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如何實現聚碳酸酯阻燃又透明?
文章來源:烯烴及高端下游     更新時間:2021-08-13 17:00:31

 聚碳酸酯是一種性能優良、應用廣泛的工程塑料,具有極高的透明度,透光率可達89%,可以滿足很多對光學、顏色要求高的應用場景,而且其本身具備一定的阻燃效果,可達到V-2級阻燃,是自熄型工程塑料。

然而,在一些應用場景,需要達到1.6mm甚至0.8mm的V-0級阻燃,比如手機殼等電子產品、PC膜、PC板材等領域,而且還要保持PC的透明度,這就有一定的困難了,不過,使用阻燃劑可以進一步提高PC的阻燃等級。

目前PC用阻燃劑主要有磷酸酯類、有機硅類和磺酸鹽類等。磷酸酯類阻燃劑(如BDP,RDP)阻燃PC需要添加量大,且容易發生滴落,需要添加抗滴落劑,抗滴落劑則會嚴重影響PC的透明度。能夠保持PC高透明度的主要是磺酸鹽類和有機硅類阻燃劑。

一、磺酸鹽系阻燃劑

磺酸鹽阻燃劑屬于堿土金屬鹽,對PC制品的阻燃效率高,常用的品種主要有2,4,5-三氯苯磺酸鈉 (STB)、苯磺酰基苯磺酸鉀 ( KSS) 、全氟丁基磺酸鉀( PPFBS)。STB含有氯元素,多用于非透明PC體系中。

磺酸鹽阻燃劑阻燃機理:

在高溫下,磺酸鹽能促進PC的異構化,燃燒時能促進二氧化碳和水的釋放,促進酚類物質的生成,促進脂肪族和芳香族化合物的產生,加快PC分子的成炭速率,促使聚合物分子交聯。

磺酸鹽促進交聯成炭,來源:網絡

 

1、苯磺酰基苯磺酸鉀(KSS)

 

 

苯磺酰基苯磺酸鉀分子結構,來源:Arichem

 

KSS使用較廣泛,添加0.05%-0.1%即可使PC的氧指數從27%提高到37%左右,且不會影響PC的透明性,但是單獨使用不能使薄壁制件(厚度≤2.5mm)的阻燃性達到UL94 V-0級,實際應用時常與聚硅氧烷復配,若同時再加入少量含氟聚合物可使材料阻燃性更佳。

典型供應商及牌號:美國Arichem/Sloss KSS F-535

2、全氟丁基磺酸鉀(PFBS)

在PC中添加0.06%-0.1%的PFBS即可使PC達到UL94 V-0 (3.2mm),但要達到1.6mm或者0.8mm的V-0級別仍有困難。為滿足更高的阻燃要求,通常可加入少量硅氧烷進行復配。硅氧烷的用量為配方總量的0.02%-0.3%即可使1.6mm厚樣條阻燃性達到UL-94 V-0級。需注意的是PFBS用量若超過0.1%,不但不能提高PC的阻燃性能,而且會影響PC的透明性。

KSS相比于PFBS,可使PC具有更高的透明度,但是其阻燃效率更低,而且,兩者的添加量與阻燃效果都不是線性關系,并不是添加越多,阻燃效果越好。

目前,全氟丁基磺酸鉀進口產品的價格可達1000元/kg以上,國產產品價格一般在500元/kg左右,主要質量差別在于產品的穩定性。國外供應商主要有三菱,3M等企業,國內則有近30家企業生產此產品。

部分供應商及牌號:

日本三菱(EF-42)、美國3M(FR-2025)、意大利MITENI(RM 65HQ)、廣東盛化塑膠(FR-2025A)、福建安晟祺化工(FC-98)、武漢賽沃爾化工(FC-98)、武漢博萊特化工(FT-98)。

二、有機硅類阻燃劑

硅系阻燃劑分為無機硅系和有機硅系,無機硅系阻燃劑對PC的韌性影響嚴重,使用較少。有機硅系阻燃劑主要是聚硅氧烷和聚硅氧烷衍生物。

硅系阻燃劑阻燃機理為∶硅系阻燃劑在高溫下易遷移到材料表面,形成—Si—O—或—Si—C—結構,這種結構在材料表面能夠起到隔熱和阻燃的作用,同時這種多孔結構能夠吸附燃燒過程中的煙和毒氣,具有低煙、低毒的效果;此外,硅系阻燃劑還有促進成炭的作用。

苯基硅氧烷除了能促進PC的異構化和Fries重排而促進成炭外,還會與Fries 重排生成的酚羥基反應,生成含苯基的交聯成炭的醚結構。

適用于PC阻燃的聚硅氧烷從結構上可以分為線形和支鏈形2種,其中線形聚硅氧烷阻燃PC的流動性好,沖擊強度高,加工性及可回收性好;支鏈形聚硅氧烷阻燃PC更容易交聯成炭,阻燃效果更好,且煙霧及有毒氣體生成量較小。

硅氧烷阻燃劑一般添加量為1.5-4wt%,可達到UL 94 V-0 (1.0-1.5mm),可使PC的透光率保持在87%左右。

大部分的硅系阻燃劑都是以物理添加的方式加入,這需要硅氧烷中苯基含量高,與PC相容性好;還有一種方式是在PC聚合過程中引入硅氧烷單體,形成PC-硅氧烷共聚物,即硅共聚PC。硅共聚PC不僅具有較好的阻燃性能,還具有很好的流動性和低溫韌性。

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