本發(fā)明涉及一種塑料加工領(lǐng)域，且特別涉及一種阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚碳酸酯(polycarbonate，以下稱為PC)是具有優(yōu)秀的機(jī)械性能的無定形熱塑性材料，屬于五大通用工程塑料，即聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、改性聚苯醚(MPPO)、聚對苯二甲酸丁二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(PBT/PET)中的一種，應(yīng)用于玻璃板(glazing sheet)、汽車用品、電器用具、光學(xué)產(chǎn)品等，其市場需求越來越大。但PC材料在長時(shí)間陽光照射下，會吸收紫外光(UV)而造成光裂化現(xiàn)象，制品變黃，力學(xué)性能下降，同時(shí)盡管PC本身具有一定的阻燃性，但隨著人們對塑料制品的防火安全提出愈來愈高的要求，近年來對PC更高級別阻燃的研究日益活躍。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯，此阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯的阻燃性能顯著提升，具有良好的光穩(wěn)定性。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯的方法，其制作簡單，制得的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯的阻燃性能顯著提升，具有良好的光穩(wěn)定性。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
一種阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯，將按照原料配方備取的混合物料經(jīng)熔融混煉、擠出、冷卻、造粒、干燥制得，原料配方按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：聚碳酸酯80-90％、復(fù)合阻燃劑3-10％、光穩(wěn)定劑2-8％、復(fù)配抗氧劑0.2-1.5％、潤滑劑0.2-1％以及分散劑0.5-2％；復(fù)合阻燃劑包括可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑。
上述阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯的制備方法，其包括以下步驟：
將上述聚碳酸酯、上述復(fù)合阻燃劑、上述光穩(wěn)定劑、上述復(fù)配抗氧劑、上述潤滑劑以及上述分散劑加入高速混合器中充分混合15～30分鐘，形成物料；
將上述物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥。
本發(fā)明實(shí)施例的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯及其制備方法的有益效果是：復(fù)合阻燃劑中，當(dāng)高溫?zé)嵩纯拷鼤r(shí)，可膨脹石墨受熱發(fā)生膨脹，隔絕氧氣，并釋放其夾層內(nèi)部的碳酸根、硫酸根、磷酸根、亞硫酸根等酸根離子，促進(jìn)其脫水炭化，達(dá)到阻燃效果，納米羰基鐵粉化學(xué)性質(zhì)活潑，加入后，能替換夾層內(nèi)部的酸根離子，顯著提高酸根離子的釋放速度，快速阻燃，并且與可膨脹石墨形成穩(wěn)固的化學(xué)鍵，該化學(xué)鍵鍵能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可膨脹石墨層與層之間的范德華力，從而使形成的炭層氣孔更致密，提高炭層的阻燃效果。硼酸鋅分解生成氧化硼層，促進(jìn)可膨脹石墨層與層之間的黏接，進(jìn)一步使炭層氣孔更致密，而石墨烯的設(shè)置，使得阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯阻燃性能進(jìn)一步優(yōu)化。通過發(fā)明人多年的研究發(fā)現(xiàn)，在上述聚碳酸酯各組分的含量下，該阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯具有優(yōu)異的阻燃性、光穩(wěn)定性以及韌性佳，其制備方法簡單環(huán)保，便于操作。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
下面對本發(fā)明實(shí)施例的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯及其制備方法進(jìn)行具體說明。
一種阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯，將按照原料配方備取的混合物料經(jīng)熔融混煉、擠出、冷卻、造粒、干燥制得，原料配方按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：聚碳酸酯80-90％、復(fù)合阻燃劑3-10％、光穩(wěn)定劑2-8％、復(fù)配抗氧劑0.2-1.5％、潤滑劑0.2-1％以及分散劑0.5-2％；優(yōu)選地，原料配方按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：所述聚碳酸酯84-90％、所述復(fù)合阻燃劑5-8％、所述光穩(wěn)定劑2-5％、所述復(fù)配抗氧劑0.5-1％、所述潤滑劑0.5-0.8％以及所述分散劑0.5-1.5％。
在此質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)的各組分，使得聚碳酸酯的阻燃性、光穩(wěn)定性以及強(qiáng)度最佳化。
復(fù)合阻燃劑，將多種阻燃劑配合產(chǎn)生協(xié)同作用，增強(qiáng)阻燃效果；阻燃劑通常通過吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、不燃?xì)怏w的窒息作用等發(fā)揮其阻燃作用的，常見的復(fù)合阻燃劑為硼酸鋅阻燃劑與鹵素化合物并用，受熱時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成ZnX2，ZnOX(X為Cl或Br)，該復(fù)合阻燃劑在高分子材料熱解前熔融并形成高沸點(diǎn)的固體ZnX2覆蓋層，抑制可然性氣體的同時(shí)阻止氧化及熱作用，進(jìn)而達(dá)到阻燃的作用。但由于鹵素化合物燃燒釋放出的鹵素氣對環(huán)境有害，因此需要提供一種不含鹵素的阻燃劑。
本發(fā)明中，復(fù)合阻燃劑包括可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑；可膨脹石墨，是選用優(yōu)質(zhì)天然鱗片石墨，經(jīng)酸性氧化劑(硫酸、硝酸與雙氧水，高錳酸鉀)處理后的層間化合物，其在高溫時(shí)，急劇膨脹，同時(shí)其生成的石墨膨體材料覆蓋在基材表面，隔絕了熱能輻射和氧的接觸；其夾層內(nèi)部的碳酸根、硫酸根、磷酸根、亞硫酸根等酸根離子在膨脹時(shí)釋放出來，促進(jìn)基材的炭化，從而通過多種阻燃方式達(dá)到良好的效果。但是，可膨脹石墨阻燃形成的炭層表面會有一定的氣孔，而納米羰基鐵粉化學(xué)性質(zhì)活潑，加入后，能替換夾層內(nèi)部的酸根離子，顯著提高酸根離子的釋放速度，快速阻燃，并且與可膨脹石墨形成穩(wěn)固的化學(xué)鍵，該化學(xué)鍵鍵能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可膨脹石墨層與層之間的范德華力，從而使形成的炭層氣孔更致密，提高炭層的阻燃效果。由于可膨脹石墨為層狀結(jié)構(gòu)，與聚碳酸酯相容性不好，造成材料內(nèi)部缺陷，導(dǎo)致聚碳酸酯分子鏈之間作用力減弱，納米羰基鐵粉還可以使聚碳酸酯分子鏈中碳酸根活化，促進(jìn)聚碳酸酯分子鏈與可膨脹石墨交叉偶聯(lián)反應(yīng)，防止炭層從基體脫落，造成阻燃不佳。使其拉伸強(qiáng)度有所增加。優(yōu)選納米羰基鐵粉的直徑為20nm～80nm，使其與可膨脹石墨接觸面積更大。
高溫下，硼酸鋅分解生成氧化硼固體，附著于材料表面，形成一層覆蓋層，此覆蓋層能夠有效抑制可燃性氣體產(chǎn)生并阻止氧化及熱分解作用的進(jìn)一步進(jìn)行。該覆蓋層可以進(jìn)一步在可膨脹石墨炭層的表面形成保護(hù)層，促進(jìn)可膨脹石墨層與層之間的黏接，使炭層氣孔更致密，與可膨脹石墨協(xié)同作用提高炭層的阻燃效果。
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料；其韌性強(qiáng)，具有良好的導(dǎo)熱性，因此當(dāng)外界熱量過高，其可將熱量快速傳輸?shù)骄酆衔锉砻婊蚓植?，使硼酸鋅與可膨脹石墨快速分解或膨脹進(jìn)行阻燃，防止碳酸聚酯燃燒；另外還增強(qiáng)了阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯的韌性。
硅烷偶聯(lián)劑是一類在分子中同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，分子中同時(shí)具有能和無機(jī)質(zhì)材料化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)，其一方面對可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、石墨烯、硼酸鋅表面改性，使復(fù)合阻燃劑與聚碳酸酯及其它有機(jī)試劑可以更好的融合，增強(qiáng)可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、石墨烯、硼酸鋅與聚碳酸酯及其他有機(jī)試劑之間的黏合，另一方面使可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、石墨烯、硼酸鋅均勻混合。
優(yōu)選地，可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯、以及硅烷偶聯(lián)劑的重量比為20-30：5-10：20-30：3-4：15-30；該重量比下的復(fù)合阻燃劑的阻燃效果最優(yōu)。
光穩(wěn)定劑，屏障或抑制光氧化還原或光老化過程而加入的一些物質(zhì)。本發(fā)明中光穩(wěn)定劑例如可以為氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑、雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳中的混合物，其中，氧化鋅為光屏蔽劑，其能反射或吸收太陽光紫外線，即是在聚合物與光源之間設(shè)置一道屏障，阻止紫外線深入聚合物內(nèi)部，從而可使聚合物得到保護(hù)；氧化鋅還可以促進(jìn)與阻燃劑硼酸鋅與可膨脹石墨之間的協(xié)同阻燃效果。二苯甲酮類紫外線吸收劑能選擇性地強(qiáng)烈吸收對聚合物有害的太陽光紫外線而自身具有高度耐光性的有機(jī)化合物。雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳能有效轉(zhuǎn)移聚碳酸酯中光敏發(fā)色團(tuán)激發(fā)態(tài)能量并將其以無害的形式消散掉從而使聚合物免于發(fā)生光降解反應(yīng)的光穩(wěn)定劑。三者互相配合，具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性。優(yōu)選地，氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳的中重量比為1-1.5：1：0.5-1，在此重量比的范圍下，光穩(wěn)定性最佳，且與復(fù)合阻燃劑協(xié)同配合效果佳。
復(fù)配抗氧劑，兩種及以上的抗氧劑配合使用，以生產(chǎn)協(xié)同效應(yīng)，其在聚合物體系中延緩或抑制聚合物氧化過程的進(jìn)行，從而阻止聚合物的老化并延長其使用壽命。
復(fù)配抗氧劑包括受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑，二者協(xié)同作用，抗氧效果佳，優(yōu)選地，所述復(fù)配抗氧劑中受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑的復(fù)配物為質(zhì)量比為1：1，此質(zhì)量比下的抗氧性最佳。為了避免復(fù)配抗氧劑中的某些物質(zhì)與阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯的某些組分產(chǎn)生拮抗作用或分解反應(yīng)，受阻酚類抗氧劑選自2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚中的至少一種，所述亞磷酸酯類抗氧劑選自三辛酯和三癸酯中的至少一種，例如復(fù)配抗氧劑包括2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三辛酯中的混合物。
潤滑劑，用于阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯加工中改進(jìn)阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯熔體的流動性和脫模性，防止在機(jī)內(nèi)或模具內(nèi)粘著而產(chǎn)生魚眼等缺陷。潤滑劑優(yōu)選為石蠟，降低阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯塑化轉(zhuǎn)矩的同時(shí)可縮短塑化時(shí)間。
分散劑，分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性兩種相反性質(zhì)的界面活性劑，有效防止固體顆粒的沉降和凝聚。優(yōu)選為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和油酸中的至少一種，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和油酸的混合物，其分散效果佳，價(jià)格低廉。
上述阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯的制備方法，其包括以下步驟：
將聚碳酸酯、復(fù)合阻燃劑、光穩(wěn)定劑、復(fù)配抗氧劑、潤滑劑以及分散劑加入高速混合器中充分混合15～30分鐘，形成物料；
將物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
按照原料配方備取原料，其中按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括聚碳酸酯84％、復(fù)合阻燃劑6％、光穩(wěn)定劑8％、復(fù)配抗氧劑0.4％、石蠟0.8％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物0.8％；復(fù)合阻燃劑含有重量比依次為20：5：20：4：15的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑，且納米羰基鐵粉的直徑為20nm，光穩(wěn)定劑含有重量比依次為1：1：1的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復(fù)配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合30分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯。
實(shí)施例2
按照原料配方備取原料，其中按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括聚碳酸酯90％、復(fù)合阻燃劑6.8％、光穩(wěn)定劑2％、復(fù)配抗氧劑0.5％、石蠟0.2％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物0.8％；復(fù)合阻燃劑含有重量比依次為30：10：30：3：30的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑，且納米羰基鐵粉的直徑為80nm，光穩(wěn)定劑含有重量比依次為1.5：1：1的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復(fù)配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚與雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚混合物和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合27分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯。
實(shí)施例3
按照原料配方備取原料，其中按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括聚碳酸酯80％、復(fù)合阻燃劑8％、光穩(wěn)定劑8％、復(fù)配抗氧劑1.1％、石蠟0.9％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物2％；復(fù)合阻燃劑含有重量比依次為25：7：22：3.5：18的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑，且納米羰基鐵粉的直徑為50nm，光穩(wěn)定劑含有重量比依次為1.2：1：0.5的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復(fù)配抗氧劑包含重量比為1：1的雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合25分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯。
實(shí)施例4
按照原料配方備取原料，其中按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括聚碳酸酯87％、復(fù)合阻燃劑5％、光穩(wěn)定劑5％、復(fù)配抗氧劑1％、石蠟0.5％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物1.5％；復(fù)合阻燃劑含有重量比依次為22：6：27：3.8：25的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑，且納米羰基鐵粉的直徑為30nm，光穩(wěn)定劑含有重量比依次為1：1：0.5的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復(fù)配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三癸酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合15分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯。
實(shí)施例5
按照原料配方備取原料，其中按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括聚碳酸酯82％、復(fù)合阻燃劑10％、光穩(wěn)定劑6％、復(fù)配抗氧劑0.2％、石蠟0.8％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物1％；復(fù)合阻燃劑含有重量比依次為27：6：25：4：28的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑，且納米羰基鐵粉的直徑為70nm，光穩(wěn)定劑含有重量比依次為1.3：1：0.7的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復(fù)配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合20分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯。
實(shí)施例6
按照原料配方備取原料，其中按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括聚碳酸酯89％、復(fù)合阻燃劑3％、光穩(wěn)定劑4.3％、復(fù)配抗氧劑1.5％、石蠟1％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物1.2％；復(fù)合阻燃劑含有重量比依次為26：8：21：3：20的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯(lián)劑，且納米羰基鐵粉的直徑為80nm，光穩(wěn)定劑含有重量比依次為1.5：1：0.5的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復(fù)配抗氧劑包含重量比為1：1的雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合30分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯。
試驗(yàn)例
重復(fù)實(shí)施例1-6，制備足夠多的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯，與市面所售的常見阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯進(jìn)行性能比較，其中，將實(shí)施例1～6制備的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯制成標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行燃燒性能測試，其中耐光性能在QUV老化試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行，老化循環(huán)條件為：8小時(shí)光照，波長313nm，強(qiáng)度為0.48W/m2，溫度70℃，4小時(shí)黑暗，溫度50℃；采用綜合垂直燃燒儀按照ISO1210-1992規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)程序測定，結(jié)果如下表。
表1試驗(yàn)例結(jié)果
由表1可得，實(shí)施例1～6提供的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯相比于市面所售的普通阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯，其拉伸強(qiáng)度大，耐光性佳，發(fā)煙量少，阻燃性能佳，是一種兼具阻燃、光穩(wěn)定、韌性佳的材料。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯及其制備方法，方法簡練，簡單環(huán)保，制得的阻燃光穩(wěn)定聚碳酸酯具有優(yōu)異的阻燃性、光穩(wěn)定性以及韌性佳。
以上所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。