协效阻燃剂和增韧剂对无卤阻燃PC/ABS合金性能

来源：硬质合金 【在线投稿】栏目：期刊导读时间：2021-02-22

聚碳酸酯(PC)是热塑性工程塑料的一种，其分子链上同时含有刚性较大的苯环结构和链柔性较强的醚键，这一特殊的分子链结构使得聚碳酸酯一方面具有较高的强度、耐热性，同时又具有较高的韧性。PC是一种非晶聚合物，透明性高、光泽度好、尺寸稳定性优异，成型收缩率低。在不做任何改性的前提下PC本身就能达到UL 94 V-2阻燃等级(3.2 mm)。因为这些优异的性能PC被广泛应用在光学照明、家电外壳、电动工具外壳、电子电器、汽车内饰、保险杠等方面[1-3]。但是PC的加工流动性差，成型加工时内应力不容易释放，容易产生应力集中使得制品开裂[4]，所以一般在PC中加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)制成PC/ABS合金来改善材料的流动性和耐应力开裂性能[5-7]。

在电子、电器领域一般会要求材料具有良好的阻燃性能，PC/ABS一般通过添加阻燃剂来提升阻燃性能。卤系阻燃剂，比如适用于PC的苯氧基四溴双酚A碳酸酯齐聚物、溴化环氧等虽然阻燃效率较高但是燃烧时会产生大量烟雾和有毒气体[8]。在欧盟RoHS 和WEEE 指令颁布之后，卤素阻燃PC/ABS的用量逐渐减少，取而代之的是无卤阻燃PC/ABS，主流的无卤阻燃剂为磷系阻燃剂和硅系阻燃剂，市场上磷系阻燃剂使用比较普遍[9-10]。苟佳等[11]发现聚苯氧基磷酸-2-10-氢-9-氧杂-磷杂菲基对苯二酚酯可以加快PC/ABS高温下成炭，减少聚合物与氧气的接触从而起到阻燃作用，当添加量为15%时可以达到UL 94 V-0级。李子骞等[12]在PC/ABS中加入15%的磷系阻燃剂PK-3001，材料的阻燃等级达到UL 94 V-2级。邵佳丽等[13]选用磷酸三苯酯(TPP)作为阻燃剂，添加量为20份，同时加入2份丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)可以使材料阻燃等级达到UL 94 V-0级，并且发现MBS的加入会使阻燃性能恶化。姜慧敏等[14]将TPP和热塑性酚醛树脂复配，组成膨胀型阻燃体系阻燃PC/ABS合金，当两种阻燃剂质量比为1∶1、阻燃剂总添加量为11份时综合性能最为优异。H. S. Kwang等[15]将TPP接枝到ABS分子链中的丁二烯上，增加了阻燃剂和基体的相容性，当阻燃剂添加量为8份时材料可以达到UL 94 V-0级，同时材料的维卡软化温度比单纯添加磷酸三苯酯时高。李晓唐等[16]发现间苯二酚双(2，6-二甲基苯基磷酸酯)可以替代溴锑阻燃剂应用在PC/ABS合金中。魏芬芬等[17]发现在TPP阻燃PC/ABS体系中，MBS对体系的增容作用要优于苯乙烯-马来酸酐共聚物，MBS添加量为6%时材料具有较高的冲击强度。

以往研究中使用较多的磷系阻燃剂是双酚A双(二苯基磷酸酯)和间苯二酚(二苯基磷酸酯)，这两种阻燃剂常温下均为液态，在实际生产中需要专门的液体泵来将这两种液体阻燃剂加入到双螺杆挤出机中，整套设备成本较高且日常维护较为繁琐。另一个使用较多的磷系阻燃剂是TPP，虽热常温下TPP是固态，但是磷含量低，阻燃效率不高，添加量大，增塑作用强，对PC/ABS合金的力学性能特别是韧性影响较大。先前研究中，磷系阻燃剂一般是单独使用，没有关注不同阻燃体系之间可能存在的协同效用，以及增韧剂的种类会对材料的阻燃性能产生的影响。笔者选用了固体的磷酸酯阻燃剂作为主阻燃剂，研究了协效阻燃剂的种类对材料性能的影响。通过不同体系阻燃剂的复配，使得材料具有良好的力学性能，同时阻燃等级达到UL 94 V-0级。并且研究了不同类型的增韧剂对材料阻燃和力学性能的影响。通过选择合适的增韧剂和阻燃体系，无需外加液体泵就可以批量生产高韧性且阻燃等级达到UL 94 V-0级的阻燃PC/ABS合金材料。

1 实验部分

1．1 主要原料

PC：PC02-10，宁波浙铁大风化工有限公司；

ABS：PA-1730，镇江奇美化工有限公司；

磷酸酯阻燃剂：7000，东莞市道尔新材料科技有限公司；

有机硅阻燃剂：MR-01，日本钟渊化学工业公司；

氢氧化镁：H5IV，美国雅宝公司；

MBS：M-722 (编号MBS-1)，M-711 (编号MBS-2)，日本钟渊化学工业公司；

丙烯酸酯-有机硅共聚物：S-2001，日本三菱丽阳株式会社；

乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)：AX8900，法国阿科玛集团；

马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)：7107，以色列普利朗集团；

马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS-g-MAH)：JX-16，南京聚星高分子材料有限公司；