著降低,燃烧过程中形成的多层炭具有更大的内聚力,并起保护层的作用,从而减少聚碳酸酯和改性ABS的热解物质释放到火焰中,以提高阻燃效果;与此同时,炭黑颗粒在燃烧中促进聚硅氧烷分子中的Si‑C键以及Si‑O键形成硅化物与碳化物,它们构成的层状化合物可隔离挥发物,阻隔可燃物与树脂接触,明显缓解熔体滴落,从而增强阻燃效果。具体实施方式[0036] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。[0037] 实施例1[0038] 自制改性苯乙烯:[0039] 将60g纳米级红磷、40g纳米级炭黑加入混合机中混合均匀后转入分散机中,向分散机中加入600ml苯乙烯,搅拌速率调设为3000r/min,搅拌1.5h后得到改性苯乙烯。[0040] 实施例2[0041] 自制改性苯乙烯:[0042] 将60g纳米级红磷加入分散机中,向分散机中加入600ml苯乙烯,搅拌速率调设为3000r/min,搅拌1.5h后得到苯乙烯。[0043] 实施例3[0044] 自制改性苯乙烯:[0045] 将40g纳米级炭黑加入分散机中,向分散机中加入600ml苯乙烯,搅拌速率调设为3000r/min,搅拌1.5h后得到改性苯乙烯。[0046] 实施例4[0047] 自制改性ABS:[0048] 将80g丁二烯与油酸甲皂混合进行乳液聚合,得到聚丁二烯乳胶,随后与6g丙烯腈和45g实施例1所制得的改性苯乙烯进行乳液接枝聚合,再通过挤压脱水机中进行凝聚、脱水;脱水后的物料用54g实施例1所制得的改性苯乙烯和405g丙烯腈溶解后送入两个串联的聚合釜进行本体聚合,聚合完后脱除未反应单体即得到改性ABS。[0049] 实施例5[0050] 自制ABS:[0051] 将80g丁二烯与油酸甲皂混合进行乳液聚合,得到聚丁二烯乳胶,随后与6g丙烯腈和45g实施例2所制得的苯乙烯进行乳液接枝聚合,再通过挤压脱水机中进行凝聚、脱水;脱水后的物料用54g实施例1所制得的改性苯乙烯和405g丙烯腈溶解后送入两个串联的聚合釜进行本体聚合,聚合完后脱除未反应单体即得到改性ABS。[0052] 实施例6[0053] 自制ABS:[0054] 将80g丁二烯与油酸甲皂混合进行乳液聚合,得到聚丁二烯乳胶,随后与6g丙烯腈和45g实施例3所制得的苯乙烯进行乳液接枝聚合,再通过挤压脱水机中进行凝聚、脱水;脱水后的物料用54g实施例1所制得的改性苯乙烯和405g丙烯腈溶解后送入两个串联的聚合釜进行本体聚合,聚合完后脱除未反应单体即得到改性ABS。[0055] 实施例7[0056] 自制ABS:[0057] 将80g丁二烯与油酸甲皂混合进行乳液聚合,得到聚丁二烯乳胶,随后与6g丙烯晴和45g市售(山东鑫鸿韵广化工有限公司)苯乙烯进行乳液接枝聚合,再通过挤压脱水机中进行凝聚、脱水;脱水后的物料用54g实施例1所制得的改性苯乙烯和405g丙烯腈溶解后送入两个串联的聚合釜进行本体聚合,聚合完后脱除未反应单体即得到改性ABS。[0058] 实施例8[0059] 自制复合阻燃剂:[0060] 将100g对苯二硼酸均匀溶于去离子水中得到料A,将90g木质素均匀溶于丙酮中得到料B,随后将料A加入料B中,在65℃下加热搅拌2.5h,得到黏稠状液体;向黏稠状液体中立即加入100g聚硅氧烷高速搅拌均匀,即得到复合阻燃剂。[0061] 实施例9[0062] 自制复合阻燃剂:[0063] 将10g对苯二硼酸均匀溶于去离子水中得到料A,再加入10g聚硅氧烷高速搅拌均匀,即得到复合阻燃剂。[0064] 实施例10[0065] 将85g聚碳酸酯置于95℃的电热鼓风干燥箱中烘干13h后与5g实施例4制得的改性ABS混合进行熔融,随后加入8g实施例8制得的复合阻燃剂混合均匀,再置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的主机转速为240r/min,喂料转速为20r/min,切粒转速为280r/min;挤出后烘干得到粒料,即为环保型阻燃PC材料。[0066] 实施例11[0067] 将86g聚碳酸酯置于95℃的电热鼓风干燥箱中烘干13h后与6g实施例4制得的改性ABS混合进行熔融,随后加入9g实施例8制得的复合阻燃剂混合均匀,再置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的主机转速为240r/min,喂料转速为20r/min,切粒转速为280r/min;挤出后烘干得到粒料,即为环保型阻燃PC材料。[0068] 实施例12[0069] 将87g聚碳酸酯置于95℃的电热鼓风干燥箱中烘干13h后与6.5g实施例4制得的改性ABS混合进行熔融,随后加入10g实施例8制得的复合阻燃剂混合均匀,再置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的主机转速为240r/min,喂料转速为20r/min,切粒转速为280r/min;挤出后烘干得到粒料,即为环保型阻燃PC材料。[0070] 实施例13[0071] 将89g聚碳酸酯置于95℃的电热鼓风干燥箱中烘干13h后与7g实施例4制得的改性ABS混合进行熔融,随后加入11g实施例8制得的复合阻燃剂混合均匀,再置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的主机转速为240r/min,喂料转速为20r/min,切粒转速为280r/min;挤出后烘干得到粒料,即为环保型阻燃PC材料。[0072] 实施例14[0073] 将90g聚碳酸酯置于95℃的电热鼓风干燥箱中烘干13h后与8g实施例4制得的改性ABS混合进行熔融,随后加入12g实施例8制得的复合阻燃剂混合均匀,再置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的主机转速为240r/min,喂料转速为20r/min,切粒转速为280r/min;挤出后烘干得到粒料,即为环保型阻燃PC材料。[0074] 对比例1[0075] 与实施例10相比,区别仅在于,将实施例4制得的改性ABS替换为实施例5制得的ABS,最终制得环保型阻燃PC材料。[0076] 对比例2[0077] 与实施例10相比,区别仅在于,将实施例4制得的改性ABS替换为实施例6制得的ABS,最终制得环保型阻燃PC材料。[0078] 对比例3[0079] 与实施例10相比,区别仅在于,将实施例4制得的改性ABS替换为实施例7制得的ABS,最终制得环保型阻燃PC材料。[0080] 对比例4[0081] 与实施例10相比,区别仅在于,将实施例8制得的复合阻燃剂替换为实施例9制得的复合阻燃剂,最终制得环保型阻燃PC材料。[0082] 对比例5[0083] 与实施例10相比,区别仅在于,将实施例4制得的改性ABS替换为实施例5制得的ABS,同时将实施例8制得的复合阻燃剂替换为实施例9制得的复合阻燃剂,最终制得环保型阻燃PC材料。[0084] 对比例6[0085] 与实施例10相比,区别仅在于,将实施例4制得的改性ABS替换为实施例6制得的ABS,同时将实施例8制得的复合阻燃剂替换为实施例9制得的复合阻燃剂,最终制得环保型阻燃PC材料。[0086] 对比例7[0087] 与实施例10相比,区别仅在于,将实施例4制得的改性ABS替换为实施例7制得的ABS,同时将实施例8制得的复合阻燃剂替换为实施例9制得的复合阻燃剂,最终制得环保型阻燃PC材料。[0088] 对实施例10‑14以及对比例1‑7制得的环保型阻燃PC材料分别通过注塑机制成长5cm、宽3cm、厚0,5cm的样条,注塑机温度为225‑230℃,压力为29‑36MPa;随后对样条的阻燃性能以及强度性能等进行测试,测试方法参照以下方法:[0089] 阻燃等级:GB/T2408‑2008[0090] 拉伸强度:GB/T1040.1‑2018[0091] 冲击强度:GB/T1043.1‑2008[0092] LOI测试:GB/T2406.1‑2008[0093] 将测试结果列于表1中,表1如下:[0094] 表1[0095][0096][0097] 对表1中的数据进行分析可知,本发明实施例10‑14所制得的环保型阻燃PC材料相较于对比例1‑7来说,具有更好的阻燃性能以及强度性能。[0098] 以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
专利地区:山东
专利申请日期:2023-12-29
专利公开日期:2024-09-03
专利公告号:CN117801495B