一种具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法

1.本技术涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着人们对环保的日益重视，免喷涂塑料应运而生，并在有限的领域逐步替代塑料喷涂技术。目前常规的工程塑料，如聚丙烯(polypropylene，pp)，聚碳酸酯(polycarbonate，pc)，丙烯腈
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丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene，abs)等在家电、汽车等领域已有免喷涂项目落地。
3.pc树脂作为一种常见的工程塑料，虽然本身就拥有一定的阻燃性能，但仍不能满足项目需求，而常见的阻燃方案中，除去阻燃剂的添加外，均需要添加抗滴落剂，以满足较高的阻燃要求。而抗滴落剂的原理是利用在螺杆中纤维化，形成网状结构，因此会导致pc材料的雾度增加，所以在利用阻燃pc树脂作为基材复配珠光粉、铝粉等制备高光泽、高金属质感的免喷涂材料时，往往材料的表面会出现发雾的现象，影响最终的产品。因此，在有较高阻燃要求的免喷涂pc项目中，如何避免阻燃功能导致pc材料发雾从而无法实现高金属质感，及后续如何提高材料稳定性，拓宽注塑加工的窗口，是免喷涂pc技术的难点。


技术实现要素：

4.本技术的目的是为了克服现有的阻燃pc在达到1.0mm v0的阻燃级别时，添加金属颜料无法制备出高金属质感材料，且材料稳定性不加，注塑工艺窗口较窄，对制件结构要求较高的难点，提供了一种能达到1.0mm v0级别阻燃，且具有高光泽，高金属质感，高加工性能的免喷涂阻燃pc材料及其制备方法。
5.为此，本技术的目的是提供一种具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料及其制备方法，能够实现制备出高金属质感且稳定性好的pc材料。
6.为达到上述目的，第一方面，本技术提供了一种具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料，该pc材料主要由聚碳酸酯、呈透明态的含卤阻燃剂、助剂、金属颜料组成。
7.可选地或优选地，所述聚碳酸酯、所述呈透明态的含卤阻燃剂、所述助剂和所述金属颜料按质量百分比的含量为：所述聚碳酸酯：所述呈透明态的含卤阻燃剂：所述助剂：所述金属颜料＝81～98.3％：0.5～5％：1～10％：0.2～4％。
8.可选地或优选地，所述呈透明态的含卤阻燃剂为溴代三嗪。
9.可选地或优选地，所述聚碳酸酯由两种或三种不同粘度聚碳酸酯复配得到。
10.第二方面，本技术提供了一种制备如权利第一方面中提供的具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料的方法，所述方法包括：
11.将预设质量的金属颜料在70
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90℃、60
‑
80rh％恒温恒湿箱中进行表面羟基化处理第一预设时长；
12.向处理后的所述金属颜料中加入浓度为3％
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7％的硅烷偶联剂水溶液；并在60
‑
90
℃温度下搅拌反应第二预设时长；
13.将搅拌后得到的包含所述金属颜料的材料研磨成粉末状，并95℃的真空环境下处理第三预设时长，以及将处理后的包含所述金属颜料的材料进行球磨，得到改性金属颜料；
14.将所述改性金属颜料与润滑剂混合，并在混料仓中混合均匀后在80℃烘箱中处理第四预设时长；
15.将聚碳酸酯、呈透明态的含卤阻燃剂和助剂按照预设质量比混合，得到混合物；
16.将所述混合物从双螺杆挤出机的第一喂料口喂入，并进行熔融，以及将所述改性金属颜料由所述双螺杆挤出机的至少一个第二喂料口喂入，并与所述混合物进行混合，并挤出造粒。
17.可选地或优选地，所述方法还包括：在对处理后的所述金属颜料和所述硅烷偶联剂搅拌过程中，利用氨水水溶液控制反应过程中的ph值在8
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10，且控制搅拌速度逐步从50
‑
100rpm提高至300
‑
500rpm。
18.可选地或优选地，所述改性金属颜料与所述润滑剂按质量比计为：所述改性金属颜料：所述润滑剂＝100：(0.5～5)。
19.可选地或优选地，，所述聚碳酸酯、所述呈透明态的含卤阻燃剂、所述抗氧剂和所述金属颜料按质量百分比组成为：
20.所述聚碳酸酯：所述呈透明态的含卤阻燃剂：所述助剂：所述金属颜料＝81～98.3％：0.5～5％：1～10％：0.2～4％。
21.可选地或优选地，所述双螺杆挤出机包括十节筒体，所述十节筒体依次连接，所述第一喂料口与所述十节筒体中的第一节筒体相连，所述第二喂料口为多个，且所述十节筒体中的第六节筒体至第九节筒体中每节筒体均与一个所述第二喂料口连接。
22.可选地或优选地，所述将所述改性金属颜料由所述双螺杆挤出机的至少一个第二喂料口喂入，具体包括：
23.将第一粒径的所述改性金属颜料从与所述第六节筒体相连的第二喂料口喂入所述第六节筒体，将第二粒径的所述改性金属颜料从与所述第七节筒体相连的第二喂料口喂入所述第七节筒体，将第三粒径的所述改性金属颜料从与所述第八节筒体相连的第二喂料口喂入所述第八节筒体，将第四粒径的所述改性金属颜料从与所述第九节筒体相连的第二喂料口喂入所述第九节筒体，其中，所述第一粒径小于所述第二粒径，所述第二粒径小于所述第三粒径，所述第三粒径小于所述第四粒径。
24.本技术提供的具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料及其制备方法，使用呈透明态的含卤阻燃剂，以及金属颜料与pc和助剂混合可以制备出具备高金属质感的pc材料。其中，在制备过程中，可以通过对金属颜料进行改性，并分阶段与聚碳酸酯、呈透明态的含卤阻燃剂和助剂的混合物进行熔融，从而制备出了具有高金属质感且稳定性好的pc材料。
附图说明
25.图1是本技术实施例提供的一种具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
26.为了使本领域技术人员更好的理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。
27.以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本技术以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个或两个以上(包含两个)。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a、b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
28.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“连接”包括直接连接和间接连接，除非另外说明。
29.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
30.在本技术实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
31.本技术中提供的具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料主要由聚碳酸酯、阻燃剂、助剂和改性金属颜料组成。当然了，该pc材料中也可以包含其他的材料。如表1所示，聚碳酸酯、呈透明态的含卤阻燃剂、助剂和金属颜料按质量百分比组成为：
32.表1
[0033][0034]
其中，聚碳酸酯可以由一种或多种双酚a型聚碳酸酯进行复配得到。为保证阻燃pc材料的物理性能(比如拉伸性能、抗冲击性能等)和加工性能，聚碳酸酯可以为高粘度聚碳酸酯和低粘度聚碳酸酯复配，或者，高粘度聚碳酸酯、中粘度聚碳酸酯和低粘度聚碳酸酯复配。其中，高粘度聚碳酸酯在300℃、1.2kg下的熔融指数为1.2～5g/10min，中粘度聚碳酸酯
在300℃、1.2kg下的熔融指数为12～25g/10min，低粘度聚碳酸酯在300℃、1.2kg下的熔融指数为50～80g/10min。在一个例子中，在高粘度pc和低粘度pc的复配体系中，以质量比计，高粘度pc：低粘度pc＝(60～90)：(40～10)。在一个例子中，在高粘度pc、中粘度pc和低粘度pc的复配体系中，以质量比计，高粘度pc：中粘度pc：低粘度pc＝(50～85)：(30～10)：(20～5)。
[0035]
呈透明态的含卤阻燃剂可以为溴代三嗪，优选溴含量为60～70％。可以理解的是，经试验发现，使用溴代三嗪作为阻燃剂制备出的具备高金属质感的阻燃pc材料的透明度、光泽和雾度等均优于其他材料(比如含磷的材料等)的阻燃剂，因此本方案中使用溴代三嗪作为阻燃剂。此外，由于利用的是呈透明态的含卤阻燃剂，因此，在使用过程中其不会影响到pc材料的透明度，从而为后续制备pc材料提供了良好的基础。在一个例子中，在使用溴代三嗪时是可以不用添加抗滴落剂，这样就避免了添加抗滴落剂致使聚碳酸酯的雾度增加的问题出现。可以理解的是，本方案使用的阻燃方案可以不添加抗滴落剂，从而避免了其他阻燃剂+抗滴落剂方案的缺点，且可以制备出高金属质感的免喷涂材料。
[0036]
助剂可以为增韧剂、润滑剂、抗氧剂中的一种或多种。在一个例子中，增韧剂可以为甲基丙烯酸甲酯
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丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯类共聚物、甲基丙烯酸甲酯
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丁二烯
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苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯
‑
丙烯酸酯
‑
有机硅共聚物中的一种或多种。在一个例子中，润滑剂可以为硬脂酸酯、硬脂酸、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉中的一种或多种。在一个例子中，抗氧剂可以由主抗氧剂和辅抗氧剂(即辅助抗氧剂)进行复配得到，即抗氧剂采用的是主抗氧剂和辅抗氧剂的复配体系。示例性的，主抗氧剂可以为受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂中的一种或多种，辅抗氧剂可以为亚磷酸酯类抗氧剂、硫酯类抗氧剂中的一种或多种。
[0037]
金属颜料可以由金属粉末制成。在一个例子中，金属粉末可以为铝粉和铜粉中的一种或多种。示例性的，铝粉中铝元素的含量不少于55质量百分比(weight percen，wt％)，铝粉的形状可以为薄片型、球形、花瓣形或银元形中的一种或者多种，铝粉的粒径可以为2
‑
200微米μm。示例性的，铜粉中铜元素的含量不少于65wt％，铜粉的形状可以为薄片型和椭球形中的一种或者多种，铜粉的粒径可以为10
‑
300μm。
[0038]
在一个例子中，可以对金属颜料的表面进行改性处理。示例性的，用于对金属颜料进行表面改性的表面改性剂可以为硅烷偶联剂。其中，该硅烷偶联剂可以包括γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷偶联剂、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种，优选地，该硅烷偶联剂为γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0039]
接下来，基于上述所描述的具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料，对本技术实施例中提供的制备上述具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料的方法进行介绍。
[0040]
示例性的，图1示出了一种具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料的制备方法的流程示意图。如图1所示，该方法可以包括：首先，在步骤1中可以将预设质量的金属颜料在70
‑
90℃、60
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80rh％恒温恒湿箱中进行表面羟基化处理24h，由此以提高金属颜料表面的羟基数量，进而提升后续金属颜料表面的接枝率。
[0041]
然后，在步骤2中可以向处理后的金属颜料中加入浓度为3％
‑
7％的硅烷偶联剂水溶液；并在60
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90℃温度下搅拌反应6h，以使硅烷偶联剂和金属颜料表面的羟基充分反应。其中，金属颜料与硅烷偶联剂的质量比为金属颜料：硅烷偶联剂＝1：(0.03
‑
0.1)。
[0042]
其中，在搅拌过程中可以利用氨水水溶液控制反应体系的ph值在8
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10，搅拌速度逐步从50
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100rpm提高至300
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500rpm，由此以提升硅烷偶联剂和金属颜料表面的羟基反应更加充分，提升反应效率。
[0043]
接着，在步骤3中，可以将搅拌后得到材料研磨成粉，并在95℃的真空环境下进行加热抽真空处理预设时长(比如20小时等)，以除去金属颜料表面物理吸附的硅烷。之后，可以对处理后得到的材料进行球磨，以得到亚微米级的金属材料，此时得到的金属材料即为所需的改性金属颜料，以便后续改性金属颜料可以很好的分散，提升pc材料的金属质感。在一个例子中，根据金属颜料和硅烷偶联剂种类的不同，热失重法测得表面接枝率为(0.1
‑
8)％。在一个例子中，除了使用球磨的方式外，也可以使用其他的研磨方式，此处不做限定。在一个例子中，可以将金属颜料球磨成不同粒径，以便于后续提升金属颜料的分散度。
[0044]
接着，在步骤4中，可以将改性金属颜料与润滑剂混合，并在混料仓中混合均匀后在80℃烘箱中处理2
‑
6h，由此以便于后续金属材料分散，从而提升pc的冲击力。其中，改性金属颜料与润滑剂按质量比计为改性金属颜料：润滑剂＝100：(0.5～5)。
[0045]
接着，在步骤5中，可以将聚碳酸酯、呈透明态的含卤阻燃剂、助剂按照预设质量比混合，得到混合物。其中，可以按上述表1中的的质量百分比称取各组分，将称取的聚碳酸酯、呈透明态的含卤阻燃剂、助剂在混合机中混合5
‑
10分钟，以使三者充分混合。
[0046]
最后，在步骤6中，可以将混合物加入至双螺杆挤出机中并进行熔融，以及将处理好的改性金属颜料走侧喂从双螺杆挤出机的六至九区喂入，并与混合物进行混合，并挤出拉条经水槽冷却后切粒，即高金属质感的薄壁阻燃pc材料。其中，双螺杆挤出机共有十节筒体，温度设置分别为：第一节筒体220
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240℃；第二节筒体240
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265℃；第三节筒体265
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280℃；第四节筒体265
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280℃；第五节筒体265
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280℃，第六节筒体265
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280℃；第七节筒体265
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280℃；第八节筒体265
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280℃；第九节筒体265
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280℃，第十节筒体265
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280℃，机头温度265
‑
295℃，挤出机螺杆转速控制在300～500r/min，真空度不小于0.09mpa。
[0047]
在一个例子中，在经双螺杆挤出机切粒后，可以对切粒得到的粒子进行在80℃的真空环境下进行加热抽真空处理预设时长(比如10h等)，以去除粒子中的水分。之后，可以对加热抽真空处理后得到的粒子进行真空包装。由此以降低在后续注塑过程中出现银丝、水花的风险。
[0048]
在一个例子中，双螺杆挤出机可以包括多个喂料口，其中一个喂料口可以与第一节筒体连接，并用于喂入混合物，第六节筒体至第九节筒体中的每个筒体均可以与一个喂料口连接，并用于喂入改性金属颜料。
[0049]
在一个例子中，可以将第一粒径的改性金属颜料喂入第六节筒体，将第二粒径的改性金属颜料喂入第七节筒体，将第三粒径的改性金属颜料喂入第八节筒体，将第四粒径的改性金属颜料喂入第九节筒体，其中，第一粒径小于第二粒径，第二粒径小于第三粒径，第三粒径小于第四粒径。这样，先喂入小粒径的改性金属颜料，再喂入大粒径的改性金属颜料可以有效提升改进金属颜料的分散度，提升pc材料的金属质感。示例性的，在得到改性金属颜料后，可以使用不同目数的筛子进行筛选，以得到不同粒径的改性金属颜料。可以理解的，小粒径的颗粒在共混中粒径容易保持，但容易出现分散不均的问题，因此需要从前面喂入以提高分散性。大粒径的颗粒容易分散，但经过共混后形状难以保持，因此从后面喂入以尽可能的保留原始形貌。
[0050]
可以理解的是，从双螺杆挤出机的六区至十区喂入改性金属颜料可以尽可能的保持改性金属颜料的形状，以提升pc材料的金属质感，避免因提早喂入而导致改性金属颜料被剪切的太碎以使得pc材料金属质感较差的现象出现。
[0051]
综上所述，本技术实施例提供的具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯pc材料及其制备方法，使用呈透明态的含卤阻燃剂，以及金属颜料与pc和助剂混合可以制备出具备高金属质感的pc材料。其中，在制备过程中，可以通过对金属颜料进行改性，并分阶段与聚碳酸酯、呈透明态的含卤阻燃剂和助剂的混合物进行熔融，从而制备出了具有高金属质感且稳定性好的pc材料。
[0052]
以上对本技术所提供的具备高金属质感的阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。