本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種耐低溫低煙阻燃聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
LED燈由于其環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)逐步取代白熾燈和熒光燈，但其單位面積的發(fā)光強(qiáng)度過(guò)高，直視十分刺眼、產(chǎn)生眩光，視覺(jué)不適。因此，迫切需要一個(gè)透光罩，通過(guò)燈罩使光線變?nèi)岷?、均勻。聚碳酸?PC)因其優(yōu)異的耐候性能、高抗沖擊性能、優(yōu)異的電絕緣性、透光率高、光能損耗較少，被廣泛用于LED燈罩領(lǐng)域。
光擴(kuò)散PC是通過(guò)在PC樹(shù)脂中添加球形的光擴(kuò)散劑，均勻分散在PC樹(shù)脂中，基于PC樹(shù)脂和光擴(kuò)散劑的折光率不同，光線在光擴(kuò)散劑表面類似鏡面反射，經(jīng)過(guò)多次反射，達(dá)到光擴(kuò)散效果。聚碳酸酯具有自熄性，燃燒時(shí)會(huì)放出CO2，其阻燃性能優(yōu)于一般塑料，但僅為UL94V-2級(jí)，無(wú)法滿足薄壁制品的阻燃需求，且在燃燒過(guò)程有大量的煙霧釋放，容易造成人體窒息。在阻燃要求高的場(chǎng)合需要對(duì)其改性，提高其低煙、阻燃性能。在聚碳酸酯中加入阻燃劑，提高材料阻燃級(jí)別的研究已有很多，如采用溴系阻燃劑、磷酸酯類阻燃劑、磺酸鹽阻燃劑、聚硅氧烷阻燃劑等。其中溴系阻燃聚碳酸酯材料在燃燒和熱裂解過(guò)程中產(chǎn)生四溴代二苯并二噁烷及四溴代雙苯并呋喃等致癌物質(zhì)危害；磷酸酯類阻燃雖然避免溴系阻燃體系燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，但其熔點(diǎn)較低和高揮發(fā)性，易引起PC復(fù)合材料的耐熱大幅下降和成型過(guò)程中的揮發(fā)損失，還犧牲了PC材料的透明性；磺酸鹽阻燃劑燃燒時(shí)加快PC成炭速率，促進(jìn)聚合物的分子交聯(lián)，因添加量少、效率高、能保持PC材料透明的特點(diǎn)，而得到廣泛應(yīng)用，但不能滿足薄壁制件的阻燃要求；聚硅氧烷阻燃劑以其有效阻燃、低煙無(wú)毒、無(wú)污染、對(duì)塑料的加工性能和物理性能影響甚小等優(yōu)點(diǎn)而成為研究焦點(diǎn)，但是傳統(tǒng)的普通聚甲基硅氧烷作為阻燃劑用于PC材料則有添加量大、阻燃效果差、需要與其他阻燃劑復(fù)配、影響透明度等缺點(diǎn)。
另外，由于聚碳酸酯分子間的堆砌不夠致密，低溫條件下，力學(xué)性能發(fā)生改變，抗沖擊力降低，無(wú)法滿足阻燃PC在低溫環(huán)境下的應(yīng)用需求。雖然已有研究通過(guò)加入抗沖擊改性劑改善了PC在-30℃～-40℃低溫性能，但大大削弱了PC透光率，導(dǎo)致其應(yīng)用受限，硅氧烷共聚PC低溫性能佳，有一定的阻燃協(xié)同性，但單獨(dú)使用不能滿足薄壁制件的低煙阻燃要求。
支鏈狀PC因其結(jié)構(gòu)中有多個(gè)支鏈結(jié)構(gòu)，熔體強(qiáng)度大，抗沖擊性能佳，燃燒過(guò)程中容易成炭自熄、低煙等特點(diǎn)，而在吹塑成型、擠出成型、注塑成型、真空成型中有廣泛應(yīng)用。
因此，在不降低PC材料透光率的前提下，如何開(kāi)發(fā)一種耐低溫、阻燃性好、低煙無(wú)鹵的光擴(kuò)散PC復(fù)合材料，值得人們不斷努力和探索。
中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 103724971A公開(kāi)了一種透明無(wú)鹵低煙阻燃聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備方法，所述聚碳酸酯復(fù)合材料包含以下重量份的各組分：聚碳酸酯樹(shù)脂900～980份，聚硅氧烷阻燃劑5～50份，磺酸鹽阻燃劑1～10份，助劑5～50份。但是關(guān)于一種耐低溫、阻燃性好、低煙無(wú)鹵的光擴(kuò)散PC復(fù)合材料目前還未見(jiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種耐低溫、低煙、無(wú)鹵阻燃、透明、加工性好，能應(yīng)用于薄壁塑料件的光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料及制備方法。
本發(fā)明的第一方面，提供一種透明耐低溫?zé)o鹵低煙阻燃聚碳酸酯復(fù)合材料，包含按重量百分比的以下組分：支鏈狀聚碳酸酯樹(shù)脂45-90％，硅氧烷共聚PC樹(shù)脂5-50％，磺酸鹽阻燃劑0.1-1％，聚硅氧烷阻燃劑0.05-1％，光擴(kuò)散劑0.1-2％，助劑0.5-1.5％。
其中，所述的聚碳酸酯樹(shù)脂為雙酚A型芳香族支鏈狀聚碳酸酯樹(shù)脂，其相對(duì)分子量為25000～32000，在聚合過(guò)程添加具有3個(gè)以上官能團(tuán)的支鏈化劑而得的支鏈狀聚碳酸酯樹(shù)脂；支鏈狀PC因其結(jié)構(gòu)中有多個(gè)支鏈結(jié)構(gòu)，熔體強(qiáng)度大，抗沖擊性能佳，燃燒過(guò)程中易成炭自熄，一般選擇相對(duì)分子量為25000～32000，中高粘度PC。
所述的硅氧烷共聚PC樹(shù)脂為雙酚A和硅氧烷共聚的聚碳酸酯樹(shù)脂，其相對(duì)分子量為25000～32000，硅氧烷含量為5-20％；包含具有如下式的硅氧烷單元的聚合物。
其中R1和R2各自獨(dú)立地是C1-C10烷基、C6-C18芳基、或鹵化的或烷氧基化的C1-C10烷基或C6-C18芳基。
所述的硅氧烷共聚PC的相對(duì)分子量為25000～32000，屬于中高粘度PC，協(xié)同效果明顯。硅氧烷含量是5-20％；硅氧烷含量低于5％，低溫效果不明顯，含量超過(guò)20％，影響PC材料的透光率和霧度。
所述的聚硅氧烷阻燃劑為支鏈聚硅氧烷類、線性聚硅氧烷類、支鏈苯基硅油類阻燃劑中的一種或兩種混合；
所述的磺酸鹽阻燃劑為苯磺酰基苯磺酸鉀、全氟丁基磺酸鉀中的一種；
所述的光擴(kuò)散劑為PMMA微珠樹(shù)脂、有機(jī)硅微珠樹(shù)脂中的一種；
所述的助劑包括以下組分：抗氧劑、紫外線添加劑、加工助劑和色粉。
所述的抗氧劑為亞磷酸酯抗氧劑168、受阻酚抗氧劑1010、受阻酚抗氧劑1098、受阻酚抗氧劑1076中的一種或兩種。更優(yōu)選為抗氧劑168和抗氧劑1076的混合。
所述的防紫外線添加劑為光穩(wěn)定劑和紫外線吸收劑的復(fù)合物。更優(yōu)選的，所述的光穩(wěn)定劑和所述紫外線吸收劑的重量份之比為1:1。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的光穩(wěn)定劑為光穩(wěn)定770、光穩(wěn)定622中的一種；所述的紫外線吸收劑為UV-234、UV-328、UV-320中的一種。更優(yōu)選為光穩(wěn)定770和UV-234的復(fù)配物。
所述的加工助劑為聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、季戊四醇硬脂酸酯、長(zhǎng)鏈脂肪酸多官能團(tuán)酯中的一種或幾種混合。更優(yōu)選為季戊四醇硬脂酸酯。
所述的色粉主要由顏料和擴(kuò)散粉組成。
優(yōu)選的，所述的助劑包括按重量百分比的以下組分：0.2％抗氧劑168、0.1％抗氧劑1076、0.4％季戊四醇硬脂酸酯、0.2％光穩(wěn)定770、0.2％紫外線吸收劑UV234和0.1％色粉。
本發(fā)明的第二方面，提供上述透明耐低溫?zé)o鹵低煙阻燃聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：原料在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后在260～280℃下經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：
1、磺酸鹽阻燃劑、聚硅氧烷阻燃劑、硅氧烷共聚PC具有很好的協(xié)同作用，薄壁制件可以達(dá)到V-0等級(jí)。
2、支鏈狀PC，復(fù)配磺酸鹽阻燃劑、聚硅氧烷阻燃劑、硅氧烷共聚PC，在保證阻燃性的基礎(chǔ)上，燃燒過(guò)程測(cè)試煙密度很低。
3、本發(fā)明的復(fù)合光擴(kuò)散PC除了具有良好的透光率和霧度，還保證-40度下有良好的低溫沖擊性能。
4、本發(fā)明的光擴(kuò)散PC復(fù)合材料，除了具有光擴(kuò)散PC的基本光學(xué)特性，還具有了耐低溫、煙密度低、無(wú)鹵阻燃特點(diǎn)，可以達(dá)到較高的阻燃等級(jí)和較低的煙密度。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。
聚碳酸酯樹(shù)脂：雙酚A型芳香族支鏈狀聚碳酸樹(shù)脂，其相對(duì)分子量為25000～32000，在聚合過(guò)程添加具有3個(gè)以上官能團(tuán)的支鏈化劑而得的支鏈狀聚碳酸酯樹(shù)脂，由科思創(chuàng)公司制造，型號(hào)為3127；
聚碳酸酯樹(shù)脂：雙酚A型芳香族直鏈狀聚碳酸樹(shù)脂，其相對(duì)分子量為25000～32000，由科思創(chuàng)公司制造，型號(hào)為3117；
光擴(kuò)散劑(有機(jī)硅微珠樹(shù)脂)：美國(guó)邁圖公司制造，型號(hào)為T(mén)SR-9002；
支鏈聚硅氧烷阻燃劑：由美國(guó)道康寧公司制造，型號(hào)FCA-107；
硅氧烷共聚PC樹(shù)脂：日本出光FG1700，第一毛織株式會(huì)社8000；
磺酸鹽類阻燃劑：由美國(guó)SLOSS公司制造，型號(hào)F535；
抗氧劑168、抗氧劑1076：由BASF公司制造；
光穩(wěn)定770、紫外線吸收劑UV234：由BASF公司制造；
加工流動(dòng)助劑：聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟由BASF公司制造，季戊四醇硬脂酸酯由美國(guó)龍沙公司制造，長(zhǎng)鏈脂肪酸多官能團(tuán)酯由德國(guó)科寧公司制造。
實(shí)施例1、耐低溫低煙阻燃光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料的制備
將以重量百分比的以下組份：974份型號(hào)為3127的支鏈狀PC、10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑FCA-107、4份有機(jī)硅類微珠樹(shù)脂TSR-9002、2份抗氧劑168、1份抗氧劑1076、4份季戊四醇硬脂酸酯、2份光穩(wěn)定770、2份紫外線吸收劑UV234和1份色粉在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后在260～280℃下經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
實(shí)施例2、耐低溫低煙阻燃光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料的制備
將以重量百分比的以下組份：972份型號(hào)為3127的支鏈狀PC、10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑FCA-107、2份磺酸鹽類阻燃劑F535、4份有機(jī)硅類微珠樹(shù)脂TSR-9002、2份抗氧劑168、1份抗氧劑1076、4份季戊四醇硬脂酸酯、2份光穩(wěn)定770、2份紫外線吸收劑UV234和1份色粉在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后在260～280℃下經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
實(shí)施例3、耐低溫低煙阻燃光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料的制備
將以重量百分比的以下組份：974份型號(hào)為3117的直鏈狀PC、10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑FCA-107、4份有機(jī)硅類微珠樹(shù)脂TSR-9002、2份抗氧劑168、1份抗氧劑1076、4份季戊四醇硬脂酸酯、2份光穩(wěn)定770、2份紫外線吸收劑UV234和1份色粉在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后在260～280℃經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
實(shí)施例4、耐低溫低煙阻燃光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料的制備
將以重量百分比的以下組份：972份型號(hào)為3117的直鏈狀PC、10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑FCA-107、2份磺酸鹽類阻燃劑F535、4份有機(jī)硅類微珠樹(shù)脂TSR-9002、2份抗氧劑168、1份抗氧劑1076、4份季戊四醇硬脂酸酯、2份光穩(wěn)定770、2份紫外線吸收劑UV234和1份色粉在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后260～280℃下經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
實(shí)施例5、耐低溫低煙阻燃光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料的制備
將以重量百分比的以下組份：822份型號(hào)為3127的支鏈狀PC、150份硅氧烷共聚PC樹(shù)脂F(xiàn)G1700、10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑FCA-107、2份磺酸鹽類阻燃劑F535、4份有機(jī)硅類微珠樹(shù)脂TSR-9002、2份抗氧劑168、1份抗氧劑1076、4份季戊四醇硬脂酸酯、2份光穩(wěn)定770、2份紫外線吸收劑UV234和1份色粉在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后在260～280℃下經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
實(shí)施例6、耐低溫低煙阻燃光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料的制備
將以重量百分比的以下組份：722份型號(hào)為3127的支鏈狀PC、250份硅氧烷共聚PC樹(shù)脂F(xiàn)G1700、10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑FCA-107、2份磺酸鹽類阻燃劑F535、4份有機(jī)硅類微珠樹(shù)脂TSR-9002、2份抗氧劑168、1份抗氧劑1076、4份季戊四醇硬脂酸酯、2份光穩(wěn)定770、2份紫外線吸收劑UV234和1份色粉在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后在260～280℃下經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
實(shí)施例7、耐低溫低煙阻燃光擴(kuò)散聚碳酸酯復(fù)合材料的制備
將以重量百分比的以下組份：622份型號(hào)為3127的支鏈狀PC、350份硅氧烷共聚PC樹(shù)脂F(xiàn)G1700、10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑FCA-107、2份磺酸鹽類阻燃劑F535、4份有機(jī)硅類微珠樹(shù)脂TSR-9002、2份抗氧劑168、1份抗氧劑1076、4份季戊四醇硬脂酸酯、2份光穩(wěn)定770、2份紫外線吸收劑UV234和1份色粉在高速混合機(jī)中混合3分鐘，然后在260～280℃下經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出、冷卻、造粒，所得粒料經(jīng)120℃干燥4小時(shí)后在260～280℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，即得。
實(shí)施效果的評(píng)價(jià)
將上述實(shí)施例1至實(shí)施例7獲得的樣品，根據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試力學(xué)性能、光學(xué)性能，根據(jù)UL94標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試阻燃性能，根據(jù)GB/T 8323.2-2008《塑料—煙生成—第2部分：?jiǎn)问曳y(cè)量煙密度試驗(yàn)方法》測(cè)試煙霧的比光密度，測(cè)試結(jié)果如下表所示：
表1實(shí)施例的組分和配比
性能測(cè)試結(jié)果表明：見(jiàn)表2。
表2實(shí)施例的性能測(cè)試結(jié)果
備注：Ds1.5—測(cè)試開(kāi)始1.5min時(shí)的煙霧比光密度；
Ds4.0—測(cè)試開(kāi)始4.0min時(shí)的煙霧比光密度。
表2的測(cè)試性能結(jié)果表明：
(1)從實(shí)施例1～4分析得到，磺酸鹽阻燃劑與支鏈聚硅氧烷阻燃劑具有很好的協(xié)同作用，復(fù)配2份的磺酸鹽阻燃劑與10份支鏈聚硅氧烷阻燃劑可使PC的阻燃等級(jí)達(dá)到V-0級(jí)，支鏈狀PC因其結(jié)構(gòu)中有多個(gè)支鏈結(jié)構(gòu)，燃燒過(guò)程中容易成炭自熄，與阻燃劑有很好的協(xié)同，可以達(dá)到5VB等級(jí)，且煙霧比光密度也明顯較低。
(2)從實(shí)施例5～7分析得到，硅氧烷共聚PC的加入，明顯改善了阻燃光擴(kuò)散PC復(fù)合材料的低溫性能，且隨著添加量增多，改善越明顯，對(duì)材料的其他力學(xué)性能無(wú)明顯影響。另外，通過(guò)改進(jìn)加工工藝，硅氧烷共聚PC樹(shù)脂可均勻地分散在PC樹(shù)脂中，基本不影響光擴(kuò)散PC的透光率及霧度；另外，磺酸鹽阻燃劑、聚硅氧烷阻燃劑、硅氧烷共聚PC具有很好的協(xié)同作用，隨著硅氧烷共聚PC加入量的增多，可以使PC阻燃性達(dá)到5VA，且燃燒過(guò)程中的煙霧比光密度明顯降低。
以上已對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可做出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。