一種高效抑煙阻燃的改性聚芳香酯及其製備方法與流程
2023-06-10 20:22:31 1
本發明涉及阻燃材料加工領域，尤其是涉及一種高效抑煙阻燃的改性聚芳香酯及其製備方法。
背景技術：
聚芳香酯材料，特別如雙酚A型聚碳酸酯具有多芳香環結構，具有較高的氧指數，但同時在燃燒時也會具有較大的煙密度。發煙量大，能見度低，及煙氣腐蝕性，會對救援及火災現場人員的存活可能造成極大威脅。因而，在以塑代鋼的新時代，高效抑煙阻燃的環保型複合材料十分必要，高效抑煙的聚芳香酯材料可以廣泛應用在家用電器、建築業、裝飾業、電器電纜業、汽車內外飾、建築行業以及通訊行業等。
目前，報導的降低煙密度的材料，如中國專利CN103102669B，其通過添加複合消煙劑來達到抑煙目的。採用的無機複合消煙劑為鉬化合物和納米CuO、ZnO、Fe2O3等復配而成。但是鉬化合物十分昂貴，它的添加也使得塑料的密度增加，有些金屬氧化物還會造成聚酯材料的降解，影響材料的使用。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種高效抑煙阻燃的改性聚芳香酯及其製備方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種高效抑煙阻燃的改性聚芳香酯，包括以下重量份數的組分：聚芳香酯樹脂50～90份，納米二氧化矽氣凝膠5～15份，磷系阻燃劑5～20份，抗氧劑0.1～1份，潤滑劑0.1～1份。
優選的，所述的聚芳香酯樹脂為芳香族聚酯，其分子鏈段中包含芳香環，選自聚碳酸酯類、聚對二本二甲酸醇酯類、環己烷醇酯中的一種或幾種。
更優選的，所述的聚芳香酯樹脂為雙酚A型聚碳酸酯，其重均分子量為26000-40000。
優選的，所述的納米二氧化矽氣凝膠的比表面積為400～750m2/g，平均孔徑達2.8～15.9nm。
優選的，所述的磷系阻燃劑為聚磷酸胺、磷酸三甲苯酯或泰星HT-1055中的一種或兩種。
優選的，所述的抗氧劑包括市售抗氧劑ESCNOX S-9229、抗氧劑S-9228PC或抗氧劑168中的一種或幾種。
優選的，所述的潤滑劑包括矽酮粉、季戊四醇酯或乙撐雙硬酯醯胺中的一種或幾種。
更優選的，所述的季戊四醇酯的重均分子量為100～140。
一種高效抑煙阻燃的改性聚芳香酯的製備方法，包括以下步驟：
(a)稱取磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠超聲波條件下，混合，得到阻燃劑/氣凝膠複合物；
(b)再將聚芳香酯樹脂、阻燃劑/氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑充分分散混勻，倒入雙螺杆擠出機中，熔融、擠出、造粒，即得到目的產品。
本發明所製備的高效抑煙阻燃的改性聚芳香酯的煙密度遠低於70，阻燃效果極佳，並且燃燒時，材料表面形成緻密碳層阻隔材料進一步燃燒，同時納米氣凝膠可吸附產生的CO、CO2等有毒腐蝕氣體，不會危害人體呼吸系統。可用廣泛在校車、高鐵、電器設備、建築材料等。
本發明的作用機理是：採用小粒徑、大比表面能的納米二氧化矽氣凝膠，超聲波條件下，吸附磷系阻燃劑，防止納米材料發生團聚造成分散不均勻。加入到基體材料中，通過雙螺杆擠出機擠出，得到分散均勻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，但是由於苯環較多，一旦引燃，便會產生大量煙霧。燃燒時，阻燃劑從納米氧化矽氣凝膠中釋放出來，形成凝聚相附著在材料表面，納米氧化矽協效阻燃抑煙。同時，氣凝膠此時的孔洞結構也可以吸附大量的煙霧，降低煙霧的擴散。
本發明的製備工藝中：超聲波條件下，以防分散不均勻。混合加入基體材料，實際上以多孔納米矽氣凝膠為載體，可物理吸附阻燃劑，促進阻燃劑在材料分散均勻。並在阻燃過程，協效阻燃，與阻燃劑配合發生作用。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
(1)該種高效抑煙的聚芳香酯材料通過添加高表面能及高孔隙率的納米二氧化矽氣凝膠吸附阻燃劑，使得阻燃劑分散均勻。其中，磷系阻燃劑受熱時能產生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層，在氧化矽協效作用下，形成的碳化層可以阻止聚合物進一步熱解，並阻止內部因為熱分解產物參與氣相燃燒過程。
(2)該種高效抑煙的聚芳香酯材料，低密度和高凝膠孔隙率的矽氣凝膠可以大幅降低固相熱傳導，在燃燒過程中，形成緻密碳層，阻燃同時，矽氣凝膠還可以隔熱，降低導熱傳熱速度，起到固相阻燃的協助作用，減少內部材料因受熱分解而發生氣相燃燒的可能。
(3)該種高效抑煙的聚芳香酯材料可以通過，多孔氣凝膠高效捕獲火災中釋放CO2、SO2等有毒有害氣體，迅速降低火災現場的發煙量。
(4)此外，氣凝膠輕質低密度，可維持該種高效抑煙的聚芳香酯材料的密度及性能。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
以下實施例及對比例中選用的聚芳香酯樹脂，優選雙酚A型聚碳酸酯，具體為帝人的L1225L；納米二氧化矽氣凝膠比表面積為400～750m2/g，平均孔徑達2.8～15.9nm；磷系阻燃劑為泰星HT-1055(即泰星化工的HT-1055)；抗氧劑為市售Ciba公司的Irganox 1076和Irganox 168，其重量比為2：1；潤滑劑為市售的季戊四醇硬脂酸及矽烷酮，其比重為1:4。
實施例1
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：PC 70份；磷系阻燃劑10份；納米二氧化矽氣凝膠10份；抗氧劑0.1份；潤滑劑0.1份。
(2)首先，將磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠在超聲條件下進行混合，得到吸附阻燃劑的納米矽氣凝膠。
(3)將聚芳香酯樹脂、含有磷系阻燃劑納米二氧化矽氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行充分分散混勻。
(4)將上述組分原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(5)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為40。
實施例2
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：PC 50份；磷系阻燃劑20份；納米二氧化矽氣凝膠15份；抗氧劑0.5份；潤滑劑0.3份。
(2)首先，將磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠在超聲條件下進行混合，得到吸附阻燃劑的納米矽氣凝膠。
(3)將聚芳香酯樹脂、含有磷系阻燃劑納米二氧化矽氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行充分分散混勻。
(4)將上述組分原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(5)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為38。
實施例3
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：PC 90份；磷系阻燃劑5份；納米二氧化矽氣凝膠5份；抗氧劑1份；潤滑劑0.5份。
(2)首先，將磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠在超聲條件下進行混合，得到吸附阻燃劑的納米矽氣凝膠。
(3)將聚芳香酯樹脂、含有磷系阻燃劑納米二氧化矽氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行充分分散混勻。
(4)將上述組分原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(5)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為42。
實施例4
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：PC 85份；磷系阻燃劑7份；納米二氧化矽氣凝膠15份；抗氧劑0.1份；潤滑劑0.1份。
(2)首先，將磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠在超聲條件下進行混合，得到吸附阻燃劑的納米矽氣凝膠。
(3)將聚芳香酯樹脂、含有磷系阻燃劑納米二氧化矽氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行充分分散混勻。
(4)將上述組分原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(5)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為40。
對比例1
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：PC 70份；磷系阻燃劑10份；抗氧劑0.1份；潤滑劑0.1～1份。
(2)將原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(3)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為40。
對比例2
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：PC 70份；矽系阻燃劑(盛美塑化產SMSI)10份；納米二氧化矽氣凝膠10份；抗氧劑0.1份；潤滑劑0.1份。
(2)首先，將磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠在超聲條件下進行混合，得到吸附阻燃劑的納米矽氣凝膠。
(3)將聚芳香酯樹脂、含有磷系阻燃劑納米二氧化矽氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行充分分散混勻。
(4)將上述組分原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(5)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為40。
對比例3
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：芳香聚氨酯(路博潤的58144NAT 026)70份；磷系阻燃劑10份；納米二氧化矽氣凝膠10份；抗氧劑0.1份；潤滑劑0.1份。
(2)首先，將磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠在超聲條件下進行混合，得到吸附阻燃劑的納米矽氣凝膠。
(3)將聚芳香酯樹脂、含有磷系阻燃劑納米二氧化矽氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行充分分散混勻。
(4)將上述組分原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(5)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為40。
對比例4
一種高效抑煙阻燃的聚芳香酯及其製備方法，該方法包括以下步驟：
(1)按重量份稱取各組份：PC 70份；磷系阻燃劑25份；納米二氧化矽氣凝膠3份；抗氧劑0.1份；潤滑劑0.1份。
(2)首先，將磷系阻燃劑與納米二氧化矽氣凝膠在超聲條件下進行混合，得到吸附阻燃劑的納米矽氣凝膠。
(3)將聚芳香酯樹脂、含有磷系阻燃劑納米二氧化矽氣凝膠複合物、抗氧劑和潤滑劑加入混合攪拌機中進行充分分散混勻。
(4)將上述組分原材料從餵料口餵入，在260～300℃下熔融擠出，螺杆擠出機轉速為500rpm，壓力為3MPa，經過熔融擠出，造粒即得到產品。
(5)擠出機螺杆直徑為58mm，長徑比為40。
各對比例及實施例注塑成75mm*75mm*12.5mm的樣條，並根據煙密度測試標準ISO 5659-2：2006，IDT進行煙密度測試。生成的煙被收集在裝配有光度計的測試箱內，測量光束通過煙後的衰減，結果記錄比光密度表示煙密度等級。如下表1所示。
表1
由上表可知，本發明所提供的該種聚芳香酯，通過添加高表面能的吸附阻燃劑的納米二氧化矽氣凝膠，使得阻燃劑分散均勻，降低導熱傳熱速度，可以協效阻燃。在燃燒過程中，形成緻密碳層，阻燃同時，矽氣凝膠還可以隔熱、高效吸附火災中釋放氣體，發揮高效抑煙阻燃作用。
上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。