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應(yīng)用案例

聚碳酸酯(PC)阻燃劑

所屬分類:應(yīng)用案例點(diǎn)擊次數(shù):1645 次發(fā)布日期:2021-12-23 14:56

聚碳酸酯(PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的,按照分子結(jié)構(gòu)所帶酯基不同,可分為脂肪族、脂環(huán)族、芳香族,其中芳香族最具實(shí)用價(jià)值,并以雙酚A型聚碳酸酯最為重要,一般重均分子量(Mw)在2-10萬。

聚碳酸酯具有良好的強(qiáng)度、韌性、透明性、耐熱耐寒性、易加工性、阻燃性等綜合性能,主要下游應(yīng)用領(lǐng)域是電子電器、板材和汽車,這3個(gè)行業(yè)約占聚碳酸酯消費(fèi)量的80%,其他在工業(yè)機(jī)械零件、光盤、包裝、辦公設(shè)備、醫(yī)療及保健、薄膜、休閑和防護(hù)器材等諸多領(lǐng)域也都取得了廣泛的應(yīng)用,成為五大工程塑料中增長(zhǎng)速度最快的品類之一。

2020年全球PC產(chǎn)能約588萬噸,我國(guó)的PC產(chǎn)能為194萬噸/年,產(chǎn)量約96萬噸,而2020年我國(guó)聚碳酸酯表觀消費(fèi)量達(dá)到234萬噸,存在近138萬噸的缺口,需要從外國(guó)進(jìn)口。巨大的市場(chǎng)需求引來了眾多的投資增產(chǎn),據(jù)估計(jì),中國(guó)同時(shí)在建和擬建PC項(xiàng)目眾多,未來三年內(nèi)國(guó)內(nèi)產(chǎn)能將突破300萬噸/年,PC產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移態(tài)勢(shì)。

聚碳酸酯PC是一種性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛的工程塑料。PC是一種無定形聚合物,具有極高的透明度,透光率可達(dá)89%,可以滿足很多對(duì)光學(xué)、顏色要求高的應(yīng)用場(chǎng)景,而且其本身具備一定的阻燃效果,可達(dá)到V-2級(jí)阻燃,是自熄型工程塑料。


然而,在一些應(yīng)用場(chǎng)景,需要達(dá)到1.6mm甚至0.8mm的V-0級(jí)阻燃,比如手機(jī)殼等電子產(chǎn)品,PC膜,PC板材等領(lǐng)域,而且還要保持PC的透明度,這就有一定的困難了!

目前PC用阻燃劑主要有磷酸酯類,有機(jī)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(fā)生滴落,需要添加抗滴落劑,抗滴落劑則會(huì)嚴(yán)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(jī)硅類阻燃劑。


                                                                                 磺酸鹽系阻燃劑



磺酸鹽阻燃劑屬于堿土金屬鹽,對(duì)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?;交撬徕?( 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(jī)理:磺酸鹽在300~500℃會(huì)降解產(chǎn)生能夠促進(jìn) PC交聯(lián)成炭的SO2氣體,這個(gè)溫度區(qū)間與PC的降解溫度相匹配,這種成炭交聯(lián)主要是通過促進(jìn) PC的異構(gòu)化和 Fries重排來實(shí)現(xiàn)。



                                                                          苯磺?;交撬徕?KSS)



KSS使用較廣泛,添加0.05%-0.1%即可使PC的氧指數(shù)從27%提高到37%左右,且不會(huì)影響PC的透明性。但是單獨(dú)使用不能使薄壁制件(厚度≤2.5mm)的阻燃性達(dá)到UL94 V-0級(jí)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)常與聚硅氧烷復(fù)配,若同時(shí)再加入少量含氟聚合物可使材料阻燃性更佳。

                                                                          全氟丁基磺酸鉀(PFBS)
在PC中添加0.06%-0.1%的PFBS即可使PC達(dá)到UL94 V-0 (3.2mm),但要達(dá)到1.6mm或者0.8mm的V-0級(jí)別仍有困難。為滿足更高的阻燃要求,通??杉尤肷倭抗柩跬檫M(jìn)行復(fù)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(dá)到UL-94 V-0級(jí)。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(huì)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(guān)系,并不是添加越多,阻燃效果越好。

目前,全氟丁基磺酸鉀進(jìn)口產(chǎn)品的價(jià)格可達(dá)1000元/kg以上,國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格一般<500元/kg,主要質(zhì)量差別在于產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

                                                                                   有機(jī)硅類阻燃劑



硅系阻燃劑分為無機(jī)硅系和有機(jī)硅系,無機(jī)硅系阻燃劑對(duì)PC的韌性影響嚴(yán)重,使用較少。有機(jī)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(jī)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(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在材料表面能夠起到隔熱和阻燃的作用,同時(shí)這種多孔結(jié)構(gòu)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(jìn)成炭的作用。

苯基硅氧烷除了能促進(jìn)PC的異構(gòu)化和 Fries重排而促進(jìn)成炭外,還會(huì)與Fries 重排生成的酚羥基反應(yīng),生成含苯基的交聯(lián)成炭的醚結(jié)構(gòu)。



適用于PC阻燃的聚硅氧烷從結(jié)構(gòu)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(dòng)性好,沖擊強(qiáng)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(lián)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(dá)到UL 94 V-0 (1.0-1.5 mm),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(dòng)性和低溫韌性。



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