本發明涉及一種塑料加工領域，且特別涉及一種阻燃光穩定聚碳酸酯及其制備方法。
背景技術：
聚碳酸酯(polycarbonate，以下稱為PC)是具有優秀的機械性能的無定形熱塑性材料，屬于五大通用工程塑料，即聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、改性聚苯醚(MPPO)、聚對苯二甲酸丁二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(PBT/PET)中的一種，應用于玻璃板(glazing sheet)、汽車用品、電器用具、光學產品等，其市場需求越來越大。但PC材料在長時間陽光照射下，會吸收紫外光(UV)而造成光裂化現象，制品變黃，力學性能下降，同時盡管PC本身具有一定的阻燃性，但隨著人們對塑料制品的防火安全提出愈來愈高的要求，近年來對PC更高級別阻燃的研究日益活躍。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種阻燃光穩定聚碳酸酯，此阻燃光穩定聚碳酸酯的阻燃性能顯著提升，具有良好的光穩定性。
本發明的另一目的在于提供一種制備阻燃光穩定聚碳酸酯的方法，其制作簡單，制得的阻燃光穩定聚碳酸酯的阻燃性能顯著提升，具有良好的光穩定性。
本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。
一種阻燃光穩定聚碳酸酯，將按照原料配方備取的混合物料經熔融混煉、擠出、冷卻、造粒、干燥制得，原料配方按照質量百分數計，包括：聚碳酸酯80-90％、復合阻燃劑3-10％、光穩定劑2-8％、復配抗氧劑0.2-1.5％、潤滑劑0.2-1％以及分散劑0.5-2％；復合阻燃劑包括可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑。
上述阻燃光穩定聚碳酸酯的制備方法，其包括以下步驟：
將上述聚碳酸酯、上述復合阻燃劑、上述光穩定劑、上述復配抗氧劑、上述潤滑劑以及上述分散劑加入高速混合器中充分混合15～30分鐘，形成物料；
將上述物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥。
本發明實施例的阻燃光穩定聚碳酸酯及其制備方法的有益效果是：復合阻燃劑中，當高溫熱源靠近時，可膨脹石墨受熱發生膨脹，隔絕氧氣，并釋放其夾層內部的碳酸根、硫酸根、磷酸根、亞硫酸根等酸根離子，促進其脫水炭化，達到阻燃效果，納米羰基鐵粉化學性質活潑，加入后，能替換夾層內部的酸根離子，顯著提高酸根離子的釋放速度，快速阻燃，并且與可膨脹石墨形成穩固的化學鍵，該化學鍵鍵能遠遠高于可膨脹石墨層與層之間的范德華力，從而使形成的炭層氣孔更致密，提高炭層的阻燃效果。硼酸鋅分解生成氧化硼層，促進可膨脹石墨層與層之間的黏接，進一步使炭層氣孔更致密，而石墨烯的設置，使得阻燃光穩定聚碳酸酯阻燃性能進一步優化。通過發明人多年的研究發現，在上述聚碳酸酯各組分的含量下，該阻燃光穩定聚碳酸酯具有優異的阻燃性、光穩定性以及韌性佳，其制備方法簡單環保，便于操作。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
下面對本發明實施例的阻燃光穩定聚碳酸酯及其制備方法進行具體說明。
一種阻燃光穩定聚碳酸酯，將按照原料配方備取的混合物料經熔融混煉、擠出、冷卻、造粒、干燥制得，原料配方按照質量百分數計，包括：聚碳酸酯80-90％、復合阻燃劑3-10％、光穩定劑2-8％、復配抗氧劑0.2-1.5％、潤滑劑0.2-1％以及分散劑0.5-2％；優選地，原料配方按照質量百分數計，包括：所述聚碳酸酯84-90％、所述復合阻燃劑5-8％、所述光穩定劑2-5％、所述復配抗氧劑0.5-1％、所述潤滑劑0.5-0.8％以及所述分散劑0.5-1.5％。
在此質量百分數范圍內的各組分，使得聚碳酸酯的阻燃性、光穩定性以及強度最佳化。
復合阻燃劑，將多種阻燃劑配合產生協同作用，增強阻燃效果；阻燃劑通常通過吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等發揮其阻燃作用的，常見的復合阻燃劑為硼酸鋅阻燃劑與鹵素化合物并用，受熱時發生反應生成ZnX2，ZnOX(X為Cl或Br)，該復合阻燃劑在高分子材料熱解前熔融并形成高沸點的固體ZnX2覆蓋層，抑制可然性氣體的同時阻止氧化及熱作用，進而達到阻燃的作用。但由于鹵素化合物燃燒釋放出的鹵素氣對環境有害，因此需要提供一種不含鹵素的阻燃劑。
本發明中，復合阻燃劑包括可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑；可膨脹石墨，是選用優質天然鱗片石墨，經酸性氧化劑(硫酸、硝酸與雙氧水，高錳酸鉀)處理后的層間化合物，其在高溫時，急劇膨脹，同時其生成的石墨膨體材料覆蓋在基材表面，隔絕了熱能輻射和氧的接觸；其夾層內部的碳酸根、硫酸根、磷酸根、亞硫酸根等酸根離子在膨脹時釋放出來，促進基材的炭化，從而通過多種阻燃方式達到良好的效果。但是，可膨脹石墨阻燃形成的炭層表面會有一定的氣孔，而納米羰基鐵粉化學性質活潑，加入后，能替換夾層內部的酸根離子，顯著提高酸根離子的釋放速度，快速阻燃，并且與可膨脹石墨形成穩固的化學鍵，該化學鍵鍵能遠遠高于可膨脹石墨層與層之間的范德華力，從而使形成的炭層氣孔更致密，提高炭層的阻燃效果。由于可膨脹石墨為層狀結構，與聚碳酸酯相容性不好，造成材料內部缺陷，導致聚碳酸酯分子鏈之間作用力減弱，納米羰基鐵粉還可以使聚碳酸酯分子鏈中碳酸根活化，促進聚碳酸酯分子鏈與可膨脹石墨交叉偶聯反應，防止炭層從基體脫落，造成阻燃不佳。使其拉伸強度有所增加。優選納米羰基鐵粉的直徑為20nm～80nm，使其與可膨脹石墨接觸面積更大。
高溫下，硼酸鋅分解生成氧化硼固體，附著于材料表面，形成一層覆蓋層，此覆蓋層能夠有效抑制可燃性氣體產生并阻止氧化及熱分解作用的進一步進行。該覆蓋層可以進一步在可膨脹石墨炭層的表面形成保護層，促進可膨脹石墨層與層之間的黏接，使炭層氣孔更致密，與可膨脹石墨協同作用提高炭層的阻燃效果。
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料；其韌性強，具有良好的導熱性，因此當外界熱量過高，其可將熱量快速傳輸到聚合物表面或局部，使硼酸鋅與可膨脹石墨快速分解或膨脹進行阻燃，防止碳酸聚酯燃燒；另外還增強了阻燃光穩定聚碳酸酯的韌性。
硅烷偶聯劑是一類在分子中同時含有兩種不同化學性質基團的有機硅化合物，分子中同時具有能和無機質材料化學結合的反應基團及與有機質材料化學結合的反應基團，其一方面對可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、石墨烯、硼酸鋅表面改性，使復合阻燃劑與聚碳酸酯及其它有機試劑可以更好的融合，增強可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、石墨烯、硼酸鋅與聚碳酸酯及其他有機試劑之間的黏合，另一方面使可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、石墨烯、硼酸鋅均勻混合。
優選地，可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯、以及硅烷偶聯劑的重量比為20-30：5-10：20-30：3-4：15-30；該重量比下的復合阻燃劑的阻燃效果最優。
光穩定劑，屏障或抑制光氧化還原或光老化過程而加入的一些物質。本發明中光穩定劑例如可以為氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑、雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳中的混合物，其中，氧化鋅為光屏蔽劑，其能反射或吸收太陽光紫外線，即是在聚合物與光源之間設置一道屏障，阻止紫外線深入聚合物內部，從而可使聚合物得到保護；氧化鋅還可以促進與阻燃劑硼酸鋅與可膨脹石墨之間的協同阻燃效果。二苯甲酮類紫外線吸收劑能選擇性地強烈吸收對聚合物有害的太陽光紫外線而自身具有高度耐光性的有機化合物。雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳能有效轉移聚碳酸酯中光敏發色團激發態能量并將其以無害的形式消散掉從而使聚合物免于發生光降解反應的光穩定劑。三者互相配合，具有優異的光穩定性。優選地，氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳的中重量比為1-1.5：1：0.5-1，在此重量比的范圍下，光穩定性最佳，且與復合阻燃劑協同配合效果佳。
復配抗氧劑，兩種及以上的抗氧劑配合使用，以生產協同效應，其在聚合物體系中延緩或抑制聚合物氧化過程的進行，從而阻止聚合物的老化并延長其使用壽命。
復配抗氧劑包括受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑，二者協同作用，抗氧效果佳，優選地，所述復配抗氧劑中受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑的復配物為質量比為1：1，此質量比下的抗氧性最佳。為了避免復配抗氧劑中的某些物質與阻燃光穩定聚碳酸酯的某些組分產生拮抗作用或分解反應，受阻酚類抗氧劑選自2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚中的至少一種，所述亞磷酸酯類抗氧劑選自三辛酯和三癸酯中的至少一種，例如復配抗氧劑包括2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三辛酯中的混合物。
潤滑劑，用于阻燃光穩定聚碳酸酯加工中改進阻燃光穩定聚碳酸酯熔體的流動性和脫模性，防止在機內或模具內粘著而產生魚眼等缺陷。潤滑劑優選為石蠟，降低阻燃光穩定聚碳酸酯塑化轉矩的同時可縮短塑化時間。
分散劑，分子內同時具有親油性和親水性兩種相反性質的界面活性劑，有效防止固體顆粒的沉降和凝聚。優選為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和油酸中的至少一種，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和油酸的混合物，其分散效果佳，價格低廉。
上述阻燃光穩定聚碳酸酯的制備方法，其包括以下步驟：
將聚碳酸酯、復合阻燃劑、光穩定劑、復配抗氧劑、潤滑劑以及分散劑加入高速混合器中充分混合15～30分鐘，形成物料；
將物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥。
以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。
實施例1
按照原料配方備取原料，其中按照質量百分數，包括聚碳酸酯84％、復合阻燃劑6％、光穩定劑8％、復配抗氧劑0.4％、石蠟0.8％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物0.8％；復合阻燃劑含有重量比依次為20：5：20：4：15的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑，且納米羰基鐵粉的直徑為20nm，光穩定劑含有重量比依次為1：1：1的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合30分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩定聚碳酸酯。
實施例2
按照原料配方備取原料，其中按照質量百分數，包括聚碳酸酯90％、復合阻燃劑6.8％、光穩定劑2％、復配抗氧劑0.5％、石蠟0.2％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物0.8％；復合阻燃劑含有重量比依次為30：10：30：3：30的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑，且納米羰基鐵粉的直徑為80nm，光穩定劑含有重量比依次為1.5：1：1的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚與雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚混合物和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合27分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩定聚碳酸酯。
實施例3
按照原料配方備取原料，其中按照質量百分數，包括聚碳酸酯80％、復合阻燃劑8％、光穩定劑8％、復配抗氧劑1.1％、石蠟0.9％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物2％；復合阻燃劑含有重量比依次為25：7：22：3.5：18的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑，且納米羰基鐵粉的直徑為50nm，光穩定劑含有重量比依次為1.2：1：0.5的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復配抗氧劑包含重量比為1：1的雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合25分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩定聚碳酸酯。
實施例4
按照原料配方備取原料，其中按照質量百分數，包括聚碳酸酯87％、復合阻燃劑5％、光穩定劑5％、復配抗氧劑1％、石蠟0.5％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物1.5％；復合阻燃劑含有重量比依次為22：6：27：3.8：25的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑，且納米羰基鐵粉的直徑為30nm，光穩定劑含有重量比依次為1：1：0.5的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三癸酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合15分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩定聚碳酸酯。
實施例5
按照原料配方備取原料，其中按照質量百分數，包括聚碳酸酯82％、復合阻燃劑10％、光穩定劑6％、復配抗氧劑0.2％、石蠟0.8％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物1％；復合阻燃劑含有重量比依次為27：6：25：4：28的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑，且納米羰基鐵粉的直徑為70nm，光穩定劑含有重量比依次為1.3：1：0.7的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復配抗氧劑包含重量比為1：1的2，6-三級丁基-4-甲基苯酚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合20分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩定聚碳酸酯。
實施例6
按照原料配方備取原料，其中按照質量百分數，包括聚碳酸酯89％、復合阻燃劑3％、光穩定劑4.3％、復配抗氧劑1.5％、石蠟1％以及聚乙烯吡咯烷酮和油酸的混合物1.2％；復合阻燃劑含有重量比依次為26：8：21：3：20的可膨脹石墨、納米羰基鐵粉、硼酸鋅、石墨烯以及硅烷偶聯劑，且納米羰基鐵粉的直徑為80nm，光穩定劑含有重量比依次為1.5：1：0.5的氧化鋅、二苯甲酮類紫外線吸收劑和雙(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基膦酸單乙酯)鎳；復配抗氧劑包含重量比為1：1的雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚和三辛酯。將上述備取的原料加入高速混合器中充分混合30分鐘，形成物料；將物料加入雙螺桿擠出機進行熔融混煉，然后擠出、冷卻、造粒、干燥，得到阻燃光穩定聚碳酸酯。
試驗例
重復實施例1-6，制備足夠多的阻燃光穩定聚碳酸酯，與市面所售的常見阻燃光穩定聚碳酸酯進行性能比較，其中，將實施例1～6制備的阻燃光穩定聚碳酸酯制成標準樣條進行燃燒性能測試，其中耐光性能在QUV老化試驗機中進行，老化循環條件為：8小時光照，波長313nm，強度為0.48W/m2，溫度70℃，4小時黑暗，溫度50℃；采用綜合垂直燃燒儀按照ISO1210-1992規定的標準程序測定，結果如下表。
表1試驗例結果
由表1可得，實施例1～6提供的阻燃光穩定聚碳酸酯相比于市面所售的普通阻燃光穩定聚碳酸酯，其拉伸強度大，耐光性佳，發煙量少，阻燃性能佳，是一種兼具阻燃、光穩定、韌性佳的材料。
綜上所述，本發明實施例的阻燃光穩定聚碳酸酯及其制備方法，方法簡練，簡單環保，制得的阻燃光穩定聚碳酸酯具有優異的阻燃性、光穩定性以及韌性佳。
以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。