一种无氟阻燃PC/ABS复合塑料及制备方法与流程

本技术涉及复合塑料加工，更具体地说，涉及一种无氟阻燃pc/abs复合塑料及制备方法。

背景技术：

1、pc和bas共混制备合金塑料是目前常用的工程塑料，pc/abs合金塑料与pc相比较，pc/abs合金塑料的熔体粘度低，加工性能好，且产品的耐应力开裂性能大大提高。pc/abs合金塑料与abs相比较，pc/abs合金塑料的耐热性和耐候性提高。故pc/abs合金塑料兼具pc、abs的优点，使其更好地应用于汽车、电子以及电器等行业。

2、随着汽车、电子以及电器行业的发展，对pc/abs塑料合金的安全使用具有更高的要求。pc/abs合金塑料的阻燃性是其安全使用的基础之一，为了提高pc/abs合金塑料的阻燃性，通常在制备塑料合金时，添加一定量的阻燃剂提高pc/abs合金塑料的阻燃性。

3、目前，通常用于pc/abs合金塑料的阻燃剂有含氟阻燃剂，含氟阻燃剂是指以氟化物、含氟丙烯酸盐、含氟磷酸盐等为主要原料，通过加入一系列加工助剂、分散剂等制成的阻燃剂，含氟阻燃剂具有卓越的阻燃性能、较高的热稳定性和耐候性，且用量少。但是，含氟阻燃剂在高温、明火情况下会释放出氟化氢等具有腐蚀性的有毒气体，这些气体对环境和人体健康造成潜在威胁，环保性差。

4、针对上述缺陷，可使用无机阻燃填料替代含氟阻燃剂，同样可以能提高pc/abs合金塑料的阻燃性，同时不含任何有害物质，环保性好。然而，如果要为了达到理想的阻燃效果，往往需要添加较大量的无机阻燃填料，这会降低pc/abs的机械性能和加工性能，同时，大量无机阻燃填料与pc/abs树脂的相容性较差，容易出现分散不均匀的问题，导致pc/abs合金塑料的抗冲击强度、拉伸强度等机械力学性能大大降低。有机磷酸酯阻燃剂也具有良好地阻燃效果，然而，有机磷酸酯阻燃剂多为液体，具有较大的挥发性。这可能导致在加工和使用过程中阻燃剂的损失，从而影响其阻燃效果的持久性。因此，亟需制备出一种环保性能好、阻燃剂用量少、持久性好以及机械性能好的pc/abs塑料合金。

技术实现思路

1、为了解决pc/abs合金塑料使用含氟阻燃剂环保性差，无机阻燃填料需要大量添加的问题，本技术提供一种无氟阻燃pc/abs复合塑料及制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种无氟阻燃pc/abs复合塑料，采用如下的技术方案：

3、一种无氟阻燃pc/abs复合塑料，由以下重量份原料制备得到：

4、pc 15-20份

5、abs20-30份

6、相容剂1-2份

7、稳定剂1-1.5份

8、阻燃剂8-14份

9、每份所述阻燃剂是由含有机磷酸酯的聚氨酯和无机阻燃填料按照重量份比为(8-10)：5混合制备得到；

10、所述无机阻燃填料为氢氧化铝或/和氢氧化镁。

11、通过采用上述技术方案，避免了高温下有毒气体的释放，符合环保要求。其中含有有机磷酸酯的聚氨酯与无机阻燃填料的协同作用，显著提高了pc/abs合金的阻燃性能，达到了ul94 v-0等级，且用量少，同时还能保证pc/abs合金塑料具有良好的抗冲击性能、拉伸强度以及弯曲强度。

12、聚氨酯中的有机磷酸酯会分解产生磷酸、偏磷酸等酸性物质，这些物质能够促进pc/abs基材表面形成致密的炭化层。炭化层不仅具有良好的隔热效果，还能有效隔绝氧气，从而减缓燃烧反应的进行。无机阻燃填料选择氢氧化铝和/或氢氧化镁，在受热时会分解吸收大量的热，同时产生水蒸气，从而稀释可燃气体浓度并降低燃烧温度，达到阻燃的目的。二者联合使用，在遭遇火源时能够迅速形成有效的阻燃屏障，阻止火焰的迅速蔓延，降低火灾风险。

13、有机磷酸酯具有良好的阻燃效果，且用量少，能减少无机阻燃填料的用量，但是其耐水性较差和挥发性大，在潮湿环境下，有机磷酸酯会失去阻燃效果，本技术中通过将有机磷酸酯和聚氨酯制备成含有机磷酸酯的聚氨酯，能够大大提高有机磷酸酯在潮湿环境下的阻燃性能，减少其挥发，增加其使用寿命。同时，含有机磷酸酯的聚氨酯更能均匀地分散于pc/abs系统中，提高pc/abs合金塑料的阻燃性。

14、本技术中阻燃剂的添加量较少，通过添加适量的相容剂，可以有效改善pc与abs之间的相容性，减少界面张力，提高复合材料的整体力学性能。同时，阻燃剂的加入并未对材料的力学性能产生显著负面影响。实验结果显示，该复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均保持在较高水平，满足多数工程应用的需求。

15、优选的，所述含有机磷酸酯的聚氨酯由以下方法制备得到：

16、1)将1mol有机磷酸酯二醇、0.8-1mol硅氧烷聚醚二元醇、0.4-0.5mol聚酯二元醇、1-1.2mol二元酸和0.01-0.02mol第一催化剂加入反应釜中，氮气保护下，120-125℃反应；

17、2)保持温度，加入0.1-0.2mol扩链剂，搅拌，降温至70-80℃；

18、3)保持搅拌，加入0.4-0.6mol二烯丙基异氰脲酸酯和0.3-0.5mol4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯，升温至80-90℃搅拌反应使-nco含量降至2％以下；

19、4)降温至50-60℃，加入0.2-0.4mol三乙胺，继续搅拌30-45min，再将40-45℃的水加入反应釜，搅拌，去除水相，得到含有机磷酸酯的聚氨酯。

20、通过采用上述技术方案，制备得到含有机磷酸酯的聚氨酯具有良好的阻燃作用，同时能大大提高有机磷酸酯的耐水性，进一步降低有机磷酸酯的挥发。通过引入有机磷酸酯二醇作为反应物之一，聚氨酯分子链中嵌入了磷酸酯基团，提高含有机磷酸酯聚氨酯的阻燃性。通过聚合反应将有机磷酸酯嵌入聚氨酯的分子链中，减少了其作为游离小分子存在的可能性，从而有效降低了有机磷酸酯的挥发。硅氧烷链段具有优异的疏水性和低表面能，能够在聚氨酯表面形成一层保护层，阻止水分子的渗透，从而提高有机磷酸酯的耐水性和耐候性，保持有机磷酸酯在高温潮湿环境下仍具有良好的阻燃性能。

21、步骤1)中有机磷酸酯二醇、硅氧烷聚醚多元醇、聚酯二元醇、二元酸在第一催化剂的作用下开始发生缩聚反应，得到预聚体。

22、步骤2)中向预聚体中添加扩链剂，扩链剂与预聚体中的官能团反应，使聚氨酯链增长，从而增加聚氨酯的分子量。

23、步骤3)中二烯丙基异氰脲酸酯和4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯与预聚体中的羟基(-oh)反应，形成聚氨酯链，提高含有机磷酸酯的聚氨酯交联密度和稳定性。

24、步骤4)中加入三乙胺进行中和反应，以调节聚氨酯的酸碱度并提高其稳定性。随后加入40-45℃的水进行搅拌，得到有机相和水相，去除去水相，即通过相分离方式，去除未反应的单体、副产物或溶剂等杂质，得到纯净的含有机磷酸酯的聚氨酯。

25、优选的，所述聚酯二元醇的分子量为500-1000。

26、通过采用上述技术方案，优化聚酯二元醇的分子量，提高含有机磷酸酯的聚氨酯的流动性，更有利于与pc、abs混合，得到均匀度好、阻燃性好、机械力学性能好的无氟阻燃pc/abs复合塑料。

27、优选的，所述硅氧烷聚醚二元醇的分子量为800-2000。

28、通过采用上述技术方案，优化硅氧烷聚醚二元醇的分子量，进一步提高有机磷酸酯的耐水性和耐候性，保持有机磷酸酯在高温潮湿环境下仍具有良好的阻燃性能。

29、优选的，所述有机磷酸酯二醇由以下方法制备得到：

30、有机磷酸酯二醇是由1mol二元醇与1.1-1.2mol磷酸三苯酯、0.01-0.02mol第二催化剂混合，升温至160-180℃反应，减压蒸馏的方法收集馏出物质，使用氢氧化钠溶液中和至ph＝7，淋洗，干燥，得到纯净有机磷酸酯二醇。

31、通过将二元醇与磷酸三丁酯、磷酸三苯酯及第二催化剂混合，并在160-180℃的高温下进行反应，可以促进酯交换或酯化反应的快速进行。高温条件有利于打破化学键，形成新的酯键，从而提高反应效率，同时得到有机磷酸酯二醇纯度高。通过中和至ph＝7并经过淋洗、干燥等后处理步骤，可以进一步稳定有机磷酸酯二醇的化学结构，减少其在储存和使用过程中的分解或变质。通过质谱法测试有机磷酸酯二醇的分子量。

32、优选的，所述无机阻燃填料为改性无机阻燃填料，由以下方法制备得到：

33、按照重量份计，将无机阻燃填料5份加入到水15-20份中于90-100℃恒温搅拌，再加入硅烷偶联剂2-3份，搅拌，加入聚己内酯二醇4-6份、三氧化二锑2-4份、乙二胺四乙酸盐0.5-1份，于65-70℃恒温搅拌，过滤，干燥，得到改性无机阻燃填料。

34、通过硅烷偶联剂的处理，改善了无机填料与pc/abs基体之间的界面结合力，使得阻燃剂在复合材料中分散更加均匀，从而提高了阻燃效率。同时，聚己内酯二醇、三氧化二锑、乙二胺四乙酸盐等添加剂的协同作用，进一步增强了复合材料的阻燃性能，使其能够更有效地抵抗火灾威胁。其中改性无机阻燃填料中的三氧化二锑是一种有效的阻燃协效剂，与无机阻燃填料结合使用，可以显著提高复合材料的阻燃性能。同时，聚己内酯二醇的加入可形成炭层来增强阻燃效果，炭层能够隔绝氧气和热量，从而延缓燃烧过程。乙二胺四乙酸盐作为螯合剂，防止金属离子对材料性能的不良影响。

35、优选的，所述聚己内酯二醇的分子量为1000-2000。

36、通过采用上述技术方案，优化聚己内酯二醇的分子量，有利于提高改性无机阻燃填料的流动性，提高其加工性能，有利于改善pc/abs的阻燃性。

37、优选的，所述稳定剂是由氧化锌和甲氧基乙酸盐按照重量份比为(6-8)：3混合得到。

38、通过采用上述技术方案，进一步提高无氟阻燃pc/abs复合塑料的热稳定性，氧化锌能够有效防止材料在高温环境下的热分解，保持材料的结构稳定性；氧化锌与甲氧基乙酸盐按特定比例混合后，稳定剂能更全面地覆盖材料表面，形成更稳定的保护层，从而进一步提升材料的热稳定性。二者共同使用，使得pc/abs复合塑料在高温条件下不易降解，能够保持较好的物理和化学性能，从而有利于阻燃剂的持续作用。

39、优选的，所述相容剂是由马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-丙烯腈三元共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐按照重量份比为(3-5)：4混合得到。

40、通过采用上述技术方案，提高pc和abs的相容性，形成更加均匀和稳定的共混体系，马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-丙烯腈三元共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐共同有助于减少相分离现象，提高复合材料的整体性能，进而提高pc/abs复合塑料的阻燃性能。

41、第二方面，本技术提供一种无氟阻燃pc/abs复合塑料的制备方法，采用如下加速方案：

42、一种无氟阻燃pc/abs复合塑料的制备方法，包括以下制备步骤：

43、s1、将pc、abs、相容剂、稳定剂、阻燃剂和其他助剂混合，得到混合物；

44、s2、将混合物进行挤出造粒，得到无氟阻燃pc/abs复合塑料。

45、优选的，在s1中将pc、abs、相容剂、稳定剂和阻燃剂加入共混机中共混2-3h，搅拌速度为80-110rpm；

46、在步骤s2中，将混合物加入单螺杆挤出机中挤出造粒，得到无氟阻燃pc/abs复合塑料；所述单螺杆挤出机的长径比为33，螺杆转速为120-160rpm，加热段数为6段；挤出机各段温度为：150-165℃，170-175℃，180-185℃，198-200℃，208-220℃，218-230℃。

47、通过采用上述技术方案，使得各种原料能充分混合，再通过选择适合的长径比、螺杆转速以及多段加热温度控制，能够确保混合物在挤出过程中均匀受热、充分熔融，并有效排出气泡和杂质，从而制得表面光滑、尺寸精确、易于加工的复合塑料颗粒，保证无氟阻燃pc/abs复合塑料在具有良好的阻燃性能时，也能具有良好的机械性能。

48、综上所述，本技术具有以下有益效果：

49、1、环保性：本技术中的阻燃剂是由含有机磷酸酯的聚氨酯和无机阻燃填料按照特定比例混合制备得到，避免了传统含氟阻燃剂可能带来的环境污染和健康风险，符合当前全球对环保材料的需求趋势，有助于推动绿色生产和可持续发展。

50、2、优化阻燃性能：阻燃剂由含有机磷酸酯的聚氨酯和无机阻燃填料按特定比例混合制备，这种复合阻燃体系能在保持高效阻燃效果的同时，减少无机阻燃填料的用量，从而可能改善材料的加工性能和物理机械性能。相比大量添加无机阻燃填料的方法，本方案通过优化阻燃剂配方，在保持阻燃效果的同时，减少无机填料对材料加工流动性和最终产品物理性能的负面影响。

51、3、改善加工性和物理性能：通过精确控制各组分比例，包括pc、abs、相容剂、稳定剂及其他助剂，确保了复合塑料在保持良好阻燃性能的同时，也具有具有良好的抗冲击性能、拉伸强度以及弯曲强度的物理机械性能。