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聚碳酸酯(PC)阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-12-4 11:12:32
聚碳酸酯是一种强韧的热塑性树脂,其名称来源于其内部的CO3基团。可由双酚A和氧氯化碳(COCl2)合成。现较多使用的方法为熔融酯交换法(双酚A和碳酸二苯酯通过酯交换和缩聚反应合成)。

聚碳酸酯(PC)是碳酸的聚酯类,碳酸本身并不稳定,但其衍生物(如光气,尿素,碳酸盐,碳酸酯)都有一定稳定性。按醇结构的不同,可将聚碳酸酯分成脂族和芳族两类。

脂族聚碳酸酯。如聚亚乙基碳酸酯,聚三亚甲基碳酸酯及其共聚物,熔点和玻璃化温度低,强度差,不能用作结构材料;但利用其生物相容性和生物可降解的特性,可在药物缓释放载体,手术缝合线,骨骼支撑材料等方面获得应用。

常用的聚碳酸酯(PC)阻燃剂主要分为溴系、有机磷系、硅系、磺酸盐系、硼系等。溴系阻燃剂因其对环境造成污染而逐渐被限制使用。磷系阻燃剂添加量大:一般为10%-30%,多数分解温度比较低,易腐蚀模具,有些还会影响树脂的冲击强度,更甚者在较高温度下会导致聚碳酸酯材料发黄,有机磷系阻燃剂一般多用于聚碳酸酯/ABS合金。

有机硅化合物被认为一类高效、无毒、低烟、环境友好性阻燃剂。但成本较高,常与其他阻燃剂复合使用。硼系阻燃剂阻燃效率不高,通常只有与聚硅氧烷并用才能达到较好的效果。

磺酸盐系阻燃剂阻燃效率高,添加极少量即可使聚碳酸酯达UL 94 V-0级( 3.2mm厚),但要满足更高的阻燃性能则需与其他阻燃剂复配使用。

EF-42(全氟丁基磺酸钾)是聚碳酸酯(PC)阻燃剂,阻燃达到V0级,不含铬,镉,铅,汞及多溴联苯醚等,不会影响成品透明性及最初的物理特性。

聚碳酸酯用磺酸盐阻燃机理。目前工业中常用的商品主要有苯磺酰基苯磺酸钾(KSS)、全氟丁基磺酸钾(PPFBS)、2,4,5―三氯苯磺酸钠(STB)。―般阻燃剂的阻燃机理可分为:1、气相阻燃,即抑制在燃烧反应中起链增长作用的自由基;2、凝聚相阻燃,即在固相中终止聚合物的热分解和阻止聚合物释放出可燃气体;3、中断热交换,即将聚合物产生的热量带走而不反馈到聚合物上,使聚合物不再持续分解。

但聚碳酸酯(PC)阻燃剂磺酸盐对聚碳酸酯的阻燃机理与上述不同,目前大多认为燃烧时它能加快聚碳酸酯的成炭速率,促进聚合物分子交联。



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聚碳酸酯(PC)阻燃剂磺酸盐应用现状。聚碳酸酯中常用的磺酸盐阻燃剂有KSS、PPFBS、STB。其中STB常用于阻燃不透明聚碳酸酯材料,其阻燃效果好。在聚碳酸酯中添加0.1%的STB,氧指数即可达25%~35%,阻燃级可达UL―94 V-0级。STB也可与其他阻燃剂混合协同使用。

当单独使用时,整个体系中卤元素含量低于0.15%,在有些规定中被划入无卤材料内。

PPFBS也是聚碳酸酯的高效阻燃剂,在聚碳酸酯中添加0.06%--0.1%的PPFBS即可使材料阻燃性能达到UL-94V-0级(3.2mm厚)。需注意的是用量如超过0.1%,不但不能提高材料的阻燃性能还会影响聚碳酸酯的透明性。

为满足更高的阻燃要求,通常可加入少量硅氧烷进行复配,硅氧烷的用量为配方总量的0.02%--0.3%时即可使1.6mm厚样条阻燃性达到UL-94V-0级。其中最常使用的是聚甲基苯基硅氧烷,但是有一些硅氧烷对PPFBS会影响聚碳酸酯的透明性。PPFBS的价格较高,实际应用中常以部分KSS代替PPFBS以降低成本。如在聚碳酸酯中加0.02%的PPFBS与0.3%的KSS可使材料达到UL-94 V―0级(1.6mm厚)。

在聚碳酸酯用的磺酸盐阻燃剂中:KSS使用较广泛,它不含卤素,环保经济。添加0.05%--0.1%即可使聚碳酸酯的氧指数从27%提高到37%左右,而且不会影响聚碳酸酯的透明性。不足之处是单独使用不能满足更高的阻燃要求,如不能使薄壁制件(厚度≤2.5mm)的阻燃性达到UL-94V-0级。实际应用时,常与聚硅氧烷复配使用,此外若同时再加入少量含氟聚合物可使材料阻燃性更佳。在KSS使用过程中容易吸潮,使材料变黄。

在众多聚碳酸酯用阻燃剂中,磺酸盐系具有添加量少、效率高的优点,但它也存在一些缺陷,如在单独使用时不能满足一些特殊制品如薄壁制件的阻燃要求。添加一些协效剂如硅氧烷、含氟聚合物等可以进一步提高其在聚碳酸酯中的阻燃效果。


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