阻燃聚碳酸酯耐候性能研究

2018-07-16朱明源周海堤

上海塑料 2018年2期

朱明源，周海堤

(上海日之升科技有限公司，上海 201109)

0　前言

聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优良的工程塑料，由于其具有优异的外观品质、高抗冲击性能、高耐热、良好的尺寸稳定性与电绝缘性，因而广泛应用于电子电气、汽车等领域。

但随着汽车、电子电气领域的高速发展，对材料的要求也越来越严格，许多应用室外的塑料制品，往往面临日晒、雨淋等复杂多变的自然环境，对材料的耐光、耐潮等耐候性能提出了较严苛的要求。聚碳酸酯本身有一定的耐光、耐潮性能，但若长期在室外使用，材料会因光照或水解等作用出现力学性能下降，同时其表面会失去光泽、泛黄，甚至产生粉化或者龟裂，因此需对材料耐光、耐水解等耐候性能深入研究[1-2]。

本文从实际应用出发，探讨了不同种类抗冲击改性剂、不同种类阻燃剂、不同种类紫外线吸收剂、不同种类抗水解助剂对阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影响。

1　实验部分

1.1　实验原料

聚碳酸酯：2805，德国拜耳材料科技公司；

聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物(MBS)：EXL-2691A，美国罗门哈斯公司；

聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-苯乙烯核壳共聚物(ACR)：M-577，日本钟渊化学工业株式会社；

聚甲基丙烯酸甲酯-有机硅氧烷-丙烯酸酯核壳共聚物(MSiA)：S2030，日本三菱丽阳株式会社；

溴化聚碳酸酯阻燃剂：BC-58，美国大湖公司；

磷腈类阻燃剂：SPB-100，日本大塚化学株式会社；

苯并三唑类紫外线吸收剂：Tinuvin 234，德国巴斯夫公司；

三嗪类紫外线吸收剂：Tinuvin 1577，德国巴斯夫公司；

氰基丙烯酸酯类紫外线吸收剂：Uvinul 3030，德国巴斯夫公司；

单体碳化二亚胺抗水解剂：StabaxolⅠ，德国朗盛化学公司；

聚合碳化二亚胺抗水解剂：Stabaxol P100，德国朗盛化学公司；

环氧类抗水解剂：SAG-005，佳易容相容剂江苏有限公司。

1.2　仪器和设备

高速混合机：SHR-25A，张家港市贝斯特机械有限公司；

双螺杆挤出机：KS-36，昆山科信橡塑机械有限公司；

注塑机：UN120SN，广东伊之密精密机械有限公司；

塑料摆锤冲击试验机：ZBC7251-B，美特斯工业系统有限公司；

氙灯加速老化实验机：Ci4000+，美国亚太拉斯公司；

智能数显恒温油水浴锅：WO-5L，上海科雳仪器设备有限公司。

1.3　试样制备

将烘干的PC原料与抗冲击改性剂、阻燃剂、紫外线吸收剂以及抗水解剂等助剂在高速混合机充分混合均匀，然后利用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，控制挤出机各段螺杆温度为250～260 ℃，螺杆转速为300～400 r/min。制得的粒料在120 ℃干燥箱中干燥3～4 h，最后利用注塑机在270～280 ℃下注塑成标准测试样条。

1.4　性能测试

悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D256测试，样条尺寸为64 mm×12.7 mm×3.2 mm，缺口为45°V型缺口；

耐候性能按UL 746C测试，包括耐光性能测试和耐水性能测试。耐光性能测试按ASTM G155进行，光谱辐照度为0.5 W(340 nm)，黑标温度为(65±3)℃，试验箱温度为(38±3)℃，相对湿度为(50±10)%，每次淋水时间为18 min，两次淋水之间的无水时间为102 min，如此反复循环持续进行1 000 h。耐水性能测试是将标准测试样条浸于(70±1)℃的蒸馏水中7 d(168 h)，前5天每天换一次水，浸泡完成后将测试样条放在(23±2)℃的蒸馏水中再浸泡30 min，然后立即进行力学性能测试。

2　结果与讨论

2.1　不同种类抗冲击改性剂对阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影响

本实验固定磷腈类阻燃剂SPB-100质量分数为6%，分别研究了3种不同种类抗冲击改性剂对阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影响，不同种类的抗冲击改性剂质量分数均为5%。

从表1中可以看出：添加以丁二烯橡胶为核的MBS抗冲击改性剂的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最差，耐水性能较好，这可能由于丁二烯橡胶中不饱和双键耐光性能较差造成的；添加以丙烯酸酯橡胶为核的ACR抗冲击改性剂的阻燃聚碳酸酯材料耐光性较好，但耐水性能最差，这可能是由于丙烯酸酯橡胶易水解造成的；添加以硅橡胶为核的MSiA抗冲改性剂的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能和耐水性能均较好，这可能是由于硅橡胶既不含耐光性能较差的不饱和双键，也不易水解的原因[3]。

表1　不同种类抗冲击改性剂对阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影响

2.2　不同种类阻燃剂对阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影响

本实验固定抗冲击改性剂S2030质量分数均为5%，根据以前实验经验，聚碳酸酯常用阻燃剂中磺酸盐类和有机硅类阻燃剂阻燃效率低，无法使含质量分数为5%抗冲击改性剂S2030的聚碳酸酯材料满足UL94 V0级(1.6 mm)的要求。溴化聚碳酸酯阻燃剂BC-58与磷腈类阻燃剂SPB-100阻燃效率高且相近，添加质量分数为6%相应的阻燃剂均能使含质量分数为5%抗冲击改性剂S2030的聚碳酸酯材料满足UL94 V0级(1.6 mm)的要求。故以下实验分别研究BC-58和SPB-100两种不同种类阻燃剂对阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影响，不同种类的阻燃剂质量分数均为6%。

表2　不同种类阻燃剂对阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影响

从表2中可以看出，添加磷腈类阻燃剂SPB-100的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能与耐水性能均明显好于添加溴化聚碳酸酯阻燃剂BC-58的阻燃聚碳酸酯材料，这可能是由于溴系阻燃剂易受紫外线和水的作用分解而产生溴自由基或其他酸性物质，从而进一步引发聚碳酸酯降解的原因造成的[4]。

2.3　不同种类紫外线吸收剂对阻燃聚碳酸酯材料耐光性能的影响

本实验固定磷腈类阻燃剂SPB-100质量分数为6%，抗冲击改性剂S2030质量分数均为5%，分别研究3种不同种类紫外线吸收剂对阻燃聚碳酸酯材料耐光性能的影响，不同种类的紫外线吸收剂质量分数均为0.5%。

从表3中可以看出：添加苯并三唑类紫外线吸收剂Tinuvin 234的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最差，添加三嗪类紫外线吸收剂Tinuvin 1577的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能明显好于添加Tinuvin 234的阻燃聚碳酸酯材料，这可能是由于Tinuvin 1577除了在长波紫外线UVA(波长320～400 nm)区域有与Tinuvin 234相近的吸收能力之外，在中波紫外线UVB(波长280～320 nm)区域有明显优于Tinuvin 234的吸收能力[5]；添加氰基丙烯酸酯类紫外线吸收剂Uvinul 3030的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最好，这可能是由于氰基丙烯酸酯类紫外线吸收剂与聚碳酸酯相容性较好的原因。

表3　不同种类紫外线吸收剂对阻燃聚碳酸酯材料耐光性能的影响

2.4　不同种类抗水解助剂对阻燃聚碳酸酯材料耐水性能的影响

本实验固定磷腈类阻燃剂SPB-100质量分数为6%，抗冲击改性剂S2030质量分数均为5%，分别研究3种不同种类抗水解助剂对阻燃聚碳酸酯材料耐水性能的影响，不同种类的抗水解助剂质量分数均为2%。

从表4中可以看出：添加环氧类抗水解剂SAG-005的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最差；添加单体碳化二亚胺抗水解剂StabaxolⅠ的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能略好于添加SAG-005的阻燃聚碳酸酯材料；添加聚合碳化二亚胺抗水解剂Stabaxol P100的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最好。这可能是由于环氧类抗水解剂SAG-005只能起到单一的扩链作用，而碳化二亚胺类抗水解剂StabaxolⅠ与Stabaxol P100不仅能起到扩链作用，还能与PC水解产物反应生成对材料稳定性没有负作用的化合物，从而阻止水解反应进一步发生，因而添加碳化二亚胺类抗水解剂StabaxolⅠ与Stabaxol P100的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能更好；同时由于PC加工温度较高，聚合型碳化二亚胺抗水解剂Stabaxol P100热稳定性更好，不易因高温而失效，因而添加聚合碳化二亚胺抗水解剂Stabaxol P100的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最好[6]。