PC阻燃综述

PC阻燃的综述

1.关于PC的简介

聚碳酸酯(PC)是通用工程塑料中唯一具有良好透明性的热塑性工程塑料,其折射率为1.584,对可见光的透过率达90%以上，以冲击强度高而著称,具有优良的电绝缘性、较高的耐热性和尺寸稳定性,本身还具有一定的阻燃性,属于自熄型工程塑料[1]。随着汽车和电子通讯等行业的日益发展,对产品塑料部件的阻燃性能要求越来越高,许多厂家对其塑料部件的阻燃等级明确要求必须达到UL 94V-0级,并且很多使用场合还要求PC保持良好的透光性,这就需要在不影响PC原有透明度的同时对其进行阻燃改性。

2.阻燃体系的简介

早期人们对PC使用的阻燃剂为含卤素的阻燃剂,其中主要是含溴阻燃剂。溴系阻燃PC在改性制备过程以及后期注塑成型过程中都不太稳定,原因可能为阻燃剂在高温下游离出的酸性小分子促使PC发生降解反应。且溴系阻燃PC在燃烧过程中会产生大量有毒、腐蚀性气体,这样会在火灾现场引入毒烟的危害。由于含卤阻燃材料热裂时产生的腐蚀性气体,即使浓度甚低,也可能使电子/电气设备中的关键部件受损而导致整套设备失灵，故在电子领域会使用无卤阻燃体系[2]。其无卤阻燃体系主要为磷系、硅系、芳香族磺酸盐、硼系、聚合物/无机纳米复合技术、其它无机阻燃剂。

（1）磷系阻燃

使用磷酸酯对PC进行阻燃改性的同时,还可以赋予PC优异的加工流动性能，因为磷酸酯的熔点一般低于100℃,磷酸酯的加入使PC的注塑加工温度从290℃降低到260℃左右。可用于PC阻燃改性的磷酸酯有间苯二酚双二苯基磷酸酯(RDP),双酚A双二苯基磷酸酯(BDP)和三苯基磷酸酯(TPP)等。由于磷酸酯本身易吸潮,并且水解稳定性较差,因此应用于PC之前要求先充分干燥,加工过程中要注意控制好工艺参数,尤其是保证共混机内一定的真空度和稳定的温度范围。但是其存在缺点是部分产品回收困难，循环加工性差。另外红磷本身带颜色透明度不好，易氧化吸湿成酸,稳定性差,有粉尘爆炸危险性,以及在加工温度下生成剧毒的PH3

等问题。

（2）硅系阻燃

有机硅阻燃PC具有很多优点。在PC中的有机硅阻燃剂含量一般在4 %以下,改性后的材料几乎不会损失原PC树脂的物理机械性能,强度和韧性保持率都在90 %以上。有机硅阻燃PC的加工稳定性和纯PC树脂相当,并且可以重复地回收再利用，且有机硅阻燃PC的热变形温度基本上维持在原PC树脂的水平，使其具有很大的优势。而其硅氧烷衍生物分子链中含有甲基和苯基，且端基为甲基的枝状衍生物对PC的阻燃效果最好，其阻燃机理是材料被引燃时聚硅氧烷迁移至PC 表面,并形成保护层,起到隔热抑氧作用,使下层PC不致继续燃烧[3]。这种硅阻燃剂不含卤素,加入聚碳酸酷以后不仅不会恶化材料的其他主要性能,如可塑性和热稳定性,同时其抗冲强度比材料加入含溴阻燃剂的还要好,但价格昂贵不适合工业化大规模生产。

（3）硼系阻燃

含硼化合物也主要为凝聚相阻燃机理:改变聚合物分解反应的方向,促进形成表面保护炭层,减少CO和CO2的释放量。例如苯基硼酸化合物，其阻燃机理可能是在加工温度下失水形成网状结构覆盖在材料表面形成保护层，起到隔热抑制氧气的作用。

（4）芳香族磺酸盐阻燃

一系列无机的和有机的芳香族磺酸盐(酷)也被发现是聚碳酸醋的极有效的阻燃剂,从严格意义上讲这类阻燃剂不能列人无卤阻燃剂行列,但是由于它们添加量极低，一般在0.01 % - 0.1 %以致很难出现卤系阻燃剂的缺陷。例如美国的3M公司开发出一种全氟代烷基磺酸盐阻燃剂，在PC中添加0.06 %一0.08 %就可以起到很好的阻燃效果,和树脂的相容性好,同时所得阻燃PC的透光率>99%,并达到环保认可[4]。芳香族磺酸盐阻燃机理可能是它能催化PC的热降解,并在在高温下磺酸盐能促进PC的异构化,并放出CO2和H2O等不燃物[5]。异构化能提高PC的交联和成炭速率,在PC表面形成炭层有助于PC的阻燃，但磺酸盐阻燃的PC水解稳

定性欠佳,一般不用于制造薄壁元器件[6]。

（5）聚合物/无机纳米复合技术

当聚合物/无机纳米复合材料中无机物组分在含量为5%一10%时,由于纳米材料极大的比表面积而产生的一系列效应,使其拥有密度小、机械强度高，耐热和阻燃性也提高。Wang Shaofeng等[7]直接用插层法合成了一系列PC/ABS/OMT(有机蒙脱土)纳米复合材料,并通过热重分析研究了它们的热稳定性,5%的有机蒙脱土就可以大大提高材料的最大热分解温度。但是其缺点在于材料的透明性下降,冲击强度有所下降。

3.PC阻燃透明增强多功能复合材料

为了解决高分子材料因添加阻燃剂而导致的力学性能下降问题，通常需要采用其它助剂或改性剂以减小性能降低的程度，而各种添加剂之间有时会出现作用相互抵消现象，使问题更加复杂。人们发现适当的条件下，热致性液晶高分子（TLCP）在熔融成形加工的高分子基体中可以原位成纤，形成原位复合材料，提高基体的力学性能[8]。可以设想将含阻燃、透明元素的基团引入TLCP分子主链或侧基，再与不同基体高分子材料共混，利用热致性液晶高分子的上述特性可望在一定的成形加工条件下形成具有阻燃性的原位复合材料。一方面原位形成的TLCP微纤起到类似宏观纤维增强高分子基体的效果，另一方面TLCP中的阻燃基团、透明基团分别在燃烧和加工过程中发挥作用。

其关键是设计合成出这种合适的液晶高分子。首先控制液晶基元一定，调节阻燃基元和透明基元的比例达到要求的阻燃性和透明性的情况下，引入不同的间隔基团调节液晶大分子转变温度，使其与被阻燃聚合物加工温度匹配，并且具有适当的相容性，以有利于在成形加工过程中形成阻燃、透明、增强的微纤结构。

4.结语

硅系阻燃体系虽然能满足阻燃、环保及透明性的要求,但是成本较高;磺酸盐类虽添加量小但水解不稳定而且极少量的阻燃剂在PC中难以均匀分散;磷酸酯类添加量大,有时需要和其他阻燃剂复配才能达到所需阻燃要求,并且部分产品还存在环境问题;硼系在这方面的研究也还很不充分;纳米复合及其他无机体系对材料的透明性影响较大。在现代生产生活中为了提高生活质量和经济水平，合成高效、