一种阻燃聚碳酸酯塑料及其制备方法与流程

本发明属于塑料领域，涉及一种阻燃聚碳酸酯塑料，本发明还涉及该阻燃聚碳酸酯塑料的制备方法。

背景技术：

聚碳酸酯是一种无定型、无臭、无味、无毒的热塑性聚合物，是一种分子结构特殊、综合性能优良的热塑性工程树脂。目前，它的应用迅速发展，在五大工程树脂中的应用中，排名第二，仅次于尼龙的应用。聚碳酸酷的分子链上含有苯环和碳酸脂结构，因此，其分子链的刚性非常大。由于聚碳酸酷的这种特殊的分子结构，决定了聚碳酸酷的许多独特的力学、热学、光学等方面的性能。聚碳酸酯无色透明，耐弱酸、耐弱碱、耐中性油，耐热、抗冲击，在普通使用温度内都有良好的机械性能。

因为聚碳酸酯具有上述所述的优点，综合性能优良，被广泛应用于机械设备、建筑工程、仪表及电气照明等领域。聚碳酸酯主链上含有苯环，燃烧时可缩合成芳香型炭，成炭率较高，阻燃等级为UL94V-2，虽然具有一定的阻燃性，但是其可燃，燃烧时会滴下热熔体，容易引起附近材料的着火，所以难以满足某些领域对聚碳酸酯阻燃性能的要求。

普通常用的阻燃添加剂方法就是添加有含卤素的卤化物和三氧化二锑，这些阻燃剂的缺点是燃烧时发烟量大，产生有毒有害、有强烈腐蚀性的卤化物，并造成环境污染。为了达到低烟的目的，大家都致力于低烟低卤阻燃材料的开发。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述提到的现有技术中的不足，提供一种阻燃聚碳酸酯塑料及其制备方法，该阻燃聚碳酸酯塑料力学性能好，具有很好的阻燃性和可加工性能。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阻燃聚碳酸酯塑料，由以下组分按重量份数制成：聚碳酸酯80-120份、玻璃纤维布10-20份、聚酯纤维6-10份、贝壳粉6-8份、红麻4-6份、桑皮纤维3-5份、季戊四醇4-6份、聚磷酸铵16-20份、二氰二胺4-6份、硬脂酸钙2-4份、马来酸酐0.5-0.7份、硅烷偶联剂1-2份、单甘脂0.4-0.6份、抗氧剂0.2-0.4份。

优选的，一种阻燃聚碳酸酯塑料，由以下组分按重量份数制成：聚碳酸酯80份、玻璃纤维布10份、聚酯纤维6份、贝壳粉6份、红麻4份、桑皮纤维3份、季戊四醇4份、聚磷酸铵16份、二氰二胺4份、硬脂酸钙2份、马来酸酐0.5份、硅烷偶联剂1份、单甘脂0.4份、抗氧剂0.2份。

优选的，一种阻燃聚碳酸酯塑料，由以下组分按重量份数制成：聚碳酸酯120份、玻璃纤维布20份、聚酯纤维10份、贝壳粉8份、红麻6份、桑皮纤维5份、季戊四醇6份、聚磷酸铵20份、二氰二胺6份、硬脂酸钙4份、马来酸酐0.7份、硅烷偶联剂2份、单甘脂0.6份、抗氧剂0.4份。

优选的，一种阻燃聚碳酸酯塑料，由以下组分按重量份数制成：聚碳酸酯100份、玻璃纤维布15份、聚酯纤维8份、贝壳粉7份、红麻5份、桑皮纤维4份、季戊四醇5份、聚磷酸铵18份、二氰二胺5份、硬脂酸钙3份、马来酸酐0.6份、硅烷偶联剂1.5份、单甘脂0.5份、抗氧剂0.3份。

本发明的另一目的是提供一种阻燃聚碳酸酯塑料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将贝壳粉、红麻、桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠水溶液搅拌超声处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(2)将步骤(1)处理后的贝壳粉、红麻、桑皮纤维混合，加入其重量的10倍的丙酮水溶液，搅拌，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静置12h，过滤洗涤，烘干后，备用；

(3)称取玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料分别送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(4)按配比称取步骤(2)所处理的贝壳粉、红麻、桑皮纤维以及步骤(3)所得的玻璃纤维布小段料、聚酯纤维小段料，混合均匀后送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(5)将步骤(4)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(6)将聚碳酸酯、马来酸酐、硬脂酸钙、季戊四醇加入反应釜中，加热到150-200℃后继续搅拌至物料完全熔融后，再加入聚磷酸铵、二氰二胺、抗氧剂、步骤(5)所得的混合粉末，充分搅拌熔融混合均匀后，将反应釜中混合物料置于双辊开炼机上继续熔融混合，混合温度为140-180℃，混合时间为30min；

(7)将步骤(6)所得混合物料熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃聚碳酸酯塑料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明阻燃聚碳酸酯塑料以聚碳酸酯为本体，选用玻璃纤维、聚酯纤维、红麻、桑皮纤维来增强聚碳酸酯塑料，通过控制各成分的比例，使其性能协同互补，进一步提高了聚碳酸酯的耐热性、耐腐蚀性、韧性、抗疲劳性以及低温抗裂性。

(2)本发明将红麻、桑皮纤维碱处理后，再与贝壳粉用硅烷偶联剂和单甘脂进行表面修饰，使它们表面的极性降低，大大改善了红麻、桑皮纤维、贝壳粉在聚碳酸酯基体中的分散效果，以及它们与其他原材料共混后的相容性好，挤出后不会发生析出现象，同时红麻、桑皮纤维既作为成炭剂又能作为加强材料提高聚碳酸酯塑料的力学性能，在实际上相当于减少了膨胀型阻燃剂的添加量，能够最大程度的降低阻燃剂对聚碳酸酯本体材料力学性能的影响。

(3)本发明阻燃聚碳酸酯塑料选用的阻燃剂为无卤阻燃剂，使用和燃烧过程中安全无毒，配方中红麻、桑皮纤维分散到聚碳酸酯中在起到了提高聚碳酸酯塑料力学性能的基础上，又与季戊四醇共同作为膨胀性阻燃剂的成炭剂，当聚碳酸酯塑料在受热温度达到150℃左右时，聚磷酸铵产生能酯化多元醇和脱水的酸，酸与成炭剂进行酯化反应，二氰二胺催化酯化反应加速进行，反应过程中产生的不燃性气体使以处于熔融状态的聚碳酸酯机体膨胀发泡，形成多孔泡沫碳层，防止聚碳酸酯塑料熔滴现象的发生，亦不会产生火焰和可燃性气体，使用安全。

(4)本发明选取废弃的玻璃纤维下脚料和聚酯纤维下脚料为原料，变废为宝，既降低了原料成本，循环经济，又进一步提高了聚碳酸酯的力学性能，制备方法中，将玻璃纤维和红麻、桑皮纤维现进行微波干燥处理后，再进行纳米研磨，微波干燥处理后，使得小段料变脆，再纳米研磨时，就会减少研磨时间而达到所需要的粒度，同时粒度减小，有利于快速熔融，节省生产时间。

(5)本发明的制备方法操作工艺简单，可实现工业化生产，加工性能好，可以加工成纤维、无纺布、薄膜等，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

实施例1

一种阻燃聚碳酸酯塑料，由以下组分按重量份数制成：聚碳酸酯80份、玻璃纤维布10份、聚酯纤维6份、贝壳粉6份、红麻4份、桑皮纤维3份、季戊四醇4份、聚磷酸铵16份、二氰二胺4份、硬脂酸钙2份、马来酸酐0.5份、硅烷偶联剂1份、单甘脂0.4份、抗氧剂0.2份。

所述阻燃聚碳酸酯塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)将贝壳粉、红麻、桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠水溶液搅拌超声处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(2)将步骤(1)处理后的贝壳粉、红麻、桑皮纤维混合，加入其重量的10倍的丙酮水溶液，搅拌，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静置12h，过滤洗涤，烘干后，备用；

(3)称取玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料分别送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(4)按配比称取步骤(2)所处理的贝壳粉、红麻、桑皮纤维以及步骤(3)所得的玻璃纤维布小段料、聚酯纤维小段料，混合均匀后送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(5)将步骤(4)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(6)将聚碳酸酯、马来酸酐、硬脂酸钙、季戊四醇加入反应釜中，加热到150-200℃后继续搅拌至物料完全熔融后，再加入聚磷酸铵、二氰二胺、抗氧剂、步骤(5)所得的混合粉末，充分搅拌熔融混合均匀后，将反应釜中混合物料置于双辊开炼机上继续熔融混合，混合温度为140-180℃，混合时间为30min；

(7)将步骤(6)所得混合物料熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃聚碳酸酯塑料。

实施例2

一种阻燃聚碳酸酯塑料，由以下组分按重量份数制成：聚碳酸酯120份、玻璃纤维布20份、聚酯纤维10份、贝壳粉8份、红麻6份、桑皮纤维5份、季戊四醇6份、聚磷酸铵20份、二氰二胺6份、硬脂酸钙4份、马来酸酐0.7份、硅烷偶联剂2份、单甘脂0.6份、抗氧剂0.4份。

所述阻燃聚碳酸酯塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)将贝壳粉、红麻、桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠水溶液搅拌超声处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(2)将步骤(1)处理后的贝壳粉、红麻、桑皮纤维混合，加入其重量的10倍的丙酮水溶液，搅拌，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静置12h，过滤洗涤，烘干后，备用；

(3)称取玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料分别送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(4)按配比称取步骤(2)所处理的贝壳粉、红麻、桑皮纤维以及步骤(3)所得的玻璃纤维布小段料、聚酯纤维小段料，混合均匀后送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(5)将步骤(4)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(6)将聚碳酸酯、马来酸酐、硬脂酸钙、季戊四醇加入反应釜中，加热到150-200℃后继续搅拌至物料完全熔融后，再加入聚磷酸铵、二氰二胺、抗氧剂、步骤(5)所得的混合粉末，充分搅拌熔融混合均匀后，将反应釜中混合物料置于双辊开炼机上继续熔融混合，混合温度为140-180℃，混合时间为30min；

(7)将步骤(6)所得混合物料熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃聚碳酸酯塑料。

实施例3

一种阻燃聚碳酸酯塑料，由以下组分按重量份数制成：聚碳酸酯100份、玻璃纤维布15份、聚酯纤维8份、贝壳粉7份、红麻5份、桑皮纤维4份、季戊四醇5份、聚磷酸铵18份、二氰二胺5份、硬脂酸钙3份、马来酸酐0.6份、硅烷偶联剂1.5份、单甘脂0.5份、抗氧剂0.3份。

所述阻燃聚碳酸酯塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)将贝壳粉、红麻、桑皮纤维用质量分数为10-20％的氢氧化钠水溶液搅拌超声处理30min，然后水洗至中性后烘干，备用；

(2)将步骤(1)处理后的贝壳粉、红麻、桑皮纤维混合，加入其重量的10倍的丙酮水溶液，搅拌，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静置12h，过滤洗涤，烘干后，备用；

(3)称取玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料，清洗至无泥浆、污物等，干燥至无水分，然后将干燥后的玻璃纤维布耳料和聚酯纤维耳料分别送入切段机进行切段，分别切成长度为4-5cm的小段料；

(4)按配比称取步骤(2)所处理的贝壳粉、红麻、桑皮纤维以及步骤(3)所得的玻璃纤维布小段料、聚酯纤维小段料，混合均匀后送入微波干燥机进行微波干燥，微波干燥温度为150-200℃，时间为1-3min；

(5)将步骤(4)微波干燥后的混合物料送入纳米研磨机，进行研磨，得混合粉末；

(6)将聚碳酸酯、马来酸酐、硬脂酸钙、季戊四醇加入反应釜中，加热到150-200℃后继续搅拌至物料完全熔融后，再加入聚磷酸铵、二氰二胺、抗氧剂、步骤(5)所得的混合粉末，充分搅拌熔融混合均匀后，将反应釜中混合物料置于双辊开炼机上继续熔融混合，混合温度为140-180℃，混合时间为30min；

(7)将步骤(6)所得混合物料熔融挤出，将挤出料在50±5℃下烘干除去水分，即得所述的阻燃聚碳酸酯塑料。

性能测试

本发明对实施例1-3所制备的阻燃聚碳酸酯塑料的性能进行了测试，测试标准和测试结果如表1所示。

表1阻燃聚碳酸酯塑料的力学性能测试结果

上述测试结果表明，本发明所制备的阻燃聚碳酸酯塑料在具有很好的阻燃性能的基础上，还具有良好的拉伸强度、断裂伸长率、缺口冲击强度。

本发明对实施例1-3所制备的阻燃聚碳酸酯塑料中卤素含量进行了测试，测试结果如表2所示。

表2阻燃聚碳酸酯塑料中卤素含量测试结果

从表2中数据可以发现，本发明的聚碳酸酯塑料中未检出卤素元素。

以上所述是本发明的优选实施方式，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择，或者对上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，通过任何合适的方式进行组合等，这些等效替换及辅助成分的添加、具体技术特征的组合等也视为本发明的保护范围。