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CN101735585A - 无卤阻燃pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

无卤阻燃pc/abs合金及其制备方法 Download PDF

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CN101735585A
CN101735585A CN200910191931A CN200910191931A CN101735585A CN 101735585 A CN101735585 A CN 101735585A CN 200910191931 A CN200910191931 A CN 200910191931A CN 200910191931 A CN200910191931 A CN 200910191931A CN 101735585 A CN101735585 A CN 101735585A
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abs alloy
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polycarbonate
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姚富
姚泽敏
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CHONGQING QILAN PLASTIC Co Ltd
Original Assignee
CHONGQING QILAN PLASTIC Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃PC/ABS合金，其原料包括两种不同熔指规格的聚碳酸酯、ABS树脂、磷酸酯类阻燃剂、抗氧化剂、脱模剂和聚四氟乙烯粉；本发明的阻燃PC/ABS合金的阻燃级别不低于UL-94 V0(1.6mm)级，拉伸强度不低于49MPa，弯曲强度不低于90MPa，悬臂梁缺口冲击强度不低于550J/m，热变形温度不低于80℃(3.2mm，1.82MPa)，成型收缩率不大于0.7％，且不含卤素，对环境友好，综合性能不亚于国内外所报道的阻燃PC/ABS树脂材料性能，本发明助剂用量小，且成本更低廉；本发明的制备所述无卤阻燃PC/ABS合金的方法，其工艺简单，实施容易，能耗低，非常适合用于所述无卤阻燃PC/ABS合金的规模化生产。

Description

无卤阻燃PC/ABS合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃PC/ABS合金材料及其制备方法，特别涉及一种无卤阻燃PC/ABS合金及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)具有无毒、耐热、透明、吸水率低，冲击强度高、抗蠕变性能和尺寸稳定性好，介电性能优良等优点，但存在加工流动性差、易应力开裂、对缺口敏感、易老化、耐磨性差等缺点。与热塑性塑料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混可以克服PC的不足，提高其综合性能。阻燃PC/ABS合金被广泛用于汽车、机械、家电、计算机、通讯器材、办公设备等方面。
聚碳酸酯本身的阻燃性可达UL94 V-2级，但实际应用往往要求更高的阻燃性能，而ABS的加入会导致PC本身的阻燃性降低。尽管含卤阻燃剂具有添加量少、阻燃效率高等优点，有关其对PC及PC/ABS合金的阻燃研究也有很多报道，但由于含卤阻燃剂在燃烧过程中发烟量大，且释放出有毒、腐蚀性的气体，腐蚀设备，一旦着火，会给人员逃生和营救工作带来困难。无卤阻燃剂具有阻燃效果好、污染小等特点。
PC/ABS合金的力学性能以及阻燃性高低很大程度上取决于PC/ABS的配比以及阻燃剂的种类和用量。PC含量较高，PC/ABS合金阻燃性好，但韧性、抗老化性能及加工流动性等指标则相对较差。
需要提供一种新型无卤阻燃PC/ABS合金，不仅阻燃效果好、阻燃持久，而且力学性能好、易加工、韧性好、不易老化及缺口敏感性低，同时成本低廉。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种无卤阻燃PC/ABS合金，不仅阻燃效果好、阻燃持久，而且力学性能好、易加工、韧性好、不易老化及缺口敏感性低，同时成本低廉。
本发明所述的无卤阻燃PC/ABS合金，原料按重量份包括如下成分：
熔指为21-23的聚碳酸酯              35-60份、
熔指为4-6的聚碳酸酯                15-30份、
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物         11-19份、
磷酸酯类阻燃剂                     15-25份、
聚四氟乙烯粉                       0.2-0.7份、
抗氧剂                             0.1-0.5份、
和
脱模剂                             0.1-0.5份。
进一步，所述原料按重量份包括：
熔指为21-23的聚碳酸酯              40-50份、
熔指为4-6的聚碳酸酯                20-25份、
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物         14-17份、
磷酸酯类阻燃剂                     18-22份、
聚四氟乙烯粉                       0.4-0.6份、
抗氧剂                             0.2-0.4份、
和
脱模剂                             0.2-0.4份；
进一步，第一种聚碳酸酯的熔指为22，第二种聚碳酸酯的熔指为5；
进一步，所述磷酸酯类阻燃剂为二苯基磷酸酯；
进一步，所述原料按重量份包括：熔指为22的聚碳酸酯45份、熔指为5的聚碳酸酯22份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物16份、二苯基磷酸酯20份、聚四氟乙烯粉0.5份、抗氧剂0.3份和脱模剂0.38份；
进一步，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，所述脱模剂为硬脂酸脱模剂。
本发明的目的之二是提供制备所述无卤阻燃PC/ABS合金的方法，包括如下步骤：
a.按照所述比例将原料于高速混合机中混合3-5分钟，得混合物料；
b.所得混合物料经平行双螺杆挤出机熔融挤出后冷却，所述平行双螺杆挤出机设置九段温控区，共混挤出的工艺参数分别为1区195-205℃、2区230-250℃、3区240-260℃、4区240-260℃、5区240-260℃、6区240-260℃、7区240-260℃、8区240-260℃、9区255-265℃和机头255-265℃；
c.对步骤b所得的冷却后的物料进行干燥，即得所需无卤阻燃PC/ABS合金产品。
进一步，所述平行双螺杆挤出机共混挤出的工艺参数为：1区200℃、2区240℃、3区250℃、4区250℃、5区250℃、6区250℃、7区250℃、8区250℃、9区260℃和机头260℃，加料速度为40KG/H，主机转速为400R/M。
本发明的有益效果是：
本发明的无卤阻燃PC/ABS合金将两种不同熔指规格的聚碳酸酯与ABS树脂按照特定比例搭配，再与适量阻燃剂、抗氧化剂、脱模剂和聚四氟乙烯粉四种助剂熔融共混挤出而得；本发明的阻燃PC/ABS合金阻燃级别不低于UL-94V0(1.6mm)级，拉伸强度(ASTM D638，50mm/min)不低于49MPa，弯曲强度(ASTMD790，1.3mm/min)不低于90MPa，悬臂梁缺口冲击强度(ASTM D256，23℃)不低于550J/m，热变形温度(ASTM D648，3.2mm，1.82Mpa)不低于80℃，成型收缩率(ASTM D955，厚度3.2mm)不大于0.7％，且不含卤素，对环境友好，综合性能不亚于国内外所报道的阻燃PC/ABS树脂材料性能，本发明助剂用量小，成本更低廉。
本发明的制备所述无卤阻燃PC/ABS合金的方法，其工艺简单，实施容易，能耗低，非常适合用于所述无卤阻燃PC/ABS合金的规模化生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1
按重量份将35份熔指为21的聚碳酸酯、15份熔指为4的聚碳酸酯、11份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、15份磷酸酯类阻燃剂、0.2份聚四氟乙烯粉、0.1份抗氧剂和0.1份脱模剂于高速混合机中混合5分钟后通过平行双螺杆挤出机熔融挤出，挤出的物料冷却干燥后即为所需的无卤阻燃PC/ABS合金。本实施例中，所述阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1076，所述脱模剂为硬脂酸类脱模剂PETS。本实施例中，所述平行双螺杆挤出机共混挤出的工艺参数为：1区195℃、2区230℃、3区240℃、4区240℃、5区250℃、6区250℃、7区250℃、8区250℃、9区255℃和机头255℃，主机转速400r/min，加料速度为40KG/H。
经本发明的研究人员实验证实，本实施例中，添加15-25份重量的磷酸酯类阻燃剂(如：双酚A双(二苯基磷酸酯)、异丙苯基苯基磷酸酯、间苯二酚磷酸酯等)均可实现本发明的目的，采用二苯基磷酸酯时，可在气相和凝聚相同时发挥阻燃作用，包括抑制火焰、熔流耗热、含磷酸形成的表面屏障、酸催化成碳、碳层的隔热和隔氧等，这些作用因素对阻燃的相对贡献和被阻燃高聚物的类别和火灾条件有关，但在很多情况下，都涉及磷阻燃剂的多种作用模式。在凝聚相，磷在燃烧时生成磷酸，在更高温度下生成偏磷酸，磷酸和偏磷酸都是脱水剂，使聚合物直接脱水碳化，避免可燃性气体生成；同时在燃烧物表面形成焦炭层，它一方面可以阻隔燃烧气体和火焰前沿的接触，另一方面又将空气和热从燃烧物表面隔开，从而阻止物体的继续燃烧，因此磷酸酯类阻燃剂用于PC/ABS合金材料具有良好的效果，兼阻燃、增塑效果为一体，同时添加剂型的磷酸酯类阻燃剂制造容易、价格便宜、使用方便。
本实施例的抗氧剂采用受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，聚合物材料在高温加工或使用过程中，由于氧原子的袭击会使其发生氧化降解。经过多年的研究发现，聚合物的A动氧化过程是一系列A由基反应过程，反应初期的主要产物是由氢过氧化物在适当条件下分解成活性自由基，该自由基又与大分子烃或氧反应生成新的自由基，这样周而复始地循环，使氧化反应按自由基链式历程进行。
在聚合物中添加抗氧剂，就是为了捕捉链反应阶段形成的自由基R·和ROO·，使它们不致引起有破坏作用的链式反应；抗氧剂还能够分解氢过氧化物ROOH，使其生成稳定的非活性产物。按作用机理，抗氧剂可分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。主抗氧剂能够与自由基R·、ROO·反应，中断活性链的增长，辅助抗氧剂能够抑制、延缓引发过程中自由基的生成，分解氢过氧化物，钝化残存于聚合物中的金属离子。
作为主抗氧剂的受阻酚类抗氧剂是一类在苯环上羟基(～OH)的一侧或两侧有取代基的化合物。由于一OH受到空间障碍，H原子容易从分子上脱落下来，与过氧化自由基(ROO·)、烷氧自由基(RO·)、羟自由基(·OH)等结合使之失去活性，从而使热氧老化的链反应终止，这种机理即为链终止供体机理。
在聚合物老化过程中，如果可以有效地捕获过氧化自由基，就可以终止该氧化过程。但生成过氧化自由基的反应速率极快，所以在有氧气存在的条件下，自由基捕获剂便会失效。在受阻酚类抗氧剂存在的情况下，1个过氧化自由基(ROO)将从聚合物(RH)上夺取1个质子，打断这一系列自由基反应，这是自动氧化的控制步骤。当加入受阻酚抗氧剂时，它比那些聚合物更易提供质子，即提供了一个更加有利的反应形成酚氧自由基，这使聚合物相对稳定，不会进一步发生氧化。
除此之外，受阻酚还可以进行一些捕捉碳自由基的反应，可以生成二聚物，而这种二聚物又可与过氧化自由基反应使其失去活性，自身则变成稳定的醌分子，由于每个受阻酚可以捕捉至少2个自由基，故其抗老化的效果较好。故而受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂均适用于本发明。
脱模剂采用硬脂酸脱模剂，从力学角度分析，当两组分混合并注射到模腔中以后，硬脂酸锌将会沉淀成一种胶状物，并随着固化的进行而迁移到部件的表面，从而在模腔界面处形成了一层高脱模性的薄膜，故而硬脂酸类脱模剂均适用于本发明。
实施例2
本实施例中，除了第一种聚碳酸酯的熔指为23、第二种聚碳酸酯的熔指为6、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物为19份外，其余条件均与实施例1相同。
实施例3
按重量份将60份熔指为21的聚碳酸酯、30份熔指为4的聚碳酸酯、11份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、15份磷酸酯类阻燃剂、0.2份聚四氟乙烯粉、0.1份抗氧剂和0.1份脱模剂于高速混合机中混合3分钟后通过平行双螺杆挤出机熔融挤出，挤出的物料冷却干燥后即为所需的无卤阻燃PC/ABS合金；本实施例中，所述磷酸酯类阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1076，所述硬脂酸类脱模剂PETS，平行双螺杆挤出机共混挤出的工艺参数为：1区205℃、2区250℃、3区260℃、4区260℃、5区260℃、6区260℃、7区260℃、8区260℃、9区265℃和机头265℃，主机转速400r/min，加料速度为40KG/H。
实施例4
按重量份将35份熔指为22的聚碳酸酯、15份熔指为5的聚碳酸酯、19份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、15份二苯基磷酸酯、0.7份聚四氟乙烯粉、0.5份抗氧剂和0.1份脱模剂于高速混合机中混合3分钟后通过平行双螺杆挤出机熔融挤出，挤出的物料冷却干燥后即为所需的无卤阻燃PC/ABS合金。所述阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1076，所述脱模剂为硬脂酸类脱模剂PETS。平行双螺杆挤出机共混挤出的工艺参数分别为1区205℃、2区250℃、3区260℃、4区260℃、5区260℃、6区260℃、7区260℃、8区260℃、9区265℃和机头265℃，主机转速400r/min，加料速度为40KG/H。
实施例5
本实施例中，原料按重量份包括40份熔指为22的聚碳酸酯、20份熔指为5的聚碳酸酯、14份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、22份二苯基磷酸酯、0.4份聚四氟乙烯粉、0.2份抗氧剂和0.2份脱模剂，本实施例的其余条件与实施例4相同。
实施例6
按重量份将50份熔指为22的聚碳酸酯、25份熔指为5的聚碳酸酯、14份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、18份磷酸酯类阻燃剂、0.6份聚四氟乙烯粉、0.4份抗氧剂和0.4份脱模剂于高速混合机中混合3分钟后通过平行双螺杆挤出机熔融挤出，挤出的物料冷却干燥后即为所需的无卤阻燃PC/ABS合金。本实施例中，所述阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1076，所述脱模剂为硬脂酸类脱模剂PETS。平行双螺杆挤出机共混挤出的工艺参数分别为1区195℃、2区230℃、3区240℃、4区240℃、5区240℃、6区240℃、7区240℃、8区240℃、9区255℃和机头255℃，主机转速400r/min，加料速度为40KG/H。
实施例7
本实施例中，原料按重量份包括40份熔指为22的聚碳酸酯、20份熔指为5的聚碳酸酯、17份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、18份二苯基磷酸酯、0.6份聚四氟乙烯粉、0.4份抗氧剂和0.4份脱模剂，其余条件与实施例4相同。
实施例8
按重量份将45份熔指为22的聚碳酸酯、22份熔指为5的聚碳酸酯、16份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、20份二苯基磷酸酯、0.5份聚四氟乙烯粉、0.3份抗氧剂和0.38份脱模剂于高速混合机中混合3分钟后通过平行双螺杆挤出机熔融挤出，挤出的物料冷却干燥后即为所需的无卤阻燃PC/ABS合金；本实施例中，所述阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1076，所述脱模剂为硬脂酸类脱模剂PETS。平行双螺杆挤出机共混挤出的工艺参数分别为1区200℃、2区240℃、3区250℃、4区250℃、5区260℃、6区260℃、7区250℃、8区250℃、9区260℃和机头260℃，主机转速400r/min，加料速度为40KG/H。
上述各实施例按照表1标准进行性能测试：
表1
  性能   测试标准   测试条件   国际单位
熔体指数   ASTM D1238 300℃/1.2Kg g/10min
比重   ASTM D792 23℃ g/cm3
  拉伸强度   ASTM D638   50mm/min   Mpa
  断裂伸长率   ASTM D638   50mm/min   ％
  弯曲强度   ASTM D790   1.3mm/min   Mpa
  弯曲模量   ASTM D790   1.3mm/min   Mpa
  悬臂梁缺口冲击强度   ASTM D256   23℃   J/m
  热变形温度   ASTM D648   3.2mm，1.82Mpa   ℃
  性能   测试标准   测试条件   国际单位
  成型收缩率   ASTM D955   厚度3.2mm   ％
  阻燃性   UL-94   1.6mm
并得到所述各实施例产品的性能，如表2：
表2
  实施例   熔体指数   比重   拉伸强度   断裂伸长率   悬臂梁缺口冲击强度   弯曲强度   弯曲模量   热变形温度   成型收缩率   阻燃性
  1   11   1.19   63.5   50   560   95   2240   104   0.7   V-1
  2   11   1.17   64.3   69   552   93   2214   103   0.7   V-1
  3   12   1.17   64.5   53   570   93   2216   104   0.7   V-1
  4   13   1.15   64.7   68   583   94   2318   96   0.7   V-1
  5   13   1.15   65.2   54   586   96   2619   97   0.6   V-0
  6   14   1.14   65.8   52   591   99   2319   98   0.6   V-0
  7   14   1.13   66.1   60   595   99   2321   98   0.6   V-0
  8   14   1.12   66.8   66   602   101   2525   101   0.5   V-0
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种无卤阻燃PC/ABS合金，其特征在于：原料按重量份包括如下成分：
熔指为21-23的聚碳酸酯        35-60份
熔指为4-6的聚碳酸酯          15-30份
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物   11-19份
磷酸酯类阻燃剂               15-25份
聚四氟乙烯粉                 0.2-0.7份
抗氧剂                       0.1-0.5份
脱模剂                       0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃PC/ABS合金，其特征在于：所述原料按重量份包括：
熔指为21-23的聚碳酸酯        40-50份
熔指为4-6的聚碳酸酯          20-25份
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物   14-17份
磷酸酯类阻燃剂               18-22份
聚四氟乙烯粉                 0.4-0.6份
抗氧剂                       0.2-0.4份
脱模剂                       0.2-0.4份。
3.根据权利要求1或2所述的无卤阻燃PC/ABS合金，其特征在于：第一种聚碳酸酯的熔指为22，第二种聚碳酸酯的熔指为5。
4.根据权利要求3所述的无卤阻燃PC/ABS合金，其特征在于：所述磷酸酯类阻燃剂为二苯基磷酸酯。
5.根据权利要求4所述的无卤阻燃PC/ABS合金，其特征在于：所述原料按重量份包括：熔指为22的聚碳酸酯45份、熔指为5的聚碳酸酯22份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物16份、二苯基磷酸酯20份、聚四氟乙烯粉0.5份、抗氧剂0.3份和脱模剂0.38份。
6.根据权利要求5所述的无卤阻燃PC/ABS合金，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，所述脱模剂为硬脂酸脱模剂。
7.制备权利要求1所述的无卤阻燃PC/ABS合金，其特征在于：包括如下步骤：
a.按照所述比例将原料于高速混合机中混合3-5分钟，得混合物料；
b.所得混合物料经平行双螺杆挤出机熔融挤出后冷却，所述平行双螺杆挤出机设置九段温控区，共混挤出的工艺参数分别为1区195-205℃、2区230-250℃、3区240-260℃、4区240-260℃、5区240-260℃、6区240-260℃、7区240-260℃、8区240-260℃、9区255-265℃和机头255-265℃；
c.对步骤b所得的冷却后的物料进行干燥，即得所需无卤阻燃PC/ABS合金产品。
8.根据权利要求7所述的制备无卤阻燃PC/ABS合金的方法，其特征在于：所述平行双螺杆挤出机共混挤出的工艺参数为：1区200℃、2区240℃、3区250℃、4区250℃、5区250℃、6区250℃、7区250℃、8区250℃、9区260℃和机头260℃，加料速度为40KG/H，主机转速为400R/M。
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