一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料及其加工，尤其涉及一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物及其制备方法。

背景技术：

0、技术背景

1、聚碳酸酯（polycarbonate，简称pc）是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，其分子主链含有碳酸酯基，属于五大通用工程塑料之一。pc材料兼具优异的透光性能（3 mm厚度其透光率可达87%~93%）、极高的冲击强度、良好的尺寸稳定性、优良的电绝缘性能以及宽的使用温度范围（-60℃~120℃），在电子电器、汽车工业、医疗器械、建筑建材、光学器件及航空航天等领域都有广泛应用。然而，其固有的阻燃性能（v2等级）虽优于大多数通用塑料，但仍难以满足许多高技术应用场景的苛刻要求。特别是在消费电子、新能源汽车、高端光学器件、5g通信设备等领域中，其阻燃标准都要达到1.6 mm厚度ul 94 v-0等级。

2、pc阻燃性能的提高可以通过添加各类阻燃剂实现。然而，大多数常规阻燃剂与pc基体的相容性较差，添加后会在pc基体中形成微观分散相，使得入射光在界面发生散射和折射，导致透光率显著下降、雾度升高。目前，适用于透明pc的阻燃体系主要包括磺酸盐系、有机硅系和有机磷系等无卤阻燃剂。

3、近年来全球范围内对含氟化合物的环保监管日益严格。特别对于pc阻燃体系多种属于全氟和多氟烷基物质（pfas）的含氟助剂，比如pfbs（全氟丁基磺酸钾）以及ptfe（聚四氟乙烯）被广泛使用。随着欧美地区对pfas限制法规的不断出台和强化，行业对无氟阻燃方案的需求愈加迫切。传统含氟助剂面临的环保合规压力与日俱增，开发不依赖含氟化合物的透明阻燃pc材料体系，已成为pc改性领域的迫切需求和重点研发方向。

4、本发明旨在开发一种兼具优异的透明性、高效阻燃性能（ul 94 v-0等级），且完全不含氟类阻燃助剂（包括pfbs、ptfe等）的聚碳酸酯材料，对于满足阻燃安全标准、响应全球pfas环保监管趋势，并拓展pc在电子电器、汽车工业、医疗器械、建筑建材、光学器件及航空航天等领域的应用，具有重要的技术价值和市场意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物及其制备方法，在不使用任何含氟阻燃剂及抗滴落剂的前提下，达到1.6 mm厚度ul94 v0阻燃等级，并兼具优异的透明度。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，由按照以下重量份数计的原料组成：

4、高粘度聚碳酸酯树脂      20-80份；

5、硅共聚聚碳酸酯          20-70份；

6、无氟复配阻燃剂          1-10份；

7、磷酸酯改性苯基硅树脂     0.5-3份；

8、丙烯酸酯类核壳增韧剂     1-6份；

9、抗氧剂                   0.1-0.5份；

10、润滑剂                   0.1-0.5份；

11、其中，所述无氟复配阻燃剂由磺酸盐阻燃剂、六苯氧基环三磷腈（hpctp）和有机倍半硅氧烷（如笼型聚倍半硅氧烷，poss）按质量比（0.5-2）:（1-8）:（0.5-2.5）组成。

12、优选地，所述硅共聚聚碳酸酯在300℃/1.2kg条件下的熔体流动速率为5-20 g/10min，其中有机硅氧烷链段的含量为2-10wt%。具体可购买pc-ch9115产品（沧州大化）。

13、优选地，所述高粘度聚碳酸酯在300℃/1.2kg条件下的熔体流动速率为2-4 g/10min。具体可购买pc-wb2032产品（万华化学）。

14、优选地，所述磷酸酯改性苯基硅树脂由以下方法制得：

15、（1）将羟基苯基硅树脂与磷酸酯在90℃条件下搅拌溶解；

16、（2）在上述溶液中加入二月桂酸二丁基锡（dbtdl），升温至130℃，反应8h，酸值 <5mgkoh/g结束反应；

17、（3）减压蒸馏脱除乙醇/苯酚等副产物，过滤得磷酸酯改性苯基硅树脂。

18、优选地，所述丙烯酸酯类核壳增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，其核层为丁二烯-苯乙烯橡胶，壳层为甲基丙烯酸甲酯聚合物。

19、优选地，所述磺酸盐阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾，所述有机倍半硅氧烷为笼型倍半硅氧烷（poss）。

20、第二方面，本发明提供上述无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：

21、（1）按配比称取干燥后的硅共聚聚碳酸酯、高粘度聚碳酸酯、无氟复配阻燃剂、磷酸酯改性苯基硅树脂、丙烯酸酯类核壳增韧剂、抗氧剂和润滑剂，并在高速混合机中混合均匀；

22、（2）将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，经塑化挤出、拉条、水冷后切粒得到所述的无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，其中挤出机的加工温度为240-280℃，螺杆转速为200-400转/分钟。

23、优选地，步骤（1）中，所述硅共聚聚碳酸酯和高粘度聚碳酸酯的干燥条件为：100-120℃下干燥4-6小时。

24、优选地，步骤（2）中，所述双螺杆挤出机的长径比为35:1至45:1。

25、第三方面，本发明提供上述无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物在电子电器、汽车、航空或照明设备外壳中的应用。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、（1）本发明的无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物不使用含氟抗滴落剂，避免了pfas环保风险，符合当前对环保材料的要求，具有良好的环境友好性。

28、（2）本发明采用的磷-硅-磺酸盐协同体系阻燃效率高，在1.6 mm厚度下，可达到ul94 v0级，无熔滴。

29、（3）本发明通过选用与pc折射率匹配的助剂，并控制不透明填料的引入，所得材料透光率高，雾度低。

30、（4）本发明在满足1.6 mm阻燃v0等级无氟透明阻燃基础上不会影响聚碳酸酯材料基体的力学性能。

1.一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，其特征在于，由按照以下重量份数计的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，其特征在于：所述硅共聚聚碳酸酯在300℃/1.2kg条件下的熔体流动速率为5-20 g/10min，其中有机硅氧烷链段的含量为2-10wt%。

3.根据权利要求1所述的一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，其特征在于：所述高粘度聚碳酸酯在300℃/1.2kg条件下的熔体流动速率为2-4 g/10min。

4.根据权利要求1所述的一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，其特征在于：所述磷酸酯改性苯基硅树脂由以下方法制得：

5.根据权利要求1所述的一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，其特征在于：所述丙烯酸酯类核壳增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，其核层为丁二烯-苯乙烯橡胶，壳层为甲基丙烯酸甲酯聚合物。

6.根据权利要求1所述的一种无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物，其特征在于：所述磺酸盐阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾，所述有机倍半硅氧烷为笼型倍半硅氧烷。

7.权利要求1-6任一项所述的无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述硅共聚聚碳酸酯和高粘度聚碳酸酯的干燥条件为：100-120℃下干燥4-6小时。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述双螺杆挤出机的长径比为35:1至45:1。

10.权利要求1-6任一项所述的无氟透明阻燃聚碳酸酯组合物在电子电器、汽车、航空或照明设备外壳中的应用。