TWI882261B

TWI882261B - 高強度阻燃聚酯材料

Info

Publication number: TWI882261B
Application number: TW111143210A
Authority: TW
Inventors: 廖德超; 曹俊哲; 鄭文瑞; 劉岳欣
Original assignee: 南亞塑膠工業股份有限公司
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2025-05-01
Also published as: US20240158631A1; CN118027618A; JP2024070775A; TW202419567A

Abstract

本發明提供一種阻燃聚酯材料，包括PET樹脂、晶核劑、阻燃劑、抗氧化劑、棒狀填充補強材以及相容劑。PET樹脂包括原生粒或環保回收粒，可實現回收材料導入之需求。

Description

高強度阻燃聚酯材料

本發明是有關於一種聚酯材料，且特別是有關於一種高強度阻燃聚酯材料。

未來市場逐漸導向循環經濟與節能減碳的趨勢，在此市場潮流下，以低碳排放之回收再生材料導入產品為未來產業發展重要目標。回收材料導入係在機械性能與加工性不受影響的前提下，導入環保再生材料，將有助於達到全球減塑節能的目標。

PET聚酯材料為塑膠材料中回收產業鏈最健全之材料，其回收來源包括：寶特瓶、離型膜、工業膜材、織物等。透過固態聚合及擴鏈改質，能使回收PET的機械物性與原生料（Virgin PET）相當，但其強度、剛性、阻燃性均無法達到工業連接器、風扇、運動器材等產品需求。

基於上述，開發出一種高強度阻燃聚酯材料，可有效地改善強度、剛性、阻燃性，為本領域技術人員亟欲發展的目標。

本發明提供一種高強度阻燃聚酯材料，可有效地改善強度、剛性、阻燃性。

本發明的高強度阻燃聚酯材料包括PET樹脂、晶核劑、阻燃劑、抗氧化劑、棒狀填充補強材以及相容劑。

在本發明的一實施例中，以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，PET樹脂的添加量為45 wt%至62 wt%，晶核劑的添加量為0.5 wt%至3 wt%，阻燃劑的添加量為10 wt%至18 wt%，抗氧化劑的添加量為0.1 wt%至1 wt%，棒狀填充補強材的添加量為25 wt%至32wt%，相容劑的添加量為2 wt%至5 wt%。

在本發明的一實施例中，PET樹脂包括原生粒或環保回收粒。環保回收粒的來源可包括瓶用回收粒、膜材回收粒、織物回收粒或工業回收環保再生聚酯粒（離型膜等）。

在本發明的一實施例中，PET樹脂的相對黏度為0.6至0.9。

在本發明的一實施例中，晶核劑包括有機晶核劑、無機晶核劑或其共混物。

在本發明的一實施例中，有機晶核劑包括有機鈉鹽類，所述有機鈉鹽類包括苯甲酸鈉、褐煤酸鈉或乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMAA）。

在本發明的一實施例中，無機晶核劑包括無機微奈米粉體，無機微奈米粉體包括滑石粉、鈦白粉、二氧化矽或碳酸鈣。

在本發明的一實施例中，阻燃劑為無鹵阻燃劑，無鹵阻燃劑包括氮系阻燃劑、磷系阻燃劑或其複合共混物。

在本發明的一實施例中，抗氧化劑包括受阻酚系抗氧化劑、酚類抗氧化劑、混合型抗氧化劑、亞磷酸酯系抗氧化劑、複合型抗氧化劑或其組合。

在本發明的一實施例中，棒狀填充補強材包括經矽氧烷改質的玻璃纖維。

在本發明的一實施例中，相容劑包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物（E-MA-GMA）、聚烯烴彈性體接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（POE-g-GMA）、聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PE-g-GMA）或其組合。

基於上述，本發明提供一種高強度阻燃聚酯材料，透過磷系與氮系阻燃劑偕同提升PET材料之阻燃性，實現無鹵無毒阻燃之產品，並透過混練改質技術改善PET材料結晶速度慢、耐衝擊強度及剛性不足的問題，使其可射出成型應用於工業連接器、風扇、運動器材、電池電器外殼等產品。此外，本發明所使用的PET原料，除了PET原生粒（Virgin resin）之外，更可以環保回收PET（PCR-PET）導入，其機械性能、阻燃性及流動性與原生粒相當，因此，可實現回收材料導入之需求。

以下，將詳細描述本發明的實施例。然而，這些實施例為例示性，且本發明揭露不限於此。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中說明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。

本發明的高強度阻燃聚酯材料包括PET樹脂、晶核劑、阻燃劑、抗氧化劑、棒狀填充補強材以及相容劑。以下，將對上述各種組分進行詳細說明。 PET 樹脂

在本實施例中，PET樹脂可包括原生粒或環保回收粒，其中環保回收粒的來源可包括瓶用回收粒、膜材回收粒、織物回收粒或工業回收環保再生聚酯粒（離型膜等），以實現回收材料導入之需求，但本發明並不以此為限。PET樹脂的相對黏度例如是0.60至0.90，較佳例如是0.70至0.84。以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，PET樹脂的添加量例如是45 wt%至62 wt%。 晶核劑

在本實施例中，晶核劑可包括有機晶核劑、無機晶核劑或其共混物。有機晶核劑可包括有機鈉鹽類，有機鈉鹽類可包括苯甲酸鈉、褐煤酸鈉或乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMAA）。無機晶核劑可包括無機微奈米粉體，無機微奈米粉體可包括滑石粉、鈦白粉、二氧化矽或碳酸鈣。以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，晶核劑的添加量例如是0.5 wt%至3 wt%。較佳例如是以有機晶核劑加上無機晶核劑複合，此時，以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，添加量例如是1 wt%至2 wt%，其中有機晶核劑與無機晶核劑的重量比例如是2：1至1：1。加入晶核劑可提升PET材料的結晶固化速度，進而提升其加工性。 阻燃劑

在本實施例中，為符合產品的RoHS及無鹵素需求，阻燃劑為無鹵阻燃劑，所述無鹵阻燃劑可包括氮系阻燃劑、磷系阻燃劑或其複合共混物。磷系阻燃劑可包括雙磷酸季戊四醇酯蜜胺鹽（MPP）、聚磷酸銨（APP）、磷酸甲苯二甲苯酯或次磷酸鹽類。氮系阻燃劑可包括三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）、三聚氰胺等。更詳細而言，以次磷酸鹽類與三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）複配效果較佳，次磷酸鹽類與三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）的重量比例如是3：1至1：1。以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，阻燃劑的添加量例如是10 wt%至18 wt%，較佳例如是12 wt%至15 wt%。阻燃劑可透過表面成碳性來抑制PET的燃燒，提升阻燃特性。 抗氧化劑

在本實施例中，抗氧化劑可包括受阻酚系抗氧化劑、酚類抗氧化劑、混合型抗氧化劑、亞磷酸酯系抗氧化劑、複合型抗氧化劑或其組合。以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，抗氧化劑的添加量例如是0.1 wt%至1 wt%。抗氧化劑可提升材料的耐熱與加工性。 棒狀填充補強材

在本實施例中，棒狀填充補強材可包括經矽氧烷改質的玻璃纖維，表面經矽氧烷改質可提升相容性，玻纖直徑例如是10μm至13 μm，切股長度例如是3 mm至4 mm。以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，棒狀填充補強材的添加量例如是25 wt%至32 wt%。棒狀填充補強材可有效提升材料衝擊強度與剛性，其中物性提升效果與棒狀補強材的分散程度直接相關，因此，需同步導入-GMA接枝的相容劑，以提升棒狀填充補強材於PET中的分散性。 相容劑

在本實施例中，相容劑包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物（E-MA-GMA）、聚烯烴彈性體接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（POE-g-GMA）、聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PE-g-GMA）或其組合。以高強度阻燃聚酯材料的總重量計，相容劑的添加量例如是2 wt%至5 wt%。相對於棒狀填充補強材的重量，相容劑的添加量例如是10 wt%至20 wt%。相容劑可提升棒狀填充補強材與PET樹脂之間的相容性，以提升材料補強效果。

本發明高強度阻燃聚酯材料的改質過程，包括以下步驟。首先，先將PET樹脂、晶核劑、抗氧化劑及相容劑在主進料溫度230℃至250℃加入押出機。之後，在進料溫度250℃至270℃將阻燃劑加入押出機。接下來，在進料溫度255℃至275℃，將棒狀填充補強材加入押出機。最後，在溫度245℃至265℃抽真空，即可製成本發明的高強度阻燃聚酯材料。

以下，藉由實驗例來詳細說明上述本發明的高強度阻燃聚酯材料。然而，下述實驗例並非用以限制本發明。 實驗例

為了證明本發明所提出的阻燃聚酯材料具有優異的機械物性，更可進一步具有良好的阻燃與耐熱性能，以下特別作此實驗例。 測試方法

比重：ASTM D792

拉伸強度、延伸率：ASTM D638

彎曲強度、彎曲模數：ASTM D790

阻燃：UL94 材料性質評估

將工業部件用PBT+30%GF、未改質PET、回收材PET+30%GF以及本發明的阻燃聚酯材料以上述測試方法進行測試，測試結果列於以下表1中。在表1中，本發明的阻燃聚酯材料包括49.5 wt% PET樹脂、2.0 wt%晶核劑、15.0 wt%阻燃劑、0.5 wt%抗氧化劑、30.0 wt%棒狀填充補強材以及3.0 wt%相容劑。

由以下表1可得知，未改質PET材料的耐衝擊性、剛性（彎曲模數）、阻燃性均無法達成工業部件產品需求。回收材PET+30%GF雖能達到機械物性需求，但其無阻燃效果。相較之下，本發明的阻燃聚酯材料與工業部件用PBT+30%GF同樣具有阻燃與耐熱特性，同時具有良好的機械物性。表1

	工業部件用PBT+30%GF	未改質PET	回收材PET+30%GF	本發明的阻燃聚酯材料
機械物性	比重	1.59	1.35	1.52	1.58
衝擊強度(kg-cm/cm)	8	3.5	8	7.5
拉伸強度(MPa)	110	60	135	100
延伸率(%)	3.5	5.2	3.2	3.2
彎曲強度(MPa)	150	88	160	148
彎曲模數(MPa)	8000	2400	8500	9000
阻燃特性	UL94阻燃	1.5 mm V0	HB	HB	1.2 mm V0
耐熱特性	熱變形溫度	206	70	212	210

綜上所述，本發明的高強度阻燃聚酯材料加入阻燃劑、晶核劑及棒狀填充補強材等添加劑以進行改質。加入晶核劑可提升PET材料的結晶固化速度，進而提升其加工性。阻燃劑可透過表面成碳性來抑制PET的燃燒，提升阻燃特性。棒狀填充補強材則能有效提升材料衝擊強度與剛性，其中物性提升效果與棒狀補強材之分散程度直接相關，因此，需同步導入-GMA接枝的相容劑以提升棒狀補強材於PET的分散性。抗氧化劑可提升材料的耐熱與加工性。如此一來，能夠有效地改善PET材料結晶速度慢及強度不足的問題，使其可應用於工業連接器、風扇、運動器材、電池電器外殼等產品。此外，本發明所使用的PET原料，除了PET原生粒（Virgin resin）之外，更可以環保回收PET（PCR-PET）導入，其機械性能、阻燃性與原生粒相當，因此，可實現回收材料導入之需求，更符合循環經濟的趨勢。

無

Claims

一種阻燃聚酯材料，包括： PET樹脂；晶核劑；阻燃劑；抗氧化劑；棒狀填充補強材；以及相容劑，其中以所述阻燃聚酯材料的總重量計，所述PET樹脂的添加量為45 wt%至62 wt%，所述晶核劑的添加量為0.5 wt%至3 wt%，所述阻燃劑的添加量為10 wt%至18 wt%，所述抗氧化劑的添加量為0.1 wt%至1 wt%，所述棒狀填充補強材的添加量為25 wt%至32 wt%，所述相容劑的添加量為2 wt%至5 wt%，其中所述阻燃劑為無鹵阻燃劑，所述無鹵阻燃劑為氮系阻燃劑及磷系阻燃劑的複合共混物，所述磷系阻燃劑包括次磷酸鹽類，所述氮系阻燃劑包括三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA），所述次磷酸鹽類與所述三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）的重量比為3：1至1：1。
如請求項1所述的阻燃聚酯材料，其中所述PET樹脂包括原生粒或環保回收粒。
如請求項1所述的阻燃聚酯材料，其中所述PET樹脂的相對黏度為0.60至0.90。
如請求項1所述的阻燃聚酯材料，其中所述晶核劑包括有機晶核劑、無機晶核劑或其共混物。
如請求項4所述的阻燃聚酯材料，其中所述有機晶核劑包括有機鈉鹽類，所述有機鈉鹽類包括苯甲酸鈉、褐煤酸鈉或乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMAA）。
如請求項4所述的阻燃聚酯材料，其中所述無機晶核劑包括無機微奈米粉體，所述無機微奈米粉體包括滑石粉、鈦白粉、二氧化矽或碳酸鈣。
如請求項1所述的阻燃聚酯材料，其中所述抗氧化劑包括受阻酚系抗氧化劑、酚類抗氧化劑、混合型抗氧化劑、亞磷酸酯系抗氧化劑、複合型抗氧化劑或其組合。
如請求項1所述的阻燃聚酯材料，其中所述棒狀填充補強材包括經矽氧烷改質的玻璃纖維。
如請求項1所述的阻燃聚酯材料，其中所述相容劑包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物（E-MA-GMA）、聚烯烴彈性體接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（POE-g-GMA）、聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PE-g-GMA）或其組合。