[发明专利]聚碳酸酯-聚二甲基硅氧烷纳米复合物的制备方法以及在阻燃聚碳酸酯中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯-聚二甲基硅氧烷纳米复合物的制备方法以及在阻燃聚碳酸酯中的应用，属于阻燃材料技术领域。

背景技术

聚碳酸酯(PC)具有较高的熔体粘度，加工困难，难于制作大型制品易发生应力开裂，且耐溶剂性、耐磨损性、耐沸水性较差，高温起泡；耐老化性能很差，透明PC制品在储存、加工及使用过程中因热空气老化或热水老化，性能变坏，如冲击强度降低、制品表面龟裂、泛黄并光泽丧失，以至于影响其制品的正常使用。PC的热分解温度高(310℃)，自身具有一定的阻燃性(氧指数为24％)，PC具有自熄性，燃烧时会放出二氧化碳，其阻燃性能优于一般塑料。但为了满足某些应用领域对阻燃性的特殊要求，必须对PC及其共混体(或合金)进行阻燃处理。对于PC的阻燃，目前较常采用的有以下几种体系：(一)卤系阻燃PC主要包括多溴二苯醚类、溴代双酚A类、溴代高聚物及齐聚物等，但由于此类阻燃剂与环保不相容，正受到严重的挑战和人们的审慎对待，许多国家和地区先后颁布并实施了禁用卤系阻燃剂的禁令。(二)磷系阻燃PC，主要途径是采用添加磷系及磷-氮系化合物，及环三膦腈衍生物等。但现用的磷酸酯水解稳定性低，易挥发(多为液态)，使被阻燃材料的热性能下降，另外，磷酸酯阻燃PC易应力开裂，透明度降低，热稳定性恶化，高温尺寸稳定性欠佳。膦腈类阻燃及同时含磷和氮，且他们为高熔点固体，热稳定性也好，如分子中含反应性官能团，还能与PC上的基团反应，所以近几年备受人们的注目，近三年有不少关于膦腈作为PC阻燃剂的专利发表，但此类阻燃系统尚处于研制阶段，一些问题尚待解决，也许有工业化的可能。(三)含硫阻燃剂阻燃PC，如芳香族磺酸盐(碱金属或碱土金属)及全氟烷基磺酸盐(与聚四氟乙烯并用)，此技术早已见于上世纪70年代早期的美国专利(USP 3,775,367)，但其阻燃的聚碳酸酯透明性和耐热性有所变化。另外，磺酸盐能促使聚碳酸酯分解，使其阻燃的聚碳酸酯热稳定性明显降低。而且单独使用存在阻燃级别不一致或不可靠的现象，需与其它阻燃剂(比如卤系)协同使用；同时磺酸盐阻燃PC的机理尚未完全明了。(四)硅化合物阻燃PC，包括支化的及未支化的聚硅氧烷，5％的用量可使PC的氧指数达33％～40％，UL94阻燃等级达V-0级。USP 6,518,357描述了一种硅倍半氧烷阻燃PC的制备方法，包括聚苯基甲基硅氧烷、苯基硅倍半氧烷与二甲基硅氧烷共聚物、聚苯基乙烯基硅倍半氧烷三种不同的硅化合物，添加量在1％～5％之间，与磺酸盐类协同使PC达到了UL94V-0级，其中尤其以后两种硅倍半氧烷与磺酸盐类协同阻燃PC效果最好，硅化合物添加量1％，二苯基磺酸钾磺酸盐添加量为0.3％，1.6mm厚度的PC可达UL94V-0级。文献中(Polymer Degradation and Stability 93(2008)627～639)也报道了添加2％的苯基三硅醇低聚硅倍半氧烷也可将PC的最大热释放速率从492kW/m2降低到267kW/m2。

发明内容

本发明的目的是为了进一步提高聚碳酸酯的阻燃效果，提出聚碳酸酯-聚二甲基硅氧烷纳米复合物的制备方法以及在阻燃聚碳酸酯中的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的聚碳酸酯-聚二甲基硅氧烷纳米复合物的制备方法，具体步骤为：

1)将聚二甲基硅氧烷(PDMS)、碳酸二苯酯(DPC)和氯化镁(MgCl₂)催化剂加入到反应容器中，惰性气体保护，搅拌，加热进行熔融酯交换反应，反应结束后将产物降温至60～80℃；

2)将步骤1)中降温后的产物中加入双酚A，惰性气体保护，搅拌，加热进行缩聚反应；加热进行缩聚反应的程序控制为：第一阶段，加热至150～170℃，保温40～60min；第二阶段，升温至171～200℃，保温40～60min；第三阶段，升温至240～270℃，抽真空，反应15～30min；然后加入纳米材料，继续进行反应，反应25～40min；

3)将步骤2)得到的产物加入到二氯甲烷中，然后再用无水乙醇进行洗涤，过滤，将滤饼进行干燥，得到聚碳酸酯-聚二甲基硅氧烷纳米复合物。

上述步骤1)中碳酸二苯酯(DPC)、氯化镁(MgCl₂)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的质量比为50～70∶3～10∶1；加热温度为150～180℃，加热时间为10～50min；

上述步骤2)中加入的双酚A的质量与步骤1)中加入的碳酸二苯酯的质量比为1∶1～1.5；

上述步骤2)中加入的纳米材料与步骤1)中加入的聚二甲基硅氧烷的质量比为26～52∶1；