低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子复合材料技术领域，公开了低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料由包括以下含量的原料制成：聚碳酸酯10

【技术实现步骤摘要】
低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]对人员高度集中、空间相对狭小封闭的轨道交通/飞机等交通工具和室内密闭空间而言，材料一旦着火燃烧，就会消耗大量氧气，释放热量并产生有毒可燃的气体，并且可燃气体会进一步助燃产生更多有毒可燃气体。随着人们对出行、安居安全问题的重视，研发出一种在燃烧、高温受热时低烟雾密度和低热释放的产品是市场所急需的。
[0003]在公共交通行业，乘客的安全和逃生是严苛的阻燃标准的主要推动因素。这些阻燃要求主要包括燃烧(flame)、烟密度(smoke density)、烟毒性(smoke toxicity)和热释放性能。自2013年起，一个新的欧盟铁路防火标准EN45545根据不同的应用分类和不同的火车车辆以及使用路况类型，规定了一系列的测试方法和要求，形成了不同的危险等级，包括HL1、HL2和HL3(HL3为最严格要求)。对于每种应用类型，限定了对于危险等级的不同的测试要求。在欧洲铁路标准EN45545-2(2013)中对于各种危险等级的测试方法、以及烟雾密度和最大热释放量值见表1。
[0004]表1欧洲铁路标准EN45545-2烟密度和热释放量要求
[0005]危险等级HL1HL2HL3备注烟雾密度(DS-4)≤600≤300≤150ISO5659-2热释放(MAHRE，kW/m2) ≤90≤60ISO5660-1
[0006]聚碳酸酯(PC)因良好的物理性能广泛应用于交通运输行业。现有技术中的无卤聚合物体系侧重于通过评价阻燃等级来优化配方，但较少考虑烟雾释放量，而火灾中85％的人员伤亡是由烟气造成的，因此，有必要研究聚合物体系的生烟性。由于聚合物的燃烧机理和生烟机理完全不同，并且聚合物加入阻燃剂时，由于燃烧更不完全，通常会加剧生烟量，因此聚合物很难同时具备良好的抑烟效果和阻燃效果，为了解决这两个技术问题，现有的聚合物材料需要在改性过程中添加一种或多种协同剂，才能同时达到阻燃和抑烟效果。
[0007]专利CN105431486A、CN105209312A利用具有特殊间苯结构的聚碳酸酯和聚碳酸酯硅氧烷共聚物复配，添加BDP、PEI等制备无卤阻燃复合材料，获得满足HL2或HL3的低烟密度低热释放材料，但具有特殊间苯结构的聚碳酸酯价格昂贵；专利文件CN109575561A，利用硼硅阻燃协效作用制备低烟密度PC/PBT合金材料，其未提及材料的热释放速率；专利文件CN109627729A通过选择特定结构的单体并优选其比例，使用特定结构，特定支化程度的聚硅硼氧烷对聚碳酸酯进行改性制备低烟低热复合材料。目前在轨道交通上应用的主要材料为阻燃PC、以及阻燃PC/ABS合金塑料，然而这些树脂不能满足EN45545的大部分要求。
[0008]因此，提供一种阻燃PC材料，其不仅有良好的阻燃性能，还具有更低的烟密度和热释放率、以及良好的力学性能，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的之一在于，提供一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料，解决现有技术中阻燃改性PC复合材料在燃烧时会释放大量的烟雾和热量的问题。
[0010]本专利技术的目的之二在于，提供上述PC材料的制备方法。
[0011]本专利技术的目的之三在于，提供上述PC材料在轨道交通/飞机等交通工具和室内等密闭空间内部装饰材料中的应用。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0013]本专利技术所述的一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料，由包括以下含量的原料制成：
[0014][0015]所述有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物的结构式如式I所示，
[0016][0017]其中R1、R2、R3、R4独立地选自C1-C20的烷基、C1-C20的苯基、C1-C20的烷氧基、C1-C20的苯氧基、C1-C20的含苯基的烷氧基、或C1-C20的含苯基的烷基。
[0018]本专利技术通过将聚碳酸酯树脂与有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物共混，再引入无机矿物粉进行协同抑烟阻燃，在保证材料力学性能和阻燃性能的基础上，改善材料的烟密度和热释放性能。
[0019]聚磷腈高分子材料具有不寻常的柔顺性、高耐温性、阻燃性，较高的氧指数、低烟释放性、耐强酸、强碱和其他腐蚀性化学品。磷腈聚合物是以P、N交替排列,单双键交替出现为主链结构的一类新型无机-有机高聚物，结构式如式Ⅱ所示，
[0020][0021]苯氧基聚磷腈主链骨架中含有P和N，在燃烧时这种结构可以促进聚合物炭层结构的产生，生成的膨胀炭层阻止氧气和热量的传递，保护基体免遭进一步的破坏。这种特殊的
结构赋予其优异的阻燃性能，但其燃烧时会产生较大的烟雾。
[0022]在苯氧基聚磷腈的主链或侧链上引入如式Ⅲ所示的硅氧烷，形成如式I所示的有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物。
[0023][0024]将有机硅/苯氧基聚磷腈加入到聚碳酸酯树脂中，P、N元素在燃烧时促进聚合物炭层结构的生成，Si元素增加炭层的稳定性，减少烟雾的生成和降低热量的释放。同时，侧链上的苯基、苯氧基增加了有机硅/聚磷腈共聚物和聚碳酸酯的相容性，确保了材料的力学性能没有太大的变化。
[0025]本专利技术的部分实施方案中，所述聚碳酸酯的含量为20-80wt％；
[0026]或/和所述聚碳酸酯/硅氧烷共聚物的含量为10-50wt％。
[0027]本专利技术的部分实施方案中所述有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物的含量为6-16wt％，优选为8-12wt％；
[0028]或/和矿物粉的含量为10-20wt％。
[0029]本专利技术的部分实施方案中，所述聚碳酸酯的熔指为3-20g/10min，优选为5-12g/10min；或/和聚碳酸酯的玻璃化温度为145-150℃。
[0030]本专利技术的部分实施方案中，所述聚碳酸酯/硅氧烷共聚物的熔指为3-20g/10min，优选为5-12g/10min；或/和聚碳酸酯/硅氧烷共聚物的玻璃化温度为145-150℃。本专利技术的部分实施方案中，所述有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物中硅氧烷单元的质量含量为0.5-50wt％。
[0031]本专利技术的部分实施方案中，所述有机硅/苯氧基磷腈高分子共聚物的制备方法，包括线形含氯聚磷腈、含氯的有机硅低聚物与双酚A二钠盐发生亲核取代反应，制得有机硅/苯氧基磷腈高分子共聚物。
[0032]本专利技术的部分实施方案中，所述线形含氯聚磷腈由六氯环三磷腈开环制得；优选地，将六氯环三磷腈于220～270℃条件下开环制备线形含氯聚磷腈。
[0033]本专利技术的部分实施方案中，所述含氯的有机硅低聚物结构如式Ⅳ所示，
[0034][0035]，其中R5为C1-C20的烷基、C1-C20的苯基、或C1-C20的含苯基的烷基。
[0036]本专利技术的部分实施例中，所述含氯的有机硅低聚物为甲基三氯氯硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料，其特征在于，由包括以下含量的原料制成：所述有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物的结构式如式I所示，其中R1、R2、R3、R4独立地选自C1-C20的烷基、C1-C20的苯基、C1-C20的烷氧基、C1-C20的苯氧基、C1-C20的含苯基的烷氧基、或C1-C20的含苯基的烷基。2.根据权利要求1所述的一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料，其特征在于，所述有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物的含量为6-16wt％，优选为8-12wt％；或/和矿物粉的含量为10-20wt％。3.根据权利要求1或2所述的一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料，其特征在于，所述聚碳酸酯的熔指为3-20g/10min，优选为5-12g/10min；或/和聚碳酸酯的玻璃化温度为145-150℃。4.根据权利要求1或2所述的一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料，其特征在于，所述聚碳酸酯/硅氧烷共聚物的熔指为3-20g/10min，优选为5-12g/10min；或/和聚碳酸酯/硅氧烷共聚物的玻璃化温度为145-150℃。5.根据权利要求1或2所述的一种低烟密度低热释放无卤阻燃PC材料，其特征在于，所述有机硅/苯氧基聚磷腈共聚物...

【专利技术属性】
技术研发人员：田满红，杨克斌，赵银巧，黄金，刘光耀，万绍群，
申请(专利权)人：四川中物材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：