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CN101280098B - 无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料及其制备方法 - Google Patents

无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无卤高阻燃性能的增强PET工程塑料。它是由PET、复配阻燃剂、增强剂、成核剂、润滑剂、复配抗氧剂、增韧剂、增容剂和扩链剂组成，其中复配阻燃剂为红磷和改性纳米级蒙脱土的混合物。其制备方法是将干燥好的PET母粒与各种助剂在高速混合机中充分混合后，加入双螺杆挤出机中，熔融挤出的同时，在双螺杆的第二个加料口加入玻纤熔融挤出，挤出造粒。本发明的产品具有优异的阻燃性能、低翘曲、高模量、高耐热和高冲击性能，广泛用于电子、电气、汽车等领域。

Description

无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料及其制备方法，属于改性工程塑料技术领域。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是热塑性聚酯中最主要的品种之一。具有良好的力学性能、电绝缘性能、耐化学药品性等优点，且价格便宜，因此不仅在生活中普遍应用，在工业中也开始大量的使用。随着我国工程塑料的快速发展，PET塑料已成为继尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚之后的第五大工程塑料，近年来其需求量逐年增加。PET作为工程塑料可以用于电器电子、汽车、机械、家用器具、电器等行业，而这些行业对材料燃烧及安全性能有严格的要求，因此提高PET的阻燃性能是PET工程塑料应用的基本要求之一。提高PET阻燃性能最有效、经济的手段是添加阻燃剂。用于复合材料的无卤阻燃剂应具备以下性能：阻燃效率高，能赋予复合材料良好的难燃性；具有良好的相溶性，能在PET基体中均匀稳定的分散；分解温度较高；无毒无污染；耐久性好等。
在无卤阻燃剂中，红磷是一种较好的阻燃剂，具有添加量少、用途广等优点。但在通常情况下红磷阻燃剂呈较深的红棕色或紫红色，这极大的限制了其使用的范围。随着红磷阻燃剂的发展，白度化微胶囊红磷阻燃剂的开发，克服了红磷阻燃剂在材料中应用的颜色限制，具有与树脂相容性好、在使用过程中不泛红、添加量少、阻燃效率高、毒性小等优点，较适合于本色阻燃PET工程塑料的生产。纳米无机粉体的开发将纳米复合材料应用于阻燃技术最近备受关注，蒙脱土作为中国丰产的一类天然粘土矿物逐渐的受到关注。其纳米复合材料是当今众多无机纳米粒子改性复合材料中最有潜力的一类纳米复合材料，具有优异的阻燃性能、机械性能、热性能和其他物理性能。鉴于红磷和蒙脱土的优良性能，本发明采用白度化微胶囊红磷和改性纳米蒙脱土作为复合阻燃剂制备出具有高阻燃性能的PET工程塑料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。
本发明的另一目的在于提供一种无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于其组成按重量份数计为：
(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯  50～80份
(2)复配阻燃剂            1～20份
(3)增强剂                20～40份
(4)成核剂                1～5份
(5)润滑剂                0.1～0.5份
(6)复配抗氧剂            0.1～0.5份
(7)增韧剂                1～5份
(8)增容剂                5～15份
(9)扩链剂                0.1～2份
上述配方中，复配阻燃剂为红磷和蒙脱土的混合物，红磷为白度化微胶囊红磷，蒙脱土为改性纳米级蒙脱土，红磷和蒙脱土的重量比为1～4∶1。增强剂为未改性无碱长玻璃纤维、未改性无碱短玻璃纤维、有机改性的长玻璃纤维和有机改性的短玻璃纤维中的一种。成核剂为滑石、云母、碳酸钙、纳米氢氧化镁中的一种或几种，其中碳酸钙、纳米氢氧化镁经过表面改性处理。润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯(PETS)。
所述的无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于所述的复配抗氧剂为Irganox 245和Irganox 1010重量比为1∶1的的混合物；所述的增韧剂为MBS、EVA、ABS中的一种或几种；所述的增容剂为POE-g-MAH、PPO-g-MAH、PP-g-MAH中的一种或几种。所述的扩链剂为均苯二酐(PMDA)、对苯酚二羟基乙醚(HQEE)、1，4-丁二醇(1，4-BD)、3，3’-二氯-4，4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)中的一种或几种。
用于无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料的制备方法，其工艺过程如下：将干燥好的聚对苯二甲酸乙二醇酯母粒、阻燃剂、成核剂、润滑剂、抗氧剂、增韧剂和扩链剂助剂在高速混合机中充分混合后，加入双螺杆挤出机中，熔融挤出的同时，在双螺杆的第二个加料口加入玻纤熔融挤出，挤出机的温度设定为240～275℃范围，机头温度为250～260℃，真空度为-0.08Pa，挤出造粒；挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。
本发明中相关的阻燃机理如下：
1.红磷：红磷阻燃效果好，使用量较少。当燃烧发生时，塑料表面开始燃烧，红磷生成磷酸，凝结成固体的磷酸将燃烧的塑料表面的氢和氧清除并将塑料转变成碳层。
2.蒙脱土：蒙脱土不但可以和高分子复合生产出高物理性能的纳米复合材料，而且赋予产品很好的阻燃性能。其阻燃机理在于具有很好的促进材料成碳性，隔热隔火阻止燃烧。是一种很有潜力和性能优越的阻燃协同助剂。几乎可以与一切有机、无机阻燃剂具有较好的协同作用，使阻燃性能大幅提高。
该PET工程塑料具有优异的阻燃性能、低翘曲、高模量、高耐热和高冲击性能。并具有低烟、无毒、火焰传播速度慢，阻燃性能达到UL 94 V-0级等特点。此外，该工程塑料由于采用了白度化微胶囊红磷，其颜色较浅，可以在使用的过程当中任意添加产品所要求的增色剂，从而具有广阔的发展和应用前景。可以用于电子、电气、汽车等领域。
具体实施方式
结合以下具体实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1
将2kg的PET母粒在100℃真空烘箱中干燥10h；称取600g用KH550有机硅烷偶联剂改性的无碱短玻纤；称取100g白度化微胶囊红磷和60g纳米改性蒙脱土；称取10g滑石；称取6g PETS；称取3g Irganox 245和3g Irganox1010；60gABS；200gPOE-g-MAH；10g均苯二酐；将各种助剂在60℃的真空烘箱中干燥3h。将除了玻纤之外的各种助剂与PET母粒在高速混合机中混合均匀，加入在双螺杆挤出的第一个加料口加入，玻纤在双螺杆挤出机的第二个加料口加入，进行熔融挤出。双螺杆挤出机加热区的温度(℃)设定为：一区240；二区245；三区250；四区255；五区260；六区260；七区260；八区260；九区260；机头加热温度(℃)：250，真空度-0.08Pa。挤出造粒；挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。
实施例2
将3kg的PET母粒在120℃真空烘箱中干燥4h；称取880gKH570有机硅烷偶联剂改性的无碱长玻纤；称取120g白度化微胶囊红磷和40g纳米改性蒙脱土；称取12g滑石；称取9gPETS；称取4.5g Irganox 245和4.5g Irganox1010；150gABS；220gPOE-g-MAH；20g 3，3’-二氯-4，4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)；将各种助剂在60℃的真空烘箱中干燥12h。将除了玻纤之外的各种助剂与PET母粒在高速混合机中混合均匀，加入在双螺杆挤出的第一个加料口加入，玻纤在双螺杆挤出机的第二个加料口加入，进行熔融挤出。双螺杆挤出机加热区的温度(℃)设定为：一区245；二区250；三区255；四区260；五区265；六区270；七区265；八区260；九区255；机头加热温度(℃)：255，真空度-0.08Pa。挤出造粒；挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。
实施例3
将2Kg的PET母粒在100℃真空烘箱中干燥5h；称取700g用KH550有机硅烷偶联剂改性的长玻纤；称取150g白度化微胶囊红磷和40g纳米改性蒙脱土；称取10g滑石；称取6gPETS；称取3g Irganox 245和3g Irganox1010；100gEVA；200gPPO-g-MAH；6g对苯酚二羟基乙醚(HQEE)；将白度化微胶囊红磷、纳米改性蒙脱土、滑石在80℃的真空烘箱中干燥3h，其余助剂在60℃的真空烘箱中干燥2h。将除了玻纤之外的各种助剂与PET母粒在高速混合机中混合均匀，并在双螺杆挤出的第一个加料口投料，玻纤在双螺杆挤出机的第二个加料口加入，进行熔融挤出。双螺杆挤出机加热区的温度(℃)设定为：一区240；二区245；三区250；四区255；五区260；六区260；七区260；八区260；九区260；机头加热温度(℃)：250，真空度-0.08Pa。挤出造粒；挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。
实施例4
将3kg的PET母粒在120℃真空烘箱中干燥10h；称取880gKH570有机硅烷偶联剂改性的无碱短玻纤；称取180g白度化微胶囊红磷和60g纳米改性蒙脱土；称取12g滑石；称取9gPETS；称取4.5g Irganox 245和4.5g Irganox1010；90gABS；20geEVA；300gPP-g-MAH；30g1，4-丁二醇(1，4-BD)；将有机硅烷偶联剂改性的无碱短玻纤、白度化微胶囊红磷、纳米改性蒙脱土在80℃的真空烘箱中干燥5h；其余助剂在50℃的真空烘箱中干燥2h。将除了玻纤之外的各种助剂与PET母粒在高速混合机中混合均匀，加入在双螺杆挤出的第一个加料口加入，玻纤在双螺杆挤出机的第二个加料口加入，进行熔融挤出。双螺杆挤出机加热区的温度(℃)设定为：一区245；二区250；三区255；四区260；五区265；六区270；七区265；八区260；九区255；机头加热温度(℃)：255，真空度-0.08Pa。挤出造粒；挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。
实施例5
将2Kg的PET母粒在120℃真空烘箱中干燥6h；称取400g用KH550有机硅烷偶联剂改性的短纤；称取80g白度化微胶囊红磷和60g纳米改性蒙脱土；称取10g滑石；称取6gPETS；称取3g Irganox 245和3g Irganox1010；100gABS；100gPOE-g-MAH；100gPP-g-MAH；10g均苯二酐；10g 3，3’-二氯-4，4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)。将有机硅烷偶联剂改性的无碱短玻纤、白度化微胶囊红磷、纳米改性蒙脱土在80℃的真空烘箱中干燥4h；其余助剂在50℃的真空烘箱中干燥2h。将除了玻纤之外的各种助剂与PET母粒在高速混合机中混合均匀，加入在双螺杆挤出的第一个加料口加入，玻纤在双螺杆挤出机的第二个加料口加入，进行熔融挤出。双螺杆挤出机加热区的温度(℃)设定为：一区240；二区245；三区250；四区255；五区260；六区260；七区260；八区260；九区260；机头加热温度(℃)：250，真空度-0.08Pa。挤出造粒；挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。
按照上述方法制备出的产品，经过注塑之后进行性能测试：
  测试项目   测试方法   单位   实施例1   实施例2
  拉伸强度   ASTM D 638   MPa   115   135
  弯曲模量   ASTM D 790   MPa   9800   10300
  弯曲强度   ASTM D 790   MPa   180   190
  悬臂缺口冲击强度   ASTM D 256   J/m   80   90
  阻燃等级   UL-94   -   V-0   V-0
  氧指数   ASTM D 2863   ％   29   31
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并非用以限制本发明的专利范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或改进，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于其组成按重量份数计为：
(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯  50～80份
(2)复配阻燃剂            1～20份
(3)增强剂                20～40份
(4)成核剂                1～5份
(5)润滑剂                0.1～0.5份
(6)复配抗氧剂            0.1～0.5份
(7)增韧剂                1～5份
(8)增容剂                5～15份
(9)扩链剂                0.1～2份
所述的复配阻燃剂为红磷和蒙脱土的混合物，红磷为白度化微胶囊红磷，蒙脱土为改性纳米级蒙脱土，红磷和蒙脱土的重量比为1～4∶1。
2.根据权利要求1所述的无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于所述的增强剂为未改性无碱长玻璃纤维、未改性无碱短玻璃纤维、有机改性的长玻璃纤维和有机改性的短玻璃纤维中的一种。
3.根据权利要求1所述的无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于所述的成核剂为滑石、云母、碳酸钙、纳米氢氧化镁中的一种或几种，其中碳酸钙、纳米氢氧化镁经过表面改性处理。
4.根据权利要求1所述的无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
5.根据权利要求1所述的无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于所述的复配抗氧剂为Irganox 245和Irganox 1010重量比为1∶1的的混合物；所述的增韧剂为MBS、EVA、ABS中的一种或几种；所述的增容剂为POE-g-MAH、PPO-g-MAH、PP-g-MAH中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料，其特征在于所述的扩链剂为均苯二酐(PMDA)、对苯酚二羟基乙醚(HQEE)、1，4-丁二醇(1，4-BD)、3，3’-二氯-4，4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)中的一种或几种。
7.一种用于根据权利要求1所述的无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料的制备方法，其特征在于该方法具有如下工艺过程：将干燥好的聚对苯二 甲酸乙二醇酯母粒、阻燃剂、成核剂、润滑剂、抗氧剂、增韧剂和扩链剂助剂在高速混合机中充分混合后，加入双螺杆挤出机中，熔融挤出的同时，在双螺杆的第二个加料口加入玻纤熔融挤出，挤出机的温度设定为240～275℃范围，机头温度为250～260℃，真空度为-0.08Pa，挤出造粒；挤出物料经冷却、风干、切粒，干燥后，即得无卤高阻燃性能的增强聚对苯二甲酸乙二醇酯工程塑料。 
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