发明背景
聚碳酸酯和乙烯基共聚物的共混物具有良好的阻燃性、高耐热性和机械强度,因而被应用于发热产品上,例如电动或电子产品和办公室用品。
为使该共混物具有良好的阻燃性,曾使用过含卤阻燃剂和/或含锑化合物。但是,其缺点是含卤化合物由于燃烧时释放出有毒气体,因此危害生命。因此,制备不含卤化合物的阻燃剂已经变成了本领域的主要课题。
一种向树脂组合物中添加磷酯化合物作为无卤阻燃剂的方法是公知的。U.S.4,692,488和5,061,745公开了一种热塑性树脂组合物,该组合物包含芳族聚碳酸酯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物,热塑性共聚物和作为阻燃剂的单体磷酸酯化合物。但是,使用单体磷酸酯化合物作为阻燃剂的树脂组合物耐热性非常差,并在模塑过程中显示出潮湿(juicing)现象,该阻燃剂由于挥发而在表面上形成层。
作为克服潮湿问题的方法,通常使用提高磷酸酯分子量的方法。对于提高磷酸酯分子量的方法,曾提出过向单体磷酸酯化合物中引入取代基或使用低聚磷酸酯化合物。U.S.5,206,404公开了一种使用烷基取代芳基磷酸酯化合物而对酸和水解稳定的组合物。日本专利申请未审公开No.59-202,240公开了一种制备低聚磷酸酯的方法,以及在聚酰胺或聚碳酸酯树脂组合物中使用该低聚磷酸酯。U.S.5,204,394还公开了一种阻燃树脂组合物,该组合物包含芳族聚碳酸酯树脂、含苯乙烯的共聚物或接枝共聚物、和低聚磷酸酯作为阻燃剂。虽然该树脂组合物改进了潮湿现象和耐热性,但其阻燃性比使用单磷酯作为阻燃剂的树脂组合物的差。因此为了保持良好的阻燃性,该树脂组合物应该比含单磷酯作为阻燃剂的树脂组合物包含更多的阻燃剂。
U.S.5,672,645公开了一种阻燃性PC/ABS树脂组合物,它的耐应力开裂性通过组合使用衍生自双酚-A、间苯二酚或对苯二酚的单体磷化合物和低聚磷化合物而提高了。但是,耐热性变差和潮湿现象由于单体磷化合物而仍然存在。并且,因为低聚磷酸酯的阻燃能力通常低于单磷酯,阻燃剂中包含的低聚磷酸酯越多,树脂组合物的阻燃性越差。
本发明已经开发出了一种阻燃热塑性树脂组合物,其包含聚碳酸酯树脂、橡胶改性乙烯基接枝共聚物、乙烯基共聚物、单体磷酸酯化合物、低聚磷酸酯和氟化聚烯烃树脂,其具有良好的物理性能平衡,例如阻燃性、冲击强度、耐热性、热稳定性、加工性能和外观。
发明目的
本发明的目的是提供一种阻燃热塑性树脂组合物,该组合物包含聚碳酸酯树脂、橡胶改性乙烯基接枝共聚物、乙烯基共聚物、单体磷酸酯化合物、低聚磷酸酯和氟化聚烯烃树脂,其具有良好的物理性能,例如冲击强度、耐热性、热稳定性、加工性能和外观。
本发明的其它目的和优点从明确公开的说明书和所附权利要求中将能清楚地了解。
发明概述
本发明的阻燃热塑性树脂组合物,包含:(A)45-95重量份的热塑性聚碳酸酯树脂;(B)1-50重量份的乙烯基接枝共聚物,该共聚物是由(B-1)5-95重量份的单体混合物接枝聚合到(B-2)5-95重量份的橡胶聚合物上而制备的,该单体混合物(B-1)的组成是:(B-1.1)50-95重量的至少一种选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤-或烷基-取代的苯乙烯、甲基丙烯酸C1-8烷基酯、和丙烯酸C1-8烷基酯,和(B-1.2)5-50重量份的至少一种选自丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸C1-8烷基酯、丙烯酸C1-8烷基酯、马来酸酐、和C1-4烷基或苯基N-取代的马来酰亚胺,该橡胶聚合物(B-2)选自丁二烯橡胶、丙烯酰基橡胶、乙烯-丙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)、聚有机硅氧烷-聚烷基(甲基)丙烯酸酯橡胶络合物及其混合物;(C)0-50重量份的乙烯基共聚物或乙烯基共聚物的混合物,该共聚物是由(C-1)50-95重量份的至少一种选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤-或烷基-取代的苯乙烯、甲基丙烯酸C1-8烷基酯和丙烯酸C1-8烷基酯,和(C-2)5-50重量份的至少一种选自丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸C1-8烷基酯、丙烯酸C1-8烷基酯、马来酸酐、和C1-4烷基或苯基N-取代马来酰亚胺制备的;(D)1-30重量份的有机磷化合物的混合物,其组成为:(D-1)5-95重量份的由如下式(I)表示的单体磷酸酯化合物或其混合物和(D-2)95-5重量份的由下式(II)表示的低聚磷酸酯化合物或其混合物,按每100重量份的(A)、(B)和(C)之和计。上述的式(I)为:
其中R1和R2独立地是氢或C1-5烷基,而x是0或1-3的整数,式(II)为:
其中R3、R4、R5和R6各自分别是C6-20的芳基或烷基取代的C6-20芳基,而n是表示重复单元数目的1-5的整数,低聚磷酸酯混合物中n的平均值是1-3;和(E)0.05-0.5重量份的氟化聚烯烃树脂,其平均粒径为约0.05-1,000μm,密度为1.2-2.3g/cm3,按每100重量份的(A)+(B)+(C)之和计。
发明详述
(A)聚碳酸酯树脂
本发明的聚碳酸酯树脂是通过将下式(III)表示的二酚与光气、卤素甲酸盐或羧酸二酯反应制备的,式(III)为:
其中A是单键、C1-5烯化基、C1-5亚烷基、C5-6环亚烷基、S或SO2。
二酚的例子包括:
4,4’-二羟基二酚、
2,2-二-(4-羟基苯基)-丙烷、
2,4-二-(4-羟基苯基)-2-甲基丁烷、
1,1-二-(4-羟基苯基)-环己烷、
2,2-二-(3-氯-4-羟基苯基)-丙烷、
2,2-二-(3,5-二氯-4-羟基苯基)-丙烷,更优选的二酚是
2,2-二(4-羟基苯基)-丙烷、
2,2-二-(3,5-二氯-4-羟基苯基)-丙烷、和
1,1-二-(4-羟基苯基)-环己烷,以及最优选的二酚是称为“双酚A”的
2,2-二(4-羟基苯基)-丙烷。
本发明中,优选聚碳酸酯树脂(A)的重均分子量(Mw)为10,000-200,000,更优选15,000-80,000。
加入到本发明组合物中的合适聚碳酸酯可以用已知的方法进行支化,特别优选的是加入0.05-2mol%的三个或多个官能团的化合物,例如带有三个或多个酚基的那些,该量是以所用的二酚总量为基础的。
本发明中可以使用聚碳酸酯的均聚物、聚碳酸酯的共聚物、或其混合物。部分聚碳酸酯可以用芳族聚酯-碳酸酯树脂取代,该芳族树脂是在有酯前体例如二官能羧酸的情况下通过聚合得到的。
(B)橡胶改性乙烯基接枝共聚物
本发明的橡胶改性乙烯基接枝共聚物的制备是将(B-1)5-95重量份的单体混合物接枝共聚到(B-2)5-95重量份的橡胶聚合物上,该单体混合物(B-1)的组成是:(B-1.1)50-95重量的至少一种选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤-或烷基-取代的苯乙烯、甲基丙烯酸C1-8烷基酯、和丙烯酸C1-8烷基酯,和(B-1.2)5-50重量份的至少一种选自丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸C1-8烷基酯、丙烯酸C1-8烷基酯、马来酸酐、和C1-4烷基-或苯基N-取代的马来酰亚胺,该橡胶聚合物(B-2)选自丁二烯橡胶、丙烯酰基橡胶、乙烯-丙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)、聚有机硅氧烷-聚烷基(甲基)丙烯酸酯橡胶络合物及它们的混合物。
甲基丙烯酸C1-8烷基酯或丙烯酸C1-8烷基酯是甲基丙烯酸或丙烯酸分别与C1-8单元醇的酯。该酸烷基酯的例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、或甲基丙烯酸丙酯。
橡胶改性乙烯基接枝共聚物(B)的优选例子是:在丁二烯橡胶、丙烯酰基橡胶、或苯乙烯-丁二烯橡胶上接枝聚合苯乙烯、丙烯腈和任选含有的(甲基)丙烯酸烷基酯的混合物得到的接枝共聚物。
橡胶改性乙烯基接枝共聚物(B)的另外优选例子是:在丁二烯橡胶、丙烯酰基橡胶、或苯乙烯-丁二烯橡胶上接枝聚合(甲基)丙烯酸烷基酯得到的接枝共聚物。
橡胶改性乙烯基接枝共聚物(B)的最优选例子是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂。
考虑到冲击强度和外观,制备橡胶改性乙烯基接枝共聚物用的橡胶聚合物(B-2)优选平均粒径为0.05-4.0μm。
本发明橡胶改性接枝共聚物是通过常规聚合方法制备的,例如乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合或本体聚合。这些方法中,优选方法是使用引发剂的乳液或本体聚合,其中在橡胶聚合物中加入该乙烯基单体。
(C)乙烯基共聚物
本发明的乙烯基共聚物是乙烯基共聚物或乙烯基共聚物的混合物,该共聚物是由(C-1)50-95重量份的至少一种选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤或烷基取代的苯乙烯、甲基丙烯酸C1-8烷基酯、和丙烯酸C1-8烷基酯,和(C-2)5-50重量份的至少一种选自丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸C1-8烷基酯、丙烯酸C1-8烷基酯、马来酸酐、和C1-4烷基或苯基N-取代的马来酰亚胺制备的。
甲基丙烯酸C1-8烷基酯或丙烯酸C1-8烷基酯是甲基丙烯酸或丙烯酸分别与C1-8单元醇的酯。该酸烷基酯的例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、或甲基丙烯酸丙酯。
乙烯基共聚物(C)可以是当制备橡胶改性乙烯基-接枝共聚物(B)时作为副产物来制备。该副产物大多数都是当大量单体接枝到少量橡胶聚合物上或当使用的链转移剂过量时产生的。本发明中用的乙烯基共聚物(C)的量不包括在制备橡胶改性乙烯基接枝共聚物(B)过程中可能产生的副产物数量。
乙烯基共聚物(C)的优选例子是由以下单体制备的那些:苯乙烯、丙烯腈、和任选含有的甲基丙烯酸甲酯的单体混合物;α-甲基苯乙烯、丙烯腈、和任选含有的甲基丙烯酸甲酯单体混合物;或苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯腈、和任选含有的甲基丙烯酸甲酯的单体混合物。该乙烯共聚物优选通过乳液、悬浮、溶液或本体法制备,优选重均分子量(Mw)约15,000-400,000。
另一优选的乙烯基共聚物(C)是由甲基丙烯酸甲酯单体和任选含有的丙烯酸甲酯单体或丙烯酸乙酯单体混合物制备的共聚物。本发明甲基丙烯酸甲酯共聚物(C)优选通过乳液、悬浮、溶液或本体法制备,重均分子量(Mw)约20,000-250,000。
加入到本发明组合物中的另一优选共聚物(C)是苯乙烯和马来酸酐的无规共聚物,它是用连续本体和溶液法制备的。马来酸酐的用量优选约5-50wt%。苯乙烯和马来酸酐的共聚物的重均分子量(Mw)约20,000-200,000,特性粘度约0.3-0.9。
本发明中制备组分(C)的苯乙烯可以用对-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、2,4-二甲基苯乙烯、或α-甲基苯乙烯替换。
乙烯基共聚物(C)可以单独使用,或作为混合物组合使用。
(D)有机磷化合物
(D-1)单体磷酸酯化合物
本发明的单体磷酸酯化合物用下式(I)表示。单体磷酸酯化合物可以单独使用或作为混合物组合使用。
其中R1和R2独立地表示氢、或C1-5烷基,x是0或1-3的整数。优选R1和R2是氢或甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
本发明的单体磷酸酯化合物可以通过常规方法制备。例如式(I)的单体磷酸酯化合物是将磷酰氯(POCl3)与具有R1-取代萘基的芳基醇和具有R2-取代苯基的芳基醇在50-200℃下同时或相继反应制备的。制备单体磷酸酯化合物中,可以使用催化剂,催化剂例如是氯化铝(AlCl3)、氯化镁(MgCl2)、氯化锌(ZnCl2)等。
(D-2)低聚磷酸酯化合物
本发明的低聚磷酸酯化合物由下式(II)表示。低聚磷酸酯化合物可以单独使用或作为混合物组合使用。
其中R3、R4、R5和R6分别是相互独立的C6-20的芳基或烷基取代的C6-20芳基,n是表示重复单元数目的1-5的整数,低聚磷酸酯混合物中n的平均值是1-3。优选R3、R4、R5和R6是苯基、萘基、烷基-取代的苯基、或烷基-取代的萘基,其中烷基是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲-丁基、叔-丁基、异丁基、异戊基或叔-戊基。它们之中优选苯基、萘基、和烷基取代的苯基,其中烷基是甲基、乙基、异丙基和叔丁基。
本发明式(II)的低聚磷酸酯化合物衍生自二元酚,n的平均值为1-3。n值为1、2和3的低聚磷酸酯可以单独使用或其混合物使用,它是在聚合过程中产生的,或者它是用含不同n值的独立磷酸酯配制的。
(E)氟化聚烯烃树脂
本发明氟化聚烯烃树脂(E)的例子是:聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯/偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、和乙烯/四氟乙烯共聚物。氟化乙烯可以单独使用,或作为混合物组合使用。
本发明的氟化聚烯烃树脂(E)是用常规方法制备的,例如,该树脂是在7-71kg/cm2和温度0-200℃、优选20-100℃的含水溶剂中,在形成自由基的催化剂例如钠-、钾-或铵-过二硫酸盐存在下制备的。
使用的氟化聚烯烃树脂是乳液状或粉末状。在使用乳液状的情况下,氟化聚烯烃树脂的分散是良好的,但是加工有些复杂。因此,如果氟化聚烯烃树脂能够均匀地分散于整个树脂组合物中而形成纤丝状网络结构,则优选使用粉末状氟化聚烯烃树脂。
氟化聚烯烃树脂的平均粒径优选约为0.05-1,000μm,密度约为1.2-2.3g/cm3。
本发明阻燃热塑性树脂组合物按每100重量份的(A)+(B)+(C)之和计氟化聚烯烃树脂的用量约为0.05-5.0重量份。
本发明的阻燃树脂组合物还可以包含普通阻燃剂,例如有机磷酸酯、含卤有机化合物、氰脲酸酯化合物、金属盐等。可以使用金属盐例如磺酸金属盐和砜(sulfon)磺酸金属盐作为阻燃助剂。该金属盐可以单独使用或作为混合物组合使用。
本发明的树脂组合物中可以包含其它添加剂。这些添加剂包括:润滑剂、防粘剂、成核剂、抗静电剂、稳定剂、冲击改性剂、无机颜料或染料等。这些添加剂的用量按每100重量份阻燃热塑性树脂组合物的(A)+(B)+(C)计,为0.1-40重量份。
本发明阻燃热塑性树脂组合物可以用常规方法制备。例如,所有的组分和添加剂都混合在一起,通过挤出机挤出,制成颗粒。
本发明阻燃热塑性树脂组合物可以涂覆到电气或电子器件、汽车另件、办公室用品等上,它们需要良好的阻燃性、熔接线强度和冲击强度。
参考如下实施例可以更好地理解本发明,这些例子用于说明的目的,但并不以任何方式限制本发明的范围,本发明的范围在所附权利要求中限定。在如下例子中,除非另有说明,所有的份数和百分比都是指重量。
实施例
(A)聚碳酸酯树脂
使用重均分子量(Mw)为25,000的双酚A基聚碳酸酯。
(B)橡胶改性乙烯基-接枝共聚物
混合58份的丁二烯橡胶胶乳、31份的苯乙烯、11份的丙烯腈、和150份的去离子水。向混合物中加入1.0份的油酸钾、0.4份的异丙苯过氧化氢,和0.3重量份的叔-月桂基硫醇链转移剂。将该混合物在75℃保持5小时得到ABS胶乳。向ABS胶乳中加入1%的硫酸,凝固,干燥得到粉末状含苯乙烯的接枝共聚物树脂(g-ABS)。
(C)乙烯基共聚物
混合71份的苯乙烯、29份的丙烯腈、120份的去离子水和0.17份的偶氮二异丁腈(AIBN)。向该混合物中加入0.5份的磷酸三钙和0.4份的叔-月桂基硫醇链转移剂。所得溶液在75℃进行悬浮聚合5小时。洗涤所得物,脱水和干燥。得到粉末状的苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)。
(D)有机磷化合物
(D-1)单体磷酸酯化合物
(D-1.1)使用日本的Daihachi Co.制造的磷酸三苯酯(TPP)。
(D-1.2)将磷酰氯与酚和2-萘酚反应制备单体磷酸酯复合物。该复合物是2.5wt%的磷酸三苯酯、88wt%式(I)化合物(其中R1和R2是氢,x是1)和9wt%的式(I)化合物(其中其中R1和R2是氢,x是2)。
(D-2)低聚磷酸酯
低聚磷酸酯包含1.2wt%的式(I)低聚物(其中n是0),89.1wt%的式(II)低聚物(其中n是1),和9.7wt%的式(II)低聚物(其中n是2或更大,n的平均值=1.05,它是衍生自二酚的低聚磷酸酯的混合物,其中R3、R4、R5和R6是苯基)。
(D-3)双酚-A型磷酸酯
对比例中使用日本Daihachi的CR-741S作为双酚-A型磷酸酯。双酚-A型磷酸酯是3.4wt%式(IV)的低聚物(其中n是0)、85.4wt%式(IV)的低聚物(其中n是1)和11.1wt%式(IV)低聚物(n是2或更大)的混合物。
(E)氟化聚烯烃树脂
使用杜邦公司的Teflon(注册商标)7AJ。
实施例1-4
在常规混合器中加入表1所示的组分、抗氧剂和热稳定剂,然后通过L/D=35和Φ=45mm的双螺杆挤出机挤出该混合物而制成粒状产品,将该产品在80℃干燥5小时。使用10盎司注射成型机在250℃将该干燥的产品模塑成试件,在相对湿度为50%、23℃下,将试件放置48小时,测量试件的阻燃性和其它物理性能。
对比例1-4
以与实施例1-4相同的方式处理对比例1-4,除了用双酚-A型磷酸酯(D-3)替代本发明的低聚磷酸酯(D-2)。
表1
| |
实施例 |
对比例 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
(A)聚碳酸酯树脂 |
75 |
75 |
75 |
75 |
75 |
75 |
75 |
75 |
|
(B)橡胶改性乙烯基-接枝共聚物 |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
|
(C)乙烯基共聚物 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
|
(D)有机磷化合物 |
(D-1.1) |
2 |
6 |
10 |
- |
2 |
6 |
10 |
- |
|
(D-1.2) |
- |
- |
- |
10 |
- |
- |
- |
10 |
|
(D-2) |
14 |
10 |
6 |
6 |
- |
- |
- |
- |
|
(D-3) |
- |
- |
- |
- |
14 |
10 |
6 |
6 |
|
(E)氟化聚烯烃树脂 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
用如下方法测量实施例1-4和对比例1-4中试件的物理性能:
(1)根据UL94测量阻燃性,试件厚度为1.6mm。
(2)根据ASTM D256(1/8”凹口)测量凹口悬臂梁式冲击强度。
(3)根据ASTM D1525测量维卡软化温度(VST)。
测试结果示于下表2。
表2
| |
实施例 |
对比例 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
UL 94(1.6mm) |
V-0 |
V-0 |
V-0 |
V-0 |
失败 |
V-1 |
V-1 |
V-1 |
|
悬臂梁式冲击强度(1/8”,kgcm/cm) |
46 |
46 |
46 |
40 |
29 |
37 |
38 |
31 |
|
VST(℃) |
95 |
92 |
85 |
87 |
89 |
86 |
82 |
80 |
如表2所示,与使用双酚-A型磷酸酯(D-3)的组合物相比,使用单体磷酸酯和低聚磷酸酯的磷混合物的本发明的树脂组合物,其冲击强度高,阻燃性和耐热性良好。
虽然本发明的聚磷酸酯比对比例的双酚-A型磷酸酯的分子量低,但本发明树脂组合物的耐热性(VST)和阻燃性均优于对比例。而且,在对比例1-4中,树脂组合物的冲击强度随着双酚-A型磷酸酯的数量增加而降低。另一方面,在实施例1-4中,树脂组合物的冲击强度高,而与低聚磷酸酯的相对量无关。
本发明具有显著的特征,例如良好平衡的物理性能,例如阻燃性、冲击强度、耐热性、热稳定性、加工性和外观。因此,本发明树脂组合物可以应用于发热器件,例如个人计算机,传真机等。
本领域的普通技术人员可以很容易地实施本发明。对本发明的许多修饰和改变都可视为在权利要求所确定的本发明范围内。