專利名稱：一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯(PC)工程塑料及其制備方法，
可應(yīng)用于卡座、充電器、連接器、液晶面板、熱升華打印機、高溫線圈骨架和 等離子電視散熱窗等對耐熱和阻燃有很高要求的關(guān)鍵零部件，屬于化工新材料 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚碳酸酯(PC)基復(fù)合工程塑料是一類性能優(yōu)良的熱塑性樹脂基復(fù)合材
料，具有較高的沖擊強度、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，被廣泛用作制造各類工業(yè)零 配件的原材料，如各種電子電器產(chǎn)品的外殼與傳動件，辦公設(shè)備以及其它工業(yè) 應(yīng)用領(lǐng)域。這些應(yīng)用一般都要求材料阻燃同時具有較高的熱變形溫度，因此對
聚碳酸酯(PC)基復(fù)合工程塑料進行阻燃及耐熱改性就顯得十分必要。
目前阻燃類聚碳酸酯(PC)基復(fù)合工程塑料普遍使用了較多小分子量的
磷酸酯類阻燃劑或者以多溴聯(lián)苯醚和多溴聯(lián)苯類物質(zhì)為代表的含鹵素阻燃劑。
前者分子量較小在常溫下呈液態(tài)，對聚碳酸酯(PC)基復(fù)合工程塑料的耐熱
性能有較大負面影響，降低了耐熱變形溫度，而后者由于近年來世界各國對環(huán)
境保護及人身健康的日益重視，在歐盟RoHS指令等文件中都已明確規(guī)定禁止 使用。而目前隨著科技的發(fā)展尤其電力電子行業(yè)的日新月異的進步，各種電子 元器件朝著高度集成化及微型化發(fā)展，同時工作頻率不斷呈數(shù)量級的提升，導(dǎo) 致器件發(fā)熱量急劇上升，這就對這些行業(yè)廣泛使用的塑料零部件材料的阻燃耐 熱性提出了更高的要求。
從聚合階段著手改變聚碳酸酯(PC)的分子結(jié)構(gòu)或者添加特殊類型的阻 燃劑和阻燃協(xié)效劑來實現(xiàn)阻燃和耐熱兼顧的目的在理論上是可行的而且效果 顯著的。但是前者由于涉及樹脂生產(chǎn)設(shè)備與合成路線等的改進升級，投資巨大， 投產(chǎn)周期漫長，實踐起來困難重重，限制了其推廣應(yīng)用，而特殊類型的阻燃劑 和阻燃協(xié)效劑合成困難，價格高昂，并且在應(yīng)用中存在諸多不便，比如目前使
用的磺酸鹽類阻燃劑易析出吸潮并且對PC材料良好的韌性有一定的破壞作
用，而且其單獨使用時不能滿足一些特殊制品如薄壁制件的阻燃要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種具有綜合力學(xué)性能良 好、耐熱性好、阻燃效果明顯、阻燃劑添加量小、性能穩(wěn)并且加工容易的無鹵 阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料及其制備方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明把含硫工程塑料與含硅阻燃劑配合使用，賦予聚 碳酸酯改性工程塑料良好的阻燃性能和較高的熱變形溫度，基于各組份間良好 的相容性設(shè)計可改善復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能，克服小分子含硫阻燃劑
易析出吸潮等缺點。具體技術(shù)方案如下
一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比
原料組成-
PC樹脂 78~92%;
含硫特種工程樹脂 5 10%;
含硅阻燃劑 0.1~3%;
防滴落劑 0.1-1%;
相容劑 1~5%;
抗氧劑 0.1-1%;
所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，優(yōu)選日本TEIJIN公司的 L-1225Y或L-1250Y， GE公司的121R或141R;所述的含硫特種工程樹脂為 聚苯醚砜(PES)或與聚苯硫醚(PPS)的配合物，PES與PPS質(zhì)量比為4~1:1， 其中聚苯醚砜為BASF公司的E2010、 E3010、 E1010的一種或其混合物，聚 苯硫醚為Polyplastics的Fortran 0205或0220A9,兩者皆優(yōu)選分散性能好的粉 末狀樹脂；所述的含硅阻燃劑為丙烯酸酯類接枝改性聚硅氧烷(ACR-g-Si)或與 聚甲基苯基硅氧烷(PMPSi)的復(fù)配物，ACR-g-Si與PMPSi質(zhì)量比為4~2:1 。其 中ACR-g-Si為丙烯酸酯/高苯基有機聚倍半硅氧垸接枝共聚物，聚丙烯酸酯與 高苯基聚倍半硅氧烷在接枝共聚物中的摩爾比為0.4~1.3:1，可選用Dow Coming公司相關(guān)硅系阻燃劑或按照申請?zhí)?00510033478.5或200610123965.5 所公開的方法制備；防滴落劑為顆粒狀的具有纖維化能力的聚四氟乙烯PTFE，或者是質(zhì)量比為3~1:1的聚四氟乙烯與聚偏氟乙烯的復(fù)配物，防滴落劑優(yōu)選 DAIKIN公司的含氟防滴落劑FA-500、 TS-ADOOl、 D-20CE，；所述的相容劑 為苯乙烯-馬來酸酐共聚物(SMA)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 (MBS)的一種或它們的配合物，SMA與MBS質(zhì)量比為7 1:1;所述的抗氧 劑為二元抗氧體系或三元抗氧體系，為受阻酚類抗氧化劑Irganox1010、 Irganox1076與亞磷酸酯類抗氧劑Irganox168按質(zhì)量比4~2:1復(fù)配使用，也可再 添加含量為上述二元抗氧體系總量的15 25%的苯并呋喃酮類化合物組成三元 高效抗氧體系，抗氧劑優(yōu)選Ciba Special Chemical公司的B225、 B900、 IrganoxGX2225。
一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯(PC)工程塑料的制作方法為
第一步，將PC樹脂及其他原料進行充分干燥備用；
第二步，按質(zhì)量百分比精確計量PC樹脂和含硫特種工程樹脂，含硅阻燃 劑，防滴落劑，相容劑，抗氧劑；
第三步，將上述材料在高速混合器中充分混合；
第四步，由自動送料裝置將混合充分的原材料送入同向嚙合雙螺桿擠出機 中，在料筒的傳熱及螺桿的高速剪切、混煉和輸送下，物料進行充分的熔融、 分散和復(fù)合，采用的雙螺桿擠出設(shè)備的長徑比至少為32，螺桿轉(zhuǎn)速在100 500 轉(zhuǎn)/分鐘，其雙螺桿擠出工作溫度為加料段230°C 260°C，熔融塑化段245°C 280°C，混合均化段235r 27(rC，熔體輸送計量段230°C 250°C ，停留時間 1~2分鐘；
第五步，熔融擠出、拉條、水冷卻、造粒過篩干燥，最后得到成品。 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果
本發(fā)明利用復(fù)合改性技術(shù)在保留了 PC樹脂原有優(yōu)良力學(xué)性能、耐熱性能
和加工性能的基礎(chǔ)上，利用了聚苯醚砜、聚苯硫醚分子結(jié)構(gòu)在燃燒熱分解過程
中可分解形成酸源性物質(zhì)從而對PC起到凝聚相阻燃作用，兩者單獨使用或并 用可大為減少甚至完全代替價格昂貴的小分子磺酸鹽類阻燃劑的使用，加入聚 苯硫醚還具有調(diào)節(jié)加工流動性的作用。由于聚苯醚砜與聚苯硫醚等含硫特種工 程塑料與PC樹脂相容性好，不加或添加極少量相容劑就能獲得優(yōu)于原材料的 力學(xué)性能，獲得更高的耐熱變形溫度。含硅類阻燃劑不但可與上述含硫元素特 種工程樹脂配合起到協(xié)同阻燃作用，而且具有一定的界面改性劑的作用，也有
利于提高復(fù)合材料力學(xué)性能。因此本發(fā)明制備的無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程
塑料可滿足特定應(yīng)用場合對聚碳酸酯基復(fù)合工程塑料高強耐熱無鹵阻燃的多
種要求。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局 限于實施例表述的范圍。
實施例1 6
PC樹脂選用日本TEIJIN公司的L-1250Y。
PES樹脂選用BASF的E2010。
PPS樹脂選用Polyplastics的0220A9。
含硅阻燃劑(FRSi)采用丙烯酸酯類接枝改性硅氧烷(ACR-g-Si)，其制備 可按照申請?zhí)?00710032309.9公開的方法進行合成，聚甲基苯基硅氧烷 (PMPSi)。
防滴落劑選用DAIKIN公司的含氟防滴落劑TS-ADOOl，國產(chǎn)PVDF。 相容劑選用國產(chǎn)SMA、 MBS。
抗氧劑選用Ciba Special Chemical公司的二元抗氧劑B225、 B900或三元 抗氧劑GX2225。
實施例及含磺酸鹽阻燃劑KSS (為Sloss工業(yè)公司產(chǎn)品)參比配方如表l示。
制備時，將干燥好的PC樹脂和含硫特種工程樹脂，含硅阻燃劑，防滴落 劑，相容劑，抗氧劑在高速混合器中充分混合2 3分鐘備用，通過自動計量系 統(tǒng)將混合完全的原料計量，并由自動進料裝置把料送入同向嚙合雙螺桿擠出機 中，在料筒的傳熱及螺桿的高速剪切、混煉和輸送下，物料進行充分的熔融、 分散和復(fù)合，采用的雙螺桿擠出設(shè)備的長徑比為40，配置有精確的控溫設(shè)備 和真空排氣設(shè)備，螺桿轉(zhuǎn)速在300轉(zhuǎn)/分鐘，其雙螺桿擠出工作溫度為加料段 230°C 260°C，熔融塑化段245""C 28(TC，混合均化段235°C 270°C，熔體 輸送計量段23(TC 25(TC，停留時間1 2分鐘；擠出、拉條、水冷卻、造粒 過篩干燥，最后得到無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料。
將以上實施例制得的復(fù)合工程塑料按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行模塑制備測試用標(biāo)準(zhǔn) 樣條并進行以下各種性能測試力學(xué)性能和耐熱變形性能按照GB標(biāo)準(zhǔn)，阻燃
性能按照UL94V標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。
表l實施例配方及參比配方
原料名稱原材料參比樣實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6
PC/%99.699.2868691908787
PES/%4810
PPS/o/o32320
ACR-g-Si/%0.10.080.20.0670.30.1
PMPSi/%00.0200.0330.10
KSS/%0.1
PTFE/%0.30.2250.30.20.20.10.25
PVDF/%0.075000.10.10.05
SMA/%2.42.82.21.201.1
MBS/%0.80.40021.1
抗氧劑/。/。0.4 (B225)0.4 (B225)0.4 (B225)0.4 CB900)0.4 (B225)0.4 (B900)0.4 (B225)0.4 (GX222 5)
表2復(fù)合材料測試方法
測試項目測試方法
拉伸強度、斷裂伸長率GB/T 1040-2006
Izod缺口沖擊強度GB/T 1843-1996
彎曲強度GB/T 9341-2000
熱變形溫度(1.80MPa)GB/T 1634.2-2004
燃燒性UL94 V
極限氧指數(shù)LOIGB/T 2406-93
實施例典型性能數(shù)據(jù)概括于表3中
從表3中實施例測試結(jié)果可以看出，實施例的UL-94垂直燃燒實驗均可
通過V-0⑥1.6mm級測試，LOI有較明顯提高，耐熱變形溫度有所改善，同時 不影響力學(xué)性能，特別是較好地保持了PC材料的高韌性，其中有些配方的沖 擊強度甚至有所提高，綜合效果比磺酸鹽類阻燃劑好。
表3實施例對應(yīng)的性倉i
性能項目原材料參比樣實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施 例6
拉伸強度 /MPa6059626366646562
斷裂伸長率 /%110107113112115111117115
Izod缺CI沖
擊強度901863946951932948953927
/J.M-1
彎曲強度 /MPa9192939293939492
熱變形溫度m120125127125128124126
阻燃等級 @1.6mmV2VIVOVOVOVOVOVO
極限氧指數(shù) LOI/%26.032.535.434.036.035.739.034.0
權(quán)利要求
1．一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計，其原料配方組成為PC樹脂 78～92％；含硫工程樹脂 5～10％；含硅阻燃劑 0.1～3％；防滴落劑 0.1～1％；相容劑 1～5％；抗氧劑 0.1～1％所述的含硫工程樹脂為聚苯醚砜，或者是聚苯醚砜與聚苯硫醚的配合物，聚苯醚砜與聚苯硫醚質(zhì)量比為4～1:1；所述的含硅阻燃劑為丙烯酸酯類接枝改性聚硅氧烷，或者是丙烯酸酯類接枝改性聚硅氧烷與聚甲基苯基硅氧烷的復(fù)配物，其質(zhì)量比為4～2:1，其中丙烯酸酯類接枝改性聚硅氧烷為丙烯酸酯與高苯基有機聚倍半硅氧烷接枝共聚物，聚丙烯酸酯與高苯基聚倍半硅氧烷在接枝共聚物中的摩爾比為0.4～1.3:1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料，其特征 在于，所述的PC樹脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料，其特征 在于，所述的防滴落劑為聚四氟乙烯，或者是質(zhì)量比為3 1:1的聚四氟乙烯與 聚偏氟乙烯的復(fù)配物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料，其特征 在于，所述的相容劑為苯乙烯-馬來酸酐共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙 烯共聚物的一種或它們的混合物，其質(zhì)量比為7 1:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料，其特征 在于，所述的抗氧劑為二元抗氧劑，所述二元抗氧劑為受阻酚類抗氧化劑 Irganox1010或Irganox1076與亞磷酸酯類抗氧劑ItBanox168按質(zhì)量比4~2:1復(fù) 配。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料，其特征 在于，所述的抗氧劑為三元抗氧劑，所述三元抗氧劑是在二元抗氧劑基礎(chǔ)上添加15~25%質(zhì)量份的苯并呋喃酮類化合物組成。
7.權(quán)利要求1所述的一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料的制備方法， 其特征在于，包括第一步，將配方中PC樹脂、含硫工程樹脂、含硅阻燃劑、防滴落劑、相 容劑和抗氧劑充分干燥備用；第二步，按質(zhì)量百分比，稱取PC樹脂、含硫工程樹脂、含硅阻燃劑、防 滴落劑、相容劑和抗氧劑，在高速混合器中充分混合；第三步，將混合充分的原材料送入同向嚙合雙螺桿擠出機中，在料筒的傳 熱及螺桿的高速剪切、混煉和輸送下，物料進行充分的熔融、分散和復(fù)合，采 用的雙螺桿擠出設(shè)備的長徑比至少為32，螺桿轉(zhuǎn)速在100 500轉(zhuǎn)/分鐘，其雙 螺桿擠出工作溫度為加料段230°C 260°C，熔融塑化段245°C 280°C，混合 均化段235X: 27(TC，熔體輸送計量段230°C 250°C,停留時間1 2分鐘；第四步，熔融擠出、拉條、水冷卻、造粒過篩干燥，最后得到成品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無鹵阻燃高性能聚碳酸酯工程塑料及其制備方法。按質(zhì)量百分比計該工程塑料組成為PC樹脂78～92％、含硫特種工程塑料5～10％、含硅阻燃劑0.1～3％、防滴落劑0.1～1％、相容劑1～5％、抗氧劑0.1～1％，其中含硫工程樹脂為聚苯醚砜或與聚苯硫醚的配合物，含硅阻燃劑為丙烯酸酯類接枝改性聚硅氧烷或與聚甲基苯基硅氧烷的復(fù)配物。其制備方法是將配方材料在高速混合器中充分混合，再送入同向嚙合雙螺桿擠出機中進行熔融共混擠出。本發(fā)明將含硫特種工程塑料與含硅阻燃劑配合使用，賦予聚碳酸酯良好的阻燃性能和較高的耐熱性，良好的相容性改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能，克服了小分子含硫阻燃劑易析出、吸潮的缺點。
文檔編號C08K5/134GK101362857SQ20081019871
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者劉述梅, 建 左, 趙建青 申請人:華南理工大學(xué)