专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
申请号 | CN202510000474.4 | 申请日 | 2025-01-02 |
公开(公告)号 | CN119798949A | 公开(公告)日 | 2025-04-11 |
申请人 | 万华化学集团股份有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
发明人 | 李万庆; 张振威; 王文博; 高卫强; 颜晓捷; | 第一发明人 | 李万庆 |
权利人 | 万华化学集团股份有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
当前权利人 | 万华化学集团股份有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
省份 | 当前专利权人所在省份:山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:山东省烟台市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:山东省烟台市经济技术开发区重庆大街59号 | 邮编 | 当前专利权人邮编:264006 |
主IPC国际分类 | C08L69/00 | 所有IPC国际分类 | C08L69/00 ; C08L83/14 ; C08K9/06 ; C08K7/26 ; C08J3/22 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 专利代理人 | ||
摘要 | 本 发明 公开了一种无氟阻燃母粒、制备方法与应用。所述无氟阻燃母粒按照总重量为100%计,包含以下各组分: 硅 氧 烷共聚PC 树脂 A 60‑85%,聚 硼 硅氧烷10‑30%,多孔材料2‑6%,抗氧剂0.2‑0.6%, 润滑剂 0.5‑4%;所述多孔材料为金属氧化物、金属氮化物、 硅酸 盐、 硅藻土 、硅烷 偶联剂 改性硅藻土中的一种或多种。本发明通过聚硼硅氧烷和硅藻土等多孔材料(尤其是硅烷偶联剂改性硅藻土)协同使用制备无氟阻燃母粒,再应用于聚 碳 酸酯组合物中,所得PC组合物材料不仅可以保持较高的耐热性和耐冲击性,而且大幅提高了CTI值,电性能表现稳定,具有广阔的应用前景。 | ||
权利要求 | 1.一种无氟阻燃母粒,其特征在于,按照总重量为100%计,包含以下各组分: |
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说明书全文 | 一种无氟阻燃母粒、制备方法与应用技术领域背景技术[0002] 目前商用的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯(简称PC),作为常用的工程塑料,PC具有优异的耐冲击性和透明性,耐热性、耐燃性及绝缘性较好,广泛应用于电子电器、家用电器、汽车、建筑、医疗保健、农业等领域。PC主链中存在芳香族单元,在燃烧过程中会产生20‑25wt%的烧焦残留物,但其阻燃性仍需要提高,以满足交通运输、电子电器、建筑等要求。为了应对这一挑战,已经开发了许多阻燃剂,如溴、磷、硫、含硅和其他化合物,以提高PC的阻燃性。 [0003] 理想的阻燃PC不仅在小规模和大规模火焰测试中表现良好,而且不会损失机械性能。碳层的形成是干扰燃烧的最重要凝聚相机制。碳层掩盖了聚合物的表面,从而阻止了热量传递和火焰扩散,因此,促进炭化是减少热量和烟雾产生的有效方法。形成核壳结构保护层的关键是在燃烧初期样品顶面迅速形成具有良好抗热氧化性的多孔结构,因此,如何提高降解产物的交联速率和抗热氧化性是构建理想保护层的关键。有机硅化合物作为阻燃剂可分为低分子量化合物和高分子化合物,后者大多数是硅氧烷和聚硅氧烷衍生物。这些化合物将释放出较少的有毒气体,并通过有利于形成二氧化硅层在凝聚相中起作用。聚硅氧烷阻燃剂催化PC和Fries重排的异构化,促进炭化形成。CN105670259公布了一种聚硼硅氧烷阻燃剂,先由三乙氧基硼烷、四氯化硅、茂金属催化剂和助催化剂反应生成硼硅氧烷中间体,再将聚硼硅氧烷中间体与四氯硅烷、水反应的水解产物进行洗涤、去除小分子后制得,聚硼硅氧烷PC复合材料即可达到1.6mm的V‑0等级,并且复合材料的拉伸性能、弯曲性能冲击性能以及透明性均无影响,但上述工作未考察对PC电性能的影响。 [0004] PC材料成碳性能导致其相对漏电起痕指数(CTI)不高,目前户外光伏、电气产品等对电性能要求越来越高,会限制在该行业的应用。添加含磷阻燃剂可有效提高PC的CTI,专利CN109370190A采用磷腈阻燃剂进行CTI性能的提高,该方案虽然比常规磷阻燃剂耐热下降幅度小,但依然存在耐热和冲击降低情况,且成本较高。 [0005] 因此,有必要开发可以保证材料耐热和耐冲击性的新型阻燃方案,并提升PC材料的CTI性能。 发明内容[0006] 为了解决以上技术问题,本发明提出一种无氟阻燃母粒、制备方法与应用。 [0007] 为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下: [0008] 基于本发明的第一个方面,首先提供一种无氟阻燃母粒,按照总重量为100%计,包含以下各组分: [0009] 硅氧烷共聚PC树脂A 60‑85%, [0010] 聚硼硅氧烷10‑30%, [0011] 多孔材料2‑6%, [0012] 抗氧剂0.2‑0.6%, [0013] 润滑剂0.5‑4%; [0015] 在一些优选示例中,所述硅氧烷共聚PC树脂A在测试条件为300℃,1.2kg下的熔融指数为15‑35g/10min,优选15‑30g/10min,更优选15‑25g/10min; [0016] 优选地,所述硅氧烷共聚PC树脂A中,硅氧烷共聚单元质量含量为4‑10%,优选4‑9%,更优选5‑9%。 [0017] 在一些优选示例中,所述多孔材料为硅烷偶联剂改性硅藻土,其中硅烷偶联剂和硅藻土质量比为1:(2‑9),优选1:(2‑8),更优选1:(2‑7.5); [0018] 优选地,所述硅烷偶联剂改性硅藻土中的硅烷偶联剂选自γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。 [0019] 本发明中,聚硼硅氧烷可参照任意现有公开技术进行制备,如《吴艳金,吴明军,李美江.“聚硼硅氧烷的制备及应用研究进展”.高分子通报.2(2012):5.》。 [0020] 以下是本发明提供的一种制备聚硼硅氧烷的可行示例: [0021] 将八甲基环四硅氧烷(D4)、硼酸、硅酸四乙酯和盐酸在有机溶剂中溶解后持续搅拌,在60‑75℃下加热反应3‑5小时,然后在100‑120℃下保留2‑3小时,减压蒸馏除去溶剂,降温至60℃以下真空干燥,得到粉末状固体产物,即聚硼硅氧烷。 [0022] 优选地,所述八甲基环四硅氧烷(D4)、硼酸、硅酸四乙酯的质量比为1:(0.05‑0.55):(0.08‑0.3); [0023] 优选地,所述盐酸为浓度36.0‑38.0%的盐酸溶液,盐酸溶液用量为原料总质量的10‑30%。 [0024] 优选地,所述有机溶剂选自二乙二醇二甲醚、甲基叔丁基醚、丙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚中的一种或多种。 [0025] 本发明中,聚硼硅氧烷的引入不仅为PC材料带来了可观的阻燃性能,而且意外地发现,聚硼硅氧烷和硅藻土等多孔材料协同使用可以在不损失材料耐冲击性能的情况下,提升材料的CTI性能,尤其是在一定比例范围内和硅烷偶联剂改性硅藻土协同使用,所得阻燃母粒对PC组合物的CTI性能提升尤为显著,在安全性要求高的电子电器、户外光伏产品中具有广阔的应用前景。 [0026] 基于本发明的第二个方面,还提供一种如前文所述的无氟阻燃母粒的制备方法,包括以下步骤:将硅氧烷共聚PC树脂A、聚硼硅氧烷、多孔材料、抗氧剂、润滑剂充分混合后,挤出、造粒,得到无氟阻燃母粒; [0027] 优选地,所述挤出温度为245‑270℃,挤出转速为100‑200rpm。 [0028] 基于本发明的第三个方面,还提供一种聚碳酸酯组合物,按照总重量为100%计,包含以下各组分: [0029] PC树脂68‑90%, [0030] 硅氧烷共聚PC树脂B 6‑20%, [0031] 本发明前文中无氟阻燃母粒1.5‑18%, [0032] 抗氧剂0.2‑0.6%, [0033] 润滑剂0.5‑2%。 [0034] 其他助剂0‑6%。 [0035] 在一些优选示例中,所述PC树脂在测试条件为300℃,1.2kg下的熔融指数为3‑65g/10min,优选5‑65g/10min,更优选5‑50g/10min。 [0036] 在一些优选示例中,所述硅氧烷共聚PC树脂B在测试条件为300℃,1.2kg下的熔融指数为0.1‑5g/10min,优选0.2‑4g/10min,更优选0.2‑3g/10min; [0037] 优选地,所述硅氧烷共聚PC树脂B中,硅氧烷共聚单元质量含量为12‑35%,优选12‑32%,更优选15‑30%。 [0038] 在一些优选示例中,所述其他助剂包括紫外线吸收剂、增韧剂中的任意一种或多种。 [0039] 基于本发明的第四个方面,还提供一种如前文所述的聚碳酸酯组合物的制备方法,包括以下步骤:将PC树脂、硅氧烷共聚PC树脂B、前文中无氟阻燃母粒、抗氧剂、润滑剂、其他助剂充分混合后挤出,切粒,得到聚碳酸酯组合物; [0040] 优选地,所述挤出温度为250‑300℃,挤出转速为150‑400rpm。 [0041] 本发明以上内容提供的无氟阻燃母粒和聚碳酸酯组合物中,所述抗氧剂可以选自受阻酚类、亚磷酸酯类、硫代酯类、苯并呋喃类、丙烯酰改性苯酚类、羟胺类抗氧剂中的一种或多种,包括但不限于1076、168、PEP‑36中的一种或多种; [0042] 所述润滑剂可以选自脂肪醇类、脂肪酸类、脂肪酸酯类、褐煤酸及其衍生物类、酰胺蜡类、饱和烃类、聚烯烃蜡及其衍生物类、有机硅及硅酮类润滑剂中的一种或多种,包括但不限于季戊四醇硬脂酸酯、蒙旦蜡6901中的一种或多种。 [0044] 所述抗冲改性剂包括但不限于苯乙烯‑丁二烯‑丙烯腈共聚物(ABS)、甲基丙烯酸甲酯‑丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物(MABS)、甲基丙烯酸甲酯‑丁二烯‑苯乙烯共聚物(MBS)、丙烯酸酯‑苯乙烯‑丙烯腈共聚物(ASA)、甲基丙烯酸甲酯‑丁二烯共聚物(MB)、丙烯腈‑乙烯丙烯橡胶‑苯乙烯共聚物(AES)、苯乙烯‑丁二烯共聚物(SB)、甲基丙烯酸甲酯‑丙烯酸酯共聚物(MA)、甲基丙烯酸甲酯‑丙烯酸酯‑苯乙烯共聚物(MAS)中的一种或多种。 [0045] 基于本发明的第五个方面,还提供一种如前文所述的聚碳酸酯组合物在电子电器、户外光伏设备中的应用。 [0046] 本发明通过聚硼硅氧烷和硅藻土等多孔材料(尤其是硅烷偶联剂改性硅藻土)协同使用制备无氟阻燃母粒,再应用于聚碳酸酯组合物中,所得PC组合物材料不仅可以保持较高的耐热性和耐冲击性,而且大幅提高了CTI值,电性能表现稳定,具有广阔的应用前景。 具体实施方式[0047] 下面通过具体实施例对本发明做进一步说明,本发明所述实施例只是作为对本发明的说明,不限制本发明的范围。 [0048] 本发明以下实施例采用的主要原料信息如下,其他原料如无特殊说明,均通过市售途径购买获得。 [0049] PC树脂(PC‑1):CLARNATE 2100,熔融指数(300℃,1.2kg)=8.5g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0050] PC树脂(PC‑2):CLARNATE 2220,熔融指数(300℃,1.2kg)=20g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0051] PC树脂(PC‑3):CLARNATE 2350,熔融指数(300℃,1.2kg)=35g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0052] 硅氧烷共聚PC树脂(Si‑PC‑A1):CLARNATE S2440,硅氧烷共聚单元含量为7.5wt%,熔融指数(300℃,1.2kg)=20g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0053] 硅氧烷共聚PC树脂(Si‑PC‑A2):CLARNATE S2340,硅氧烷共聚单元含量为9wt%,熔融指数(300℃,1.2kg)=15g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0054] 硅氧烷共聚PC树脂(Si‑PC‑A3):CLARNATE S2630,硅氧烷共聚单元含量为5wt%,熔融指数(300℃,1.2kg)=32g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0055] 硅氧烷共聚PC树脂(Si‑PC‑B1):CLARNATE S2060,硅氧烷共聚单元含量为20wt%,熔融指数(300℃,1.2kg)=1.3g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0056] 硅氧烷共聚PC树脂(Si‑PC‑B2):CLARNATE S2080,硅氧烷共聚单元含量为30wt%,熔融指数(300℃,1.2kg)=0.4g/10min,万华化学集团股份有限公司。 [0057] 润滑剂(WAX‑1):四硬脂酸季戊四醇酯,发基化学品(张家港)有限公司。 [0058] 抗氧化剂(AO‑1):三[2.4‑二叔丁基苯基]亚磷酸酯和β‑(3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯重量比为4:1的复合抗氧剂。 [0059] 八甲基环四硅氧烷(D4),98.0%,英诺化学科技有限公司。 [0060] 硼酸(BA),阿拉丁工业公司(中国)。 [0061] 硅酸四乙酯(TEOS),阿拉丁工业公司(中国)。 [0062] 二乙二醇二甲醚(99.5%),上海阿拉丁生化科技股份有限公司。 [0063] 盐酸(HCl,36.0‑38.0%),万华化学集团股份有限公司。 [0064] 硅藻土‑R,未改性的硅藻土,国药集团化学试剂有限公司。 [0065] γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,市售。 [0067] 本发明以下实施例主要采用的性能测试方法如下: [0068] (1)悬臂梁缺口冲击强度:在23℃条件下,使用4.0mm厚的注塑悬臂梁测试样条,采2 用缺口机制备2.0mm深度缺口,根据GB/T1043.1‑2008测定缺口悬臂梁冲击强度,以kJ/m记录结果。 [0069] (2)热变形温度:在23℃条件下,按照ISO 75标准测试,以℃记录结果。 [0070] (3)阻燃测试:注塑成127*12.7*3.0mm、127*12.7*1.5mm两种样条,150*150*3.0mm规格样板,按照UL94标准进行前处理和阻燃性能,以V0、V1、V2、HB、5VB、5VA记录结果。 [0071] (4)相对漏电起痕指数测试:制备90*80*3.0mm样板,根据IEC60112标准测试样品的相对漏电起痕指数(CTI),以V记录结果。CTI越高,电性能越优异。 [0072] 【准备例1】 [0073] 将23.73g的D4、1.24g的硼酸、2.08的TEOS和3ml盐酸溶解在100ml二乙二醇二甲醚中,磁力搅拌下升温至70℃加热4小时,然后在120℃下保留2小时。减压蒸馏除去溶剂,而后在60℃下真空干燥,得到粉末状固体产物聚硼硅氧烷,记作PBS‑1。 [0074] 将14.83g的D4、3.09g的硼酸、2.08的TEOS和4ml盐酸溶解在100ml二乙二醇二甲醚中,磁力搅拌下升温至65℃加热4小时,然后在110℃下保留2小时。减压蒸馏除去溶剂,而后在60℃下真空干燥,得到粉末状固体产物聚硼硅氧烷,记作PBS‑2。 [0075] 将8.90g的D4、4.64g的硼酸、2.08的TEOS和4ml盐酸溶解在100ml二乙二醇二甲醚中,磁力搅拌下升温至60℃加热4小时,然后在100℃下保留2小时。减压蒸馏除去溶剂,而后在60℃下真空干燥,得到粉末状固体产物聚硼硅氧烷,记作PBS‑3。 [0076] 【准备例2】 [0077] 将100g硅藻土‑R加入质量浓度为40%的1L乙醇水溶液中混合,超声分散40min,然后磁力搅拌下(转速350r/min)加入乙酸调节pH至5.1,加入25gγ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,升温至75℃,继续搅拌反应5h;反应结束后静置冷却,过滤,用乙醇洗涤3次,60℃真空干燥,得到改性硅藻土‑M1。 [0078] 将50g硅藻土‑R加入质量浓度为40%的1L乙醇水溶液中混合,超声分散40min,然后磁力搅拌下(转速350r/min)加入乙酸调节pH至5.1,加入25gγ‑氨丙基三乙氧基硅烷,升温至75℃,继续搅拌反应5h;反应结束后静置冷却,过滤,用乙醇洗涤3次,60℃真空干燥,得到改性硅藻土‑M2。 [0079] 将200g硅藻土‑R加入质量浓度为40%的1L乙醇水溶液中混合,超声分散40min,然后磁力搅拌下(转速350r/min)加入乙酸调节pH至5.1,加入25gγ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,升温至75℃,继续搅拌反应5h;反应结束后静置冷却,过滤,用乙醇洗涤3次,60℃真空干燥,得到改性硅藻土‑M3。 [0080] 将100g硅藻土‑R加入质量浓度为40%的1L乙醇水溶液中混合,超声分散40min,然后磁力搅拌下(转速350r/min)加入乙酸调节pH至5.1,加入15gγ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,升温至75℃,继续搅拌反应5h;反应结束后静置冷却,过滤,用乙醇洗涤3次,60℃真空干燥,得到改性硅藻土‑M4。 [0081] 将100g硅藻土‑R加入质量浓度为40%的1L乙醇水溶液中混合,超声分散40min,然后磁力搅拌下(转速350r/min)加入乙酸调节pH至5.1,加入25g二硬脂酰氧异丙基铝酸酯,升温至75℃,继续搅拌反应5h;反应结束后静置冷却,过滤,用乙醇洗涤3次,60℃真空干燥,得到改性硅藻土‑D1。 [0082] 【实施例1】 [0083] 按照以下方法制备无氟阻燃母粒: [0084] 将1.687kg Si‑PC‑A1、0.2kg PBS‑1、0.08kg改性硅藻土‑M1、0.003kg AO‑1、0.03kg WAX‑1使用打粉机混合,然后将混合物加到布斯混炼机中挤出、造粒,挤出温度在 245‑270℃,转速在200rpm,得到无氟阻燃母粒PBSMB‑1。 [0085] 【实施例2】 [0086] 按照以下方法制备无氟阻燃母粒: [0087] 将1.507kg Si‑PC‑A2、0.4kg PBS‑2、0.06kg改性硅藻土‑M2、0.003kg AO‑1、0.03kg WAX‑1使用打粉机混合,然后将混合物加到布斯混炼机中挤出、造粒,挤出温度在 245‑270℃,转速在150rpm,得到无氟阻燃母粒PBSMB‑2。 [0088] 【实施例3】 [0089] 将1.247kg Si‑PC‑A3、0.6kg PBS‑3、0.12kg改性硅藻土‑M3、0.003kg AO‑1、0.03kg WAX‑1使用MIXACO混合,然后将混合物加到布斯混炼机中挤出、造粒,挤出温度在 245‑270℃,转速在100rpm,得到无氟阻燃母粒PBSMB‑3。 [0090] 【实施例4】 [0091] 按照与实施例1基本相同的配方和方法制备无氟阻燃母粒PBSMB‑4,区别仅在于,将改性硅藻土‑M1替换为等量的改性硅藻土‑M4。 [0092] 【对比例1】 [0093] 按照与实施例1基本相同的配方和方法制备无氟阻燃母粒PBSMB‑5,区别仅在于,将改性硅藻土‑M1替换为等量的改性硅藻土‑D1。 [0094] 【对比例2】 [0095] 按照与实施例1基本相同的配方和方法制备无氟阻燃母粒PBSMB‑6,区别仅在于,将改性硅藻土‑M1替换为等量的硅藻土‑R。 [0096] 【对比例3】 [0097] 按照与实施例1基本相同的配方和方法制备无氟阻燃母粒PBSMB‑7,区别仅在于,不加改性硅藻土‑M1。 [0098] 【应用例1‑6】 [0099] 参照表1中配方,分别将原料混合后采用科倍隆STS‑35双螺杆挤出机进行熔融混炼,加工温度为一区230℃,二区260℃,三区285℃,四区280℃,五区到九区275℃,机头280℃,挤出后切粒,得到各应用例中聚碳酸酯组合物。 [0100] 表1、应用例1‑6中聚碳酸酯组合物配方 [0101] [0102] 【对比应用例1】 [0103] 按照应用例1中方法制备聚碳酸酯组合物,区别仅在于,将无氟阻燃母粒PBSMB‑1替换为等量的PBSMB‑5。 [0104] 【对比应用例2】 [0105] 按照应用例1中方法制备聚碳酸酯组合物,区别仅在于,将无氟阻燃母粒PBSMB‑1替换为等量的PBSMB‑6。 [0106] 【对比应用例3】 [0107] 按照应用例1中方法制备聚碳酸酯组合物,区别仅在于,将无氟阻燃母粒PBSMB‑1替换为等量的PBSMB‑7。 [0108] 【对比应用例4】 [0109] 按照应用例1中方法制备聚碳酸酯组合物,区别仅在于,不加无氟阻燃母粒PBSMB‑1。 [0110] 对上述应用例和对比应用例获得的聚碳酸酯组合物进行表2中性能测试,结果如下。 [0111] 表2、性能测试结果 [0112] [0113] 表2中实验结果表明,选用本发明方案提供的无氟阻燃母粒制备聚碳酸酯组合物,具有优异的阻燃性能,和显著提高的CTI值,且材料机械性能保持良好,相比于对比应用例中方案具有显著优势。 [0114] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域技术的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。 |