一种核壳结构阻燃剂、制备方法及其在制备低烟密度材料中的应用技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构阻燃剂、制备方法及其在制备低烟密度材料中的应用，所述阻燃剂包含以聚四氟乙烯为核，以苯乙烯聚合PAN基碳纤维为壳的结构。本发明专利技术中阻燃剂以苯乙烯聚合PAN基碳纤维为壳，以聚四氟乙烯为核，不仅能在燃烧时加速碳层的形成，同时也能提高聚四氟乙烯在基体树脂中的分散能力，改善PC材料机械性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构阻燃剂、制备方法及其在制备低烟密度材料中的应用


[0001]本专利技术涉及一种阻燃剂，尤其涉及一种核壳结构阻燃剂、制备方法及其在制备低烟密度材料中的应用。

技术介绍

[0002]聚碳酸酯(PC)是一种应用非常广泛的工程塑料，具有优异的冲击韧性、阻燃性能、电气绝缘性、耐热性能、光泽度及尺寸稳定性。除了用于制造电子电气、3C、家电等传统产品外，一些改性聚碳酸酯在航天、轨交等高端领域上也有应用，这几类领域对安全性尤为关注，因此对使用的PC合金材料的烟密度指标要求也非常高。PC由于分子结构中含有较高比例的苯环、且氧指数不高，因此在燃烧过程中极易发生不完全燃烧而大量生烟的问题；此外，PC燃烧时会软化，在较强的热辐射作用下易发生卷曲，从而增大受热与燃烧面积，使燃烧剧烈、生烟加剧。
[0003]目前降低PC材料烟密度的方法主要有三类，一是提高材料氧指数，例如PC+填料、PC+PEI、PC+PEEK；二是引入膨胀型阻燃剂抑制生烟，例如PC+磷系阻燃剂；三是使用特殊共聚PC。这些方法不仅对改善烟密度效果有限，而且会不同程度地引起PC材料性能下降或是成本升高。引入填料、磷系阻燃剂会使PC材料力学性能下降；引入PEI(聚乙烯亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)会使PC材料流动性降低，成本显著升高；使用特殊共聚PC则需要在聚合端进行设计调整，产品定制化难度加大，使用非常受限。
[0004]专利CN102863770A公开了一种低烟密度PC/ABS合金及其制备方法，其引入纳米水滑石使产品烟密度小于75。但是该专利未提及纳米水滑石的引入会降低材料的机械性能，PC材料机械性能的损失将使其应用非常受限，而通过引入增韧剂等助剂来改善机械性能则又会加剧燃烧生烟。
[0005]专利CN106488954A公开了聚碳酸酯组合物、其制备方法、及其制品，其引入了增强矿物填料、含磷阻燃剂、聚醚酰亚胺使产品烟密度、热释放速率都达到了HL2等级。但上述物质的引入不可避免的引起了PC产品流动性、耐热性以及机械性能的下降，并且成本也会显著升高。
[0006]目前还没有关于从改善燃烧状态、加速成碳两方面共同提升，并且很好的保持PC材料机械性能的报道。

技术实现思路

[0007]为了解决以上技术问题，本专利技术首先提出一种核壳结构阻燃剂及其制备方法。本专利技术中阻燃剂以苯乙烯聚合PAN基碳纤维为壳，以聚四氟乙烯为核，不仅能在燃烧时加速碳层的形成，同时也能提高聚四氟乙烯在基体树脂中的分散能力，改善PC材料机械性能。
[0008]本专利技术还提出一种核壳结构阻燃在制备低烟密度材料尤其是PC合金中的应用。通过在PC树脂中引入上述核壳结构阻燃剂，所得PC合金具有非常低的烟密度，且很好的保留
了PC材料的机械性能与耐热性能。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种核壳结构阻燃剂，包含以聚四氟乙烯为核，以苯乙烯聚合PAN基碳纤维为壳的结构。
[0011]作为一项优选的实施方案，所述阻燃剂中核、壳结构的质量比为(4
‑
28):(60
‑
100)。
[0012]作为一项优选的实施方案，所述苯乙烯聚合PAN基碳纤维中，苯乙烯与PAN基碳纤维的质量比为(30
‑
40):(30
‑
60)。
[0013]作为一项优选的实施方案，所述PAN基碳纤维选自均聚聚丙烯腈基碳纤维、共聚聚丙烯腈基碳纤维中的一种或多种的混合；
[0014]优选地，所述PAN基碳纤维的含碳量为50
‑
90wt％，优选60
‑
80wt％；平均粒径为10
‑
80μm，优选40
‑
60μm。
[0015]作为一项优选的实施方案，所述聚四氟乙烯分子量为50
‑
200万之间，优选80
‑
150万。
[0016]本专利技术提供的阻燃剂的壳层在改性加工时受剪切力作用会发生破裂，内部的聚四氟乙烯纤维化并实现对碳纤维的包覆，在产品燃烧时，碳纤维重排起到骨架支撑作用，聚四氟乙烯受热围绕着碳纤维方向收缩，维持了产品的平整并能高效降低生烟，应用在PC合金中具有低烟密度的特点，而且可以保留PC合金的机械性能与耐热性能。
[0017]本专利技术还提供一种核壳结构阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
[0018]1)将聚四氟乙烯乳液、引发剂A、乳化剂与水加入反应釜中，在惰性气体氛围下升温至70
‑
80℃，充分搅拌10
‑
40min，然后加入少量苯乙烯单体，控制温度75
‑
90℃、压力2
‑
4Mpa，反应1
‑
3h后卸压放料，制得核层乳液；
[0019]2)向步骤1)制备的核层乳液中加入苯乙烯、PAN基碳纤维、引发剂A、引发剂B、催化剂后共混加热，通过原子转移自由基聚合(ATRP法)得到核壳结构乳液；反应温度为60
‑
80℃，优选65
‑
75℃；反应时间为0.5
‑
3h，优选1
‑
2h；所述聚合反应在惰性气体氛围下进行，反应压力为1
‑
2MPa；
[0020]3)向步骤2)制得的核壳结构共聚物乳液中加入破乳剂搅拌破乳，再经水洗、分离、干燥后，加入到丙酮中溶解精制，最后滴加乙醇析出沉淀，得到核壳结构阻燃剂。
[0021]作为一项优选的实施方案，所述方法中，各原料的用量按质量份计具体如下：
[0022][0023]其中聚四氟乙烯乳液的固含量为40
‑
70％，优选粒径为20
‑
40μm；
[0024]优选地，步骤1)中苯乙烯的用量占其总质量的1/6
‑
1/3；
[0025]优选地，步骤1)中引发剂A的用量占其总质量的1/4
‑
1/2。
[0026]优选地，步骤1)中水的用量为聚四氟乙烯乳液质量的4
‑
8倍，优选5
‑
6倍。
[0027]优选地，步骤3)中，丙酮的加入量为核壳结构共聚物质量的20
‑
50倍，乙醇的加入量为丙酮体积的1/10
‑
1/2，滴加乙醇时控制体系温度为10
‑
30℃，沉淀时间1
‑
5h。
[0028]作为一项优选的实施方案，所述乳化剂选自苯乙烯
‑
马来酸酐共聚物、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、烷基聚醚中的任意一种或多种；
[0029]优选地，所述引发剂A选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基酯、过硫酸铵钾、亚硫酸氢钠或亚硫酸氢铵中的任意一种或多种；
[0030]优选地，所述引发剂B选自四氯化碳、溴代异丁酸叔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构阻燃剂，其特征在于，包含以聚四氟乙烯为核，以苯乙烯聚合PAN基碳纤维为壳的结构。2.根据权利要求1所述的核壳结构阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂中核、壳结构的质量比为(4
‑
28):(60
‑
100)。3.根据权利要求2所述的核壳结构阻燃剂，其特征在于，所述苯乙烯聚合PAN基碳纤维中，苯乙烯与PAN基碳纤维的质量比为(30
‑
40):(30
‑
60)。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的核壳结构阻燃剂，其特征在于，所述PAN基碳纤维选自均聚聚丙烯腈基碳纤维、共聚聚丙烯腈基碳纤维中的一种或多种的混合；优选地，所述PAN基碳纤维的含碳量为50
‑
90wt％，优选60
‑
80wt％；平均粒径为10
‑
80μm，优选40
‑
60μm。5.根据权利要求4所述的核壳结构阻燃剂，其特征在于，所述聚四氟乙烯分子量为50
‑
200万之间，优选80
‑
150万。6.一种核壳结构阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将聚四氟乙烯乳液、引发剂A、乳化剂与水加入反应釜中，在惰性气体氛围下升温至70
‑
80℃，充分搅拌10
‑
40min，然后加入少量苯乙烯单体，控制温度75
‑
90℃、压力2
‑
4Mpa，反应1
‑
3h后卸压放料，制得核层乳液；2)向步骤1)制备的核层乳液中加入苯乙烯、PAN基碳纤维、引发剂A、引发剂B、催化剂后共混加热，通过原子转移自由基聚合得到核壳结构乳液；反应温度为60
‑
80℃，优选65
‑
75℃；反应时间为0.5
‑
3h，优选1
‑
2h；所述聚合反应在惰性气体氛围下进行，反应压力为1
‑
2MPa；3)向步骤2)制得的核壳结构共聚物乳液中加入破乳剂搅拌破乳，再经水洗、分离、干燥后，加入到丙酮中溶解精制，最后滴加乙醇析出沉淀，得到核壳结构阻燃剂。7.根据权利要求6所述的核壳结构阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述方法中，各原料的用量按质量份计具体如下：其中聚四氟乙烯乳液的固含量为40
‑
70％，优选粒径为20
‑
40μm；优选地，步骤1)中苯乙烯的用量占其总质量的1/6
‑
1/3；优选地，步骤1)中引发剂A的用量占其总质量的1/4
‑
1/2。8.根据权利要求6或7所述的核壳结构阻燃剂的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晨超，张振威，李万庆，童艳萍，王文博，
申请(专利权)人：万华化学宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：