本发明涉及阻燃材料加工领域，尤其是涉及一种高效抑烟阻燃的改性聚芳香酯及其制备方法。
背景技术：
聚芳香酯材料，特别如双酚A型聚碳酸酯具有多芳香环结构，具有较高的氧指数，但同时在燃烧时也会具有较大的烟密度。发烟量大，能见度低，及烟气腐蚀性，会对救援及火灾现场人员的存活可能造成极大威胁。因而，在以塑代钢的新时代，高效抑烟阻燃的环保型复合材料十分必要，高效抑烟的聚芳香酯材料可以广泛应用在家用电器、建筑业、装饰业、电器电缆业、汽车内外饰、建筑行业以及通讯行业等。
目前，报道的降低烟密度的材料，如中国专利CN103102669B，其通过添加复合消烟剂来达到抑烟目的。采用的无机复合消烟剂为钼化合物和纳米CuO、ZnO、Fe2O3等复配而成。但是钼化合物十分昂贵，它的添加也使得塑料的密度增加，有些金属氧化物还会造成聚酯材料的降解，影响材料的使用。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效抑烟阻燃的改性聚芳香酯及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高效抑烟阻燃的改性聚芳香酯，包括以下重量份数的组分：聚芳香酯树脂50～90份，纳米二氧化硅气凝胶5～15份，磷系阻燃剂5～20份，抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.1～1份。
优选的，所述的聚芳香酯树脂为芳香族聚酯，其分子链段中包含芳香环，选自聚碳酸酯类、聚对二本二甲酸醇酯类、环己烷醇酯中的一种或几种。
更优选的，所述的聚芳香酯树脂为双酚A型聚碳酸酯，其重均分子量为26000-40000。
优选的，所述的纳米二氧化硅气凝胶的比表面积为400～750m2/g，平均孔径达2.8～15.9nm。
优选的，所述的磷系阻燃剂为聚磷酸胺、磷酸三甲苯酯或泰星HT-1055中的一种或两种。
优选的，所述的抗氧剂包括市售抗氧剂ESCNOX S-9229、抗氧剂S-9228PC或抗氧剂168中的一种或几种。
优选的，所述的润滑剂包括硅酮粉、季戊四醇酯或乙撑双硬酯酰胺中的一种或几种。
更优选的，所述的季戊四醇酯的重均分子量为100～140。
一种高效抑烟阻燃的改性聚芳香酯的制备方法，包括以下步骤：
(a)称取磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶超声波条件下，混合，得到阻燃剂/气凝胶复合物；
(b)再将聚芳香酯树脂、阻燃剂/气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂充分分散混匀，倒入双螺杆挤出机中，熔融、挤出、造粒，即得到目的产品。
本发明所制备的高效抑烟阻燃的改性聚芳香酯的烟密度远低于70，阻燃效果极佳，并且燃烧时，材料表面形成致密碳层阻隔材料进一步燃烧，同时纳米气凝胶可吸附产生的CO、CO2等有毒腐蚀气体，不会危害人体呼吸系统。可用广泛在校车、高铁、电器设备、建筑材料等。
本发明的作用机理是：采用小粒径、大比表面能的纳米二氧化硅气凝胶，超声波条件下，吸附磷系阻燃剂，防止纳米材料发生团聚造成分散不均匀。加入到基体材料中，通过双螺杆挤出机挤出，得到分散均匀的改性聚芳香酯材料。聚芳香酯本身含有多碳，有一定的自身阻燃性，但是由于苯环较多，一旦引燃，便会产生大量烟雾。燃烧时，阻燃剂从纳米氧化硅气凝胶中释放出来，形成凝聚相附着在材料表面，纳米氧化硅协效阻燃抑烟。同时，气凝胶此时的孔洞结构也可以吸附大量的烟雾，降低烟雾的扩散。
本发明的制备工艺中：超声波条件下，以防分散不均匀。混合加入基体材料，实际上以多孔纳米硅气凝胶为载体，可物理吸附阻燃剂，促进阻燃剂在材料分散均匀。并在阻燃过程，协效阻燃，与阻燃剂配合发生作用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)该种高效抑烟的聚芳香酯材料通过添加高表面能及高孔隙率的纳米二氧化硅气凝胶吸附阻燃剂，使得阻燃剂分散均匀。其中，磷系阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层，在氧化硅协效作用下，形成的碳化层可以阻止聚合物进一步热解，并阻止内部因为热分解产物参与气相燃烧过程。
(2)该种高效抑烟的聚芳香酯材料，低密度和高凝胶孔隙率的硅气凝胶可以大幅降低固相热传导，在燃烧过程中，形成致密碳层，阻燃同时，硅气凝胶还可以隔热，降低导热传热速度，起到固相阻燃的协助作用，减少内部材料因受热分解而发生气相燃烧的可能。
(3)该种高效抑烟的聚芳香酯材料可以通过，多孔气凝胶高效捕获火灾中释放CO2、SO2等有毒有害气体，迅速降低火灾现场的发烟量。
(4)此外，气凝胶轻质低密度，可维持该种高效抑烟的聚芳香酯材料的密度及性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例及对比例中选用的聚芳香酯树脂，优选双酚A型聚碳酸酯，具体为帝人的L1225L；纳米二氧化硅气凝胶比表面积为400～750m2/g，平均孔径达2.8～15.9nm；磷系阻燃剂为泰星HT-1055(即泰星化工的HT-1055)；抗氧剂为市售Ciba公司的Irganox 1076和Irganox 168，其重量比为2：1；润滑剂为市售的季戊四醇硬脂酸及硅烷酮，其比重为1:4。
实施例1
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：PC 70份；磷系阻燃剂10份；纳米二氧化硅气凝胶10份；抗氧剂0.1份；润滑剂0.1份。
(2)首先，将磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶在超声条件下进行混合，得到吸附阻燃剂的纳米硅气凝胶。
(3)将聚芳香酯树脂、含有磷系阻燃剂纳米二氧化硅气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行充分分散混匀。
(4)将上述组分原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(5)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为40。
实施例2
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：PC 50份；磷系阻燃剂20份；纳米二氧化硅气凝胶15份；抗氧剂0.5份；润滑剂0.3份。
(2)首先，将磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶在超声条件下进行混合，得到吸附阻燃剂的纳米硅气凝胶。
(3)将聚芳香酯树脂、含有磷系阻燃剂纳米二氧化硅气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行充分分散混匀。
(4)将上述组分原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(5)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为38。
实施例3
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：PC 90份；磷系阻燃剂5份；纳米二氧化硅气凝胶5份；抗氧剂1份；润滑剂0.5份。
(2)首先，将磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶在超声条件下进行混合，得到吸附阻燃剂的纳米硅气凝胶。
(3)将聚芳香酯树脂、含有磷系阻燃剂纳米二氧化硅气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行充分分散混匀。
(4)将上述组分原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(5)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为42。
实施例4
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：PC 85份；磷系阻燃剂7份；纳米二氧化硅气凝胶15份；抗氧剂0.1份；润滑剂0.1份。
(2)首先，将磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶在超声条件下进行混合，得到吸附阻燃剂的纳米硅气凝胶。
(3)将聚芳香酯树脂、含有磷系阻燃剂纳米二氧化硅气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行充分分散混匀。
(4)将上述组分原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(5)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为40。
对比例1
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：PC 70份；磷系阻燃剂10份；抗氧剂0.1份；润滑剂0.1～1份。
(2)将原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(3)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为40。
对比例2
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：PC 70份；硅系阻燃剂(盛美塑化产SMSI)10份；纳米二氧化硅气凝胶10份；抗氧剂0.1份；润滑剂0.1份。
(2)首先，将磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶在超声条件下进行混合，得到吸附阻燃剂的纳米硅气凝胶。
(3)将聚芳香酯树脂、含有磷系阻燃剂纳米二氧化硅气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行充分分散混匀。
(4)将上述组分原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(5)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为40。
对比例3
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：芳香聚氨酯(路博润的58144NAT 026)70份；磷系阻燃剂10份；纳米二氧化硅气凝胶10份；抗氧剂0.1份；润滑剂0.1份。
(2)首先，将磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶在超声条件下进行混合，得到吸附阻燃剂的纳米硅气凝胶。
(3)将聚芳香酯树脂、含有磷系阻燃剂纳米二氧化硅气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行充分分散混匀。
(4)将上述组分原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(5)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为40。
对比例4
一种高效抑烟阻燃的聚芳香酯及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取各组份：PC 70份；磷系阻燃剂25份；纳米二氧化硅气凝胶3份；抗氧剂0.1份；润滑剂0.1份。
(2)首先，将磷系阻燃剂与纳米二氧化硅气凝胶在超声条件下进行混合，得到吸附阻燃剂的纳米硅气凝胶。
(3)将聚芳香酯树脂、含有磷系阻燃剂纳米二氧化硅气凝胶复合物、抗氧剂和润滑剂加入混合搅拌机中进行充分分散混匀。
(4)将上述组分原材料从喂料口喂入，在260～300℃下熔融挤出，螺杆挤出机转速为500rpm，压力为3MPa，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
(5)挤出机螺杆直径为58mm，长径比为40。
各对比例及实施例注塑成75mm*75mm*12.5mm的样条，并根据烟密度测试标准ISO 5659-2：2006，IDT进行烟密度测试。生成的烟被收集在装配有光度计的测试箱内，测量光束通过烟后的衰减，结果记录比光密度表示烟密度等级。如下表1所示。
表1
由上表可知，本发明所提供的该种聚芳香酯，通过添加高表面能的吸附阻燃剂的纳米二氧化硅气凝胶，使得阻燃剂分散均匀，降低导热传热速度，可以协效阻燃。在燃烧过程中，形成致密碳层，阻燃同时，硅气凝胶还可以隔热、高效吸附火灾中释放气体，发挥高效抑烟阻燃作用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。