一种PC/ABS合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及pc复合材料，特别涉及一种pc/abs合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、pc/abs合金材料综合了abs和pc两者的优良性能，是一种性能全面的聚合物合金，可以喷涂在家电外壳、汽车内外饰等产品表面，以提升外观效果，然而，pc/abs合金材料具有易燃烧的缺点，并在燃烧时产生大量的有害气体和烟雾，由此而带来的火灾隐患已成为人们关注的焦点，现有通常添加阻燃剂使得pc/abs 合金材料具有难燃性、自熄性和消烟性，卤素阻燃剂因其发烟量大，燃烧时释放出卤化氢气体，容易吸水形成具有强腐蚀性的氢卤酸而造成二次公害，因此无卤化成为新趋势，然而传统无卤的磷酸酯体系阻燃剂添加量高，对聚碳酸酯分子间结合破坏较大而导致的耐热性能和冲击强度显著下降的缺陷，其次，市面上常见的pc/abs合金材料光泽度一般，外观效果还有提升的空间。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种pc/abs合金材料及其制备方法，通过复合的原料配比和制备步骤，获得一种光泽度高、耐热性能好且冲击强度下降较少的pc/abs合金材料，克服了背景技术中无卤pc/abs合金材料的冲击强度和耐热性能显著下降，外观效果还有提升的空间的技术缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提出一种pc/abs合金材料及其制备方法，原料配方按照重量份数包括以下组分：

3、聚碳酸酯（简称为pc）：70-78份；

4、丙烯腈-苯乙烯共聚物（简称为as）：8-10份；

5、abs高胶粉：3-6份；

6、磺酸盐阻燃剂：0.1-0.3份；

7、有机硅阻燃剂：1-3份；

8、磷酸酯阻燃剂：3-6份；

9、超细硫酸钡：1-3份；

10、加工助剂：1.0-1.5份；

11、聚碳酸酯，在300℃、1.2kg的测试条件下，熔融指数为15-25；丙烯腈-苯乙烯共聚物，在220℃、10kg的测试条件下，熔融指数为45-60；

12、所述超细硫酸钡的目数为1250目~5000目、其纯度为98%以上。

13、本发明由丙烯腈-苯乙烯共聚物和abs高胶粉混合而成的具有良好流动性的abs，与中低粘的聚碳酸酯组合形成具有良好流动性的基体，用磷酸酯阻燃剂和有机硅阻燃剂形成复合阻燃体系，加入磺酸盐阻燃剂和超细硫酸钡作为复合阻燃体系的协效剂，弥补了传统磷酸酯体系阻燃剂添加量高，对聚碳酸酯分子间结合破坏较大而导致的冲击强度下降和耐热性能差的缺陷。

14、通过以上复合，磷酸酯阻燃剂在聚合物燃烧分解阶段，产生的偏磷酸促进聚合物脱水炭化，在聚合物表面形成第一炭层隔热隔氧，从而阻止聚合物继续燃烧，而磺酸盐阻燃剂与有机硅阻燃剂复合，在材料燃烧时生成聚硅氧烷特有的含有si键或si-c键的无机隔氧隔热保护炭层，能提高第一炭层的抗氧化性，既能阻止燃烧分解产物外逸，又能抑制材料的再次热分解，提高了材料使用的安全性，而超细硫酸钡化学性质稳定、难燃，置于高温火焰环境中吸热分解产生硫酸和氧化钡，能够快速消耗材料的热量。

15、复合阻燃体系存在组分复杂、添加比例差别较大、与基体材料粒子形态相差较大的问题，当基体流动性不足时，难以与复合阻燃体系形成良好的配合，影响复合阻燃体系发挥良好的阻燃协效作用，本方案通过具有良好流动性的基体与复合阻燃体系的配合，使得复合阻燃体系较好地发挥了阻燃协效作用，且减少合金材料表面针孔、麻点等缺陷，因此所制备得到的pc/abs合金材料不仅具备无卤化的特点，并且阻燃性能和耐热性能好，冲击强度下降较少，外观性能更佳。

16、本发明选取中低粘度的聚碳酸酯、abs高胶粉及超高流动级的丙烯腈-苯乙烯共聚物复合构成高流动基体，若聚碳酸酯粘度太高、流动性差，而丙烯腈-苯乙烯共聚物粘度较小，两者的粘度相差大而容易造成两组份塑化不均的情况；再者，因体系中含有多种添加量极少的助剂，熔体的粘度高会严重影响小组份在体系的均匀分布，进而影响整体的阻燃和耐热性能发挥。

17、聚碳酸酯优选日本出光pc fn1900、鲁西化工pc lxty1920t、万华pc 2220和沙伯基础pc 2200r中的至少一种；超高流动级丙烯腈-苯乙烯共聚物的制备步骤为将苯乙烯、丙烯腈和少量的溶剂中通过加热，加入引发剂、分子量调节剂进行共同聚合得到的高聚物，优选瑞士英力士苯领as 2300、lg的as sa50 及as 81hf和镇江奇美的as pn-117c中的至少一种；abs高胶粉是将丁二烯、苯乙烯、丙烯腈溶于有机溶剂中通过加热，加入引发剂、分子量调节剂进行接枝聚合得到的聚合物，abs高胶粉的丁二烯橡胶含量在50-70%，优选锦湖的hr181、中国台湾国乔的60p和山东万达的wd-132中的至少一种。

18、本方案中的磺酸盐阻燃剂采用苯磺酰基磺酸钾、全氟丁基磺酸钾和三氯苯磺酸钠中的至少一种，优选的，磺酸盐阻燃剂采用美国3m公司的fr-2025、美国arichem公司的fr-kss和stb-fr中的至少一种。

19、本方案中的超细硫酸钡，制备方法为将钡盐溶解于水中，将其加入氢氧化钠溶液中搅拌均匀加入硫酸与其反应，再将成品沉淀、清洗、干燥后过筛得到，本发明的超细硫酸钡的目数为1250目~5000目、其纯度为98%以上。因为硫酸钡的目数太小则其粒径比较大，与配方中粉状组份混合时容易出现粒径大与粒径小的粉体分层；若硫酸钡的目数太大、粒径比较小时，其表面能大。混合过程，部分粉体容易相互吸附、结团，造成混合不均匀的现象。然而若硫酸钡纯度低，其杂质中的‌钙、钠、磷、硫、铅化合物会影响合金材料的阻燃性能以及力学性能。优选广州宏图矿业公司的h-3000、明宇新材料公司的my-cdb和上海市鸿运源化工有限公司的cx-3000中的至少一种。

20、本方案中的有机硅阻燃剂，制备方法为利用聚合、接枝、交联技术把含硅基团导入高聚物分子链上。优选美国道康宁公司的dc-8808、fca 107、日本信越kr-480和东莞市臻铭化工fr-3820中的至少一种。

21、本方案中的磷酸酯阻燃剂，制备方法为通过三氯氧磷、氯化磷、苯酚利用三氯氧磷直接热法经过化学反应后，将反应后的产物经水洗、碱中和、浓缩后时进行减压蒸馏得到。优选浙江万盛的px-220、朗盛的tpp和日本大八的px-200中的至少一种。

22、优选的，原料配方按照重量份数，还包括2-5份的相容增韧剂，相容增韧剂为以有机硅-丙烯酸为核、甲基丙烯酯甲酯为壳的核壳结构增韧剂。

23、本方案使用的具有特殊核壳结构的相容增韧剂，其外壳甲基丙烯酸甲酯与强极性的基体具有极佳的相容性，内核的有机硅橡胶相能提供材料良好的抗冲击性与优越的耐热性能，其次“内核”作为应力集中点，能够诱发大量银纹和剪切带，并且“银纹-剪切带”的产生与相互作用消耗大量能量，消解了应力，阻止外力对pc/abs合金材料中的聚合物形成永久性破坏，显著提高了材料的韧性。

24、优选的，原料配方按照重量份数，还包括2-5份的聚甲基丙烯酯甲酯（简称为pmma），聚甲基丙烯酯甲酯的熔融指数为8～16。具体的，聚甲基丙烯酯甲酯为镇江奇美的pmma cm207、pmma cm211和万华的pmma od10的至少一种。以上熔融指数有利于pmma组份在体系的熔融挤出中塑化均匀，以防材料表面出现光泽度不一致的情况，pmma的熔融指数太低会影响到pmma组份在体系中的均匀分散，而pmma的熔指太高则其分子量较小，会造成材料的冲击性能大幅下降。

25、将聚甲基丙烯酯甲酯与基体共混后，在pc/abs合金材料表面产生金属般的光泽度，大大提高了pc/abs合金材料表面的光泽度，使得外观性能更佳。可能是由于聚甲基丙烯酯甲酯的分子排列结构独特，与本方案中的基体混合后，不影响进入内部的光线在各个部分通过时的速度，不会使光线四面分散、互相干扰，最终使得pc/abs合金材料能够保持良好的光泽度。

26、优选的，加工助剂按照重量份数，包括0.2-0.3份的润滑剂、0.1~0.2份的分散剂、0.2~0.4份的抗氧剂和0.5-0.6份的抗滴落剂。润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯；分散剂为硅油；抗滴落剂为聚四氟乙烯类的聚合物；抗氧剂包含主抗氧剂和辅助抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。

27、本方案中的润滑剂类型，其内外润滑性优良，提高材料的光泽度效果显著，在320℃高温下仍没有明显的重量损失，具有良好的热稳定性和低挥发性。优选美国龙沙pets和意大利发基pets-ap中的至少一种。

28、本方案中的分散剂优选德国wacker 型号ak500的二甲基硅油。

29、本方案中的抗滴落剂优选广东铨盛化工的k-pt205、广州熵能新材的sn3300、sn3201和韩纳诺科公司的fr-200中的至少一种。

30、本方案中的主抗氧剂选取四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯受阻酚类抗氧剂和β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯中的至少一种，辅助抗氧剂选取三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基酚)-4,4'-联苯基二亚磷酸酯和硫代二丙酸双月桂酯中的至少一种。

31、本发明还提供一种pc/abs合金材料的制备方法，包括以下步骤：

32、s1：按照原料配方重量份数比将丙烯腈-苯乙烯共聚物和abs高胶粉充分混合均匀形成abs混合料；

33、s2：将abs混合料与有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂和超细硫酸钡充分混合均匀后得到第一混合料，第一混合料熔融挤出造粒，得到阻燃母粒；

34、s3：将s2制得的阻燃母粒与原料中其他组分充分混合均匀得到第二混合料，第二混合料熔融挤出造粒，得到pc/abs合金材料。

35、针对复合阻燃体系组分复杂、添加比例差别较大、与基体材料粒子形态相差较大的问题，先形成流动性良好的abs混合料、再与有机硅阻燃剂、磺酸盐阻燃剂和超细硫酸钡制成阻燃母粒后，最后与微量的磷酸酯阻燃剂、其他助剂及聚碳酸酯进行共混挤出造粒形成pc/abs合金材料，采用本方案的母粒加工技术，保证了材料的阻燃稳定性。

36、优选的，s2中，在熔融挤出阶段，由长径比为40～68的双螺杆挤出机第一段筒体加料段加入第一混合料，在转速为200～600转/分、温度为210~230℃下进行熔融挤出造粒；s3中，在熔融挤出阶段，由长径比为32～68的双螺杆挤出机第一段筒体加料段加入第二混合料，在转速为200～600转/分、温度为230～260℃下进行熔融挤出造粒。

37、通过优选长径比、转速、熔融温度的加工条件，以保证材料达到高光泽、高耐热、冲击强度与阻燃性能稳定的优点。

38、优选的，原料配方按照重量份数包括以下组分：

39、聚碳酸酯：75.8份；

40、丙烯腈-苯乙烯共聚物：8份；

41、abs高胶粉：3份；

42、聚甲基丙烯酯甲酯：3份；

43、磺酸盐阻燃剂：0.2份；

44、有机硅阻燃剂：2份；

45、磷酸酯阻燃剂：3份；

46、超细硫酸钡：1份；

47、相容增韧剂：3份；

48、润滑剂：0.2份；

49、分散剂：0.1份；

50、主抗氧剂：0.1份；

51、辅助抗氧剂：0.1份；

52、抗滴落剂：0.5份；

53、聚甲基丙烯酯甲酯的熔融指数为8～16；相容增韧剂为以有机硅-丙烯酸为核、甲基丙烯酯甲酯为壳的核壳结构增韧剂；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯；分散剂为硅油；抗滴落剂为聚四氟乙烯类的聚合物；抗氧剂包含主抗氧剂和辅助抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。

54、通过进一步优选原料配方组分和比例，能够使得合金材料的阻燃性能达到v0，光泽度达到110°以上，热变形温度在105℃以上，冲击强度达到51.5kj/m2，综合各项性能达到最佳。