一種高透明性隔熱阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高透明性隔熱阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及制備方法，材料的阻燃級別達到V0級，氧指數極限值≥39，可見光透過率≥80%，紅外線透過率≤40%，紫外線透過率≤10%。一種高透明性隔熱阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料的組成和質量為：聚碳酸酯97~99.97份、阻燃劑0.01~1份、紅外線吸收劑0.01~1份、紫外線吸收劑0.01~1份、分散劑0.1~5份。該材料既具有較高透明度，同時又具有較好的阻燃性和較高的阻隔太陽光中紅外線、紫外線的穿透能力，特別適用于對阻燃性能、透光性能、以及隔熱、紫外老化要求較高的建筑裝飾、電子電氣儀表防護罩等方面。
【專利說明】一種高透明性隔熱阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高透明性隔熱阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]聚碳酸酯(PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族PC的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族PC獲得了工業(yè)化生產。由于PC結構上的特殊性，現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。
[0003]PC材料在很寬范圍(-4(Tl30°C)內有良好的力學性能(高抗沖擊性和耐蠕變性)，具有高透明度、良好的尺寸穩(wěn)定性和電絕緣性，作為工程塑料廣泛用于透明材料、電器零部件、醫(yī)療器械和機械罩殼等。
[0004]隨著PC制品的廣泛使用，各行各業(yè)對PC的性能也提出了更多新的要求，如，一些直接在戶外使用的裝飾類產品，不僅要求其具有較高的透明性，同時還要求具備一定的防火阻燃性能；另外，對于一些戶外使用的電子電氣儀表防護罩，如電網計量箱，還要求其在具有較高的透明性和電氣性能的前提下，同時具備對太陽光中紅外線、紫外線的阻隔作用，以保證計量箱箱體內的電表及其它電子器件，免受太陽光中紅外線高溫、紫外線老化等破壞。
[0005]但是，在現有的PC材料中，對于透明PC的改性應用，主要集中在具有一定散光性的LED燈罩方面，具有高透明度的同時、阻燃性能通過UL-94測試標準能達到VO級的并不多見，而且普遍存在制備工藝復雜，制備成本高的缺點。
[0006]要使普通的非阻燃材料獲得較`好的防火阻燃性能，常規(guī)的做法是在此類材料中添加一定量的阻燃劑，利用阻燃劑的吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等來達到阻燃目的。阻燃效率的好壞除了取決于阻燃劑的種類，更重要的是取決于阻燃劑在塑料基體中的分散效果。對于非透明材料的阻燃性能研究較多，而對于透明材料，尤其是具有高透明性的阻燃PC的制備研究，目前涉及較少。
[0007]同時，對于在戶外使用的建筑裝飾板、電子電氣儀表防護罩等材料，不僅要求其具有一定的防火阻燃效果，同時還要求其具有一定的透明度，即要求太陽光中可見光部分有較高的透過率。但是，在太陽光中，除了有一定波長的可見光外，還在波長較小、能量較高的紫外光和波長稍長、致熱性較高的紅外光。如果這兩種光線同樣具有較高的透過率的話，會導致裝飾板、防護罩后面所保護的器件在紫外光、紅外光的共同作用下，發(fā)生紫外老化、熱氧老化等破壞。因此，如何使建筑裝飾板、電子電氣儀表防護罩等材料在具有高的可見光透過率的同時，對紫外光、紅外光又具有一定的阻隔作用，成為光保護材料的研究重點。
[0008]摻鋁氧化鋅(ZAO)是一種新型η型半導體材料，禁帶寬度為3.3eV，在可見光范圍內具有較高的透光率，并對紫外光有本征吸收，對近紅外光線有高度反射，廣泛應用于太陽能電池板、氣敏傳感器、平板示顯器等方面。要使ZAO半導體材料具有良好的透光性和紫外線本征吸收，就要求其禁帶寬度大于可見光頻率，并且在紫外光的范圍內；要使ZAO半導體材料具有良好的近紅外反射能力，就要求其具有一定的載流子濃度和遷移率。ZAO半導體材料可以能過調節(jié)組成比和制備工藝來實現其帶隙結構、載流子濃度和遷移率的控制，從而達到其透光性、紫外線本征吸收和近紅外線高度反射的相互統(tǒng)一。ZAO半導體材料與目前使用的銦錫氧化物(ΙΤ0)、銻錫氧化物(ATO)相比，具有生產成本低、資源豐富、無毒、穩(wěn)定性好等特點，是取代ΙΤ0、ΑΤ0半導體材料的最佳材料。目前尚未有文獻記載如何將ZAO與PC相結合得到一種應用廣泛的阻隔太陽光熱射線、同時又具有高透明性的復合材料。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種高透明性隔熱阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及制備方法，其有效地將納米ZAO和PC復合在一起，實現具有加工性能良好、紫外線、近紅外線阻隔率和可見光透過率高、生產成本低、無毒環(huán)保等優(yōu)點。
[0010]為實現上述技術目的，本發(fā)明提供的方案是:一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其組成和質量組分為:聚碳酸酯97、9.97份，阻燃劑0.01-5份，紅外線吸收劑
0.01~5份，紫外線吸收劑0.01~5份，分散劑0.01~1份。
[0011]而且，所述聚碳酸酯是雙酚A型聚碳酸酯，透光率為80%~90%，熔融指數范圍為5~25g.IOmin、
[0012]而且，所述阻燃劑是無機阻燃劑、鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、全氟磺酸鹽類阻燃劑中的至少一種，優(yōu)選為全氟磺酸鹽類阻燃劑。
[0013]而且，所述紅外線吸收劑為納米摻鋁氧化鋅、納米氧化錫銻、納米銦錫氧化物中的至少一種，但不局限于其中。
[0014]而且，所述納米摻鋁氧化鋅為經偶聯劑處理的納米摻鋁氧化鋅，偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的至少一種，但不局限于其中。
[0015]而且，所述紫外線吸收劑為水楊酸酯類、苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類中的至少一種，但不局限于其中。
[0016]而且，所述分散劑是石蠟油、硅油、乙醇、乙二醇、丙三醇、異丙醇、正丁醇中的至少一種，但不局限于其中。
[0017]而且，所述一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，還可以包含可接受的惰性助劑或者填料，如透明著色染料。
[0018]本發(fā)明還提供一種上述高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料的制備方法，包括如下步驟。
[0019]步驟一，按重量比稱取聚碳酸酯97、9.97份、阻燃劑0.01-5份、紅外線吸收劑0.01~5份、紫外線吸收劑0.0廣5份、分散劑0.01~1份。
[0020]步驟二，將步驟一的原料高速混合5~10分鐘。
[0021]步驟三，將步驟二獲得的混合物在烘箱中100~120°C干燥4小時后，通過螺桿擠出機熔融、拉條、切粒。
[0022]而且，可將所述步驟三獲得的混合物直接通過吹塑成型、或擠出膜成型、或平板壓制成型、或注射成型。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:(I)產品在具備較高的可見光透過率同時，具有對紫外線、近紅外線較強的阻隔能力，其中可見光的透過率達80%以上，對紅外線的阻隔率高達60%以上，具有優(yōu)異的隔熱性能，紫外線的阻隔率高達90%以上，具有優(yōu)異的抗紫外老化性能；(2)具有極高的防火阻燃效果，阻燃級別達到VO級，復合材料的最高極限氧濃度高達39%，遠遠高出目前市場上所用的阻燃型PC ; (3)力學性能，如拉伸強度、抗沖擊強度相對原料PC變化較??；(4)具有加工性能良好、生產成本低廉、無毒環(huán)保等特點，可以將各組分經雙螺桿擠出機熔融擠出造粒、制備成母料后，配合純PC加入到注射機中注射成型，也可以直接將各組份簡單混合后經注射機注射成型，生產過程中工藝控制簡單，設備占有少，產品性能穩(wěn)定，生產成本低廉；(5)特別適用于對隔熱性能為主，兼透光性能、阻燃性能和抗紫外老化性能要求較高的建筑裝飾板材、電子電氣儀表防護罩等方面。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]本實施例提供一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其組成和質量組分為:聚碳酸酯97~99.97份，阻燃劑0.01~5份，紅外線吸收劑0.01~5份，紫外線吸收劑
0.01~5份，分散劑0.01~1份。
[0026]進一步的，上述聚碳酸酯是雙酚A型聚碳酸酯，透光率為80%~90%，熔融指數范圍為 5~25g.IOmin、
[0027]進一步的，上述阻燃劑是無機阻燃劑、鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、全氟磺酸鹽類阻燃劑中的至少一種，優(yōu)選為全氟磺酸鹽類阻燃劑。
[0028]進一步的，上述紅外線吸收劑為納米摻鋁氧化鋅、納米氧化錫銻、納米銦錫氧化物中的至少一種。
[0029]進一步的，上述納米摻鋁氧化鋅為經偶聯劑處理的納米摻鋁氧化鋅，偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的至少一種。
[0030]進一步的，上述紫外線吸收劑為水楊酸酯類、苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類中的至少一種。
[0031]進一步的，上述分散劑是石蠟油、硅油、乙醇、乙二醇、丙三醇、異丙醇、正丁醇中的至少一種。
[0032]進一步的，上述一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，還可以包含可接受的惰性助劑或者填料。
[0033]本實施例還提供一種上述高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料的制備方法，包括如下步驟。
[0034]步驟一，按重量比稱取聚碳酸酯97、9.97份、阻燃劑0.01~5份、紅外線吸收劑
0.01~5份、紫外線吸收劑0.01~5份、分散劑0.01~1份。
[0035]步驟二，將步驟一的原料高速混合5~10分鐘。
[0036]步驟三，將步驟二獲得的混合物在烘箱中100~120°C干燥4小時后，通過螺桿擠出機熔融、拉條、切粒。
[0037]進一步的，可將所述步驟三獲得的混合物直接通過吹塑成型、或擠出膜成型、或平板壓制成型、或注射成型。
[0038]進一步的，可以插入混入一些上述步驟中未提到的其它物質的步驟，或者在上述的任意一個步驟中，混入的物質還可以包括上述步驟中未提到的其他可接受的惰性助劑或者填料，如透明著色染料。
[0039]實施例1:將雙酚A型PC利用注塑機注射成測試標準樣后，進行拉伸性能、阻燃性能測試和紫外-紅外分光透光率測試，同時進行粒料熔體流動速率測試。材料性能見表1。
[0040]實施例2:先將一定量的乙醇和正丁醇混合物分散IOg阻燃劑(FR-2025)，然后將上述分散液與4990g雙酚A型PC進行混合干燥后，經雙螺桿擠出造粒，進行粒料熔體流動速率測試，再利用注塑機注射成樣品后，進行拉伸性能、阻燃性能測試和紫外-紅外分光透光率和隔熱板隔熱性能測試-對強光照下板后黑板溫度計溫差測量。材料性能見表1。
[0041]實施例3:先將一定量的乙醇和正丁醇混合物分散IOg紅外線吸收劑(ΑΤ0油性分散液)，然后將上述分散液與4990g雙酚A型PC進行混合干燥后，經雙螺桿擠出造粒，進行粒料熔體流動速率測試，再利用注塑機注射成樣品后，進行拉伸性能、阻燃性能測試和紫外-紅外分光透光率測試。材料性能見表1。
[0042]實施例4:先將一定量的乙醇和正丁醇混合物分散IOg紫外線吸收劑(UV531)，然后將上述分散液與4990g雙酚A型PC進行混合干燥后，經雙螺桿擠出造粒，進行粒料熔體流動速率測試，再利用注塑機注射成樣品后，進行拉伸性能、阻燃性能測試和紫外-紅外分光透光率測試。材料性能見表1。
[0043]實施例5:先將一定量的乙醇和正丁醇混合物分散IOg阻燃劑(FR_2025)、10g紅外線吸收劑(ΖΑ0油性分散液和GTO油性分散液)和IOg份紫外線吸收劑(UV531 )，然后將上述分散液與4970g份雙酚A型PC按一定比例進行混合后，經雙螺桿擠出造粒，進行粒料熔體流動速率測試，再利用注塑機注射成樣品后，進行拉伸性能、阻燃性能測試和紫外-紅外分光透光率及隔熱板隔熱性能測 試-對強光照下板后黑板溫度計溫差測量。材料性能見表
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[0044]表1
【權利要求】
1.一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其組成和質量組分為: 聚碳酸酯97~99.97份， 阻燃劑0.01~5份， 紅外線吸收劑0.01~5份， 紫外線吸收劑0.01~5份， 分散劑0.01~1份。
2.根據權利要求1所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于:所述聚碳酸酯是雙酚A型聚碳酸酯，透光率為80%~90%，熔融指數范圍為5~25g.1Omin、
3.根據權利要求1所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于:所述阻燃劑是無機阻燃劑、鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、全氟磺酸鹽類阻燃劑中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于:所述紅外線吸收劑為納米摻鋁氧化鋅、納米氧化錫銻、納米銦錫氧化物中的至少一種。
5.根據權利要求4所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于:所述納米摻鋁氧化鋅為經偶聯劑處理的納米摻鋁氧化鋅，偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于:所述紫外線吸收劑為水楊酸酯類、苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于:所述分散劑是石蠟油、硅油、乙醇、乙二醇、丙三醇、異丙醇、正丁醇中的至少一種。
8.一種制備如權利要求1所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料的制備方法，包括如下步驟: 步驟一，按重量比稱取聚碳酸酯97、9.97份、阻燃劑0.01~5份、紅外線吸收劑0.01~5份、紫外線吸收劑0.01~5份、分散劑0.01~1份； 步驟二，將步驟一的原料高速混合5~10分鐘； 步驟三，將步驟二獲得的混合物在烘箱中100~120℃干燥4小時后，通過螺桿擠出機熔融、拉條、切粒。
9.根據權利要求8所述的一種高透明性阻燃隔熱阻紫外型聚碳酸酯材料的制備方法，其特征在于:將所述步驟三獲得的混合物直接通過吹塑成型、或擠出膜成型、或平板壓制成型、或注射成型。
【文檔編號】C08L69/00GK103509325SQ201310443311
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權日:2013年9月26日
【發(fā)明者】任昌兆, 周威, 蔣濤, 葉恭博 申請人:湖北索瑞電氣有限公司