一种高遮光薄壁阻燃PC材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高遮光薄壁阻燃PC材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着高新技术的发展，光电技术已经应用到各行各业，给人们带来各种便利。但由于常规聚碳酸酯(Polycarbonate，缩写PC)遮光性能差，还不能满足电子照明领域的特殊需求，比如LED显示器和LCD显示器的某些部件要求高的遮光性、门铃某些部件要求的高遮光性。因此，需要对PC进行改性，提高其遮光性能。
在应用光电技术时，往往需要降低或阻止光线的透过，遮光性功能化塑料也因此应运而生。遮光塑料具有阻止光线透过的性能，已在多个领域得到应用，如汽车仪表盘、液晶显示屏背光板、LED灯等要求遮光的外壳产品。
目前市场上一些流行的LED灯(如射灯)会使用遮光材料，对不必要发光的部位进行遮光处理，遮光材料的发展历程是金属板，金属箔复合塑料片，塑料片的金属蒸镀品，发泡拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，因为这些材料遮光性好，金属材料除金属质感外，还可喷涂不同的颜色，但这些片材不易形成模塑制品，而且加工繁琐，目前技术发展焦点的遮光聚碳酸酯(光反射PC)，遮光PC比金属材料的加工和设计自由度要好。
聚碳酸酯是在分子主链中含有碳酸酯的高分子化合物的总称。聚碳酸酯具有突出的冲击韧性和尺寸稳定性，优良的力学性能、电绝缘性能，使用温度范围宽，良好的耐蠕变性、耐候性，低吸水性，无毒性，自熄性，是一种综合性能优良的工程塑料。但由于聚碳酸酯是非晶聚合物，纯净聚碳酸酯无色、透明，具有良好的透过可见光的能力，可很好的应用于LED照明领域。
常规PC材料为透明材料，添加一般填料如碳酸钙也无法达到遮光效果，使用过程中会出现漏光等现象，通过添加高遮光的填料从而达到良好的遮光效果，可是如果这些遮光填料添加过多，会造成材料的力学性能严重下降，对材料后续的使用会产生不良的影响。
对于LED照明领域很多材料在遮光的同时又需要阻燃要求，当一些阻燃剂添加量过多对材料的力学性能有很大的影响，这时候就需要研究阻燃与遮光对材料力学性能的平衡，让材料在有良好遮光性能的同时又能具有薄壁阻燃的效果。
公开号为CN%20110734635%20A的专利说明书公开了一种遮光耐高温的阻燃PC材料，由以下重量份数的组分组成：聚碳酸酯树脂60～80份、抗冲改性剂5～10份、遮光剂10～20份、阻燃剂5～10份、阻燃协效剂0.4～0.6份、抗氧剂0.1～0.3份、热稳定剂0.1～0.3份、加工助剂0.2～0.6份、硅油0.1～0.6份。该专利技术的主阻燃剂为无机阻燃剂，添加量大，会明显降低材料的冲击性能，所以需要加入较高含量的冲击改性剂，也增加了材料的成本，同时随着遮光剂含量的增加，也无法实现1.0mm的薄壁阻燃效果。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种高遮光薄壁阻燃PC材料，具有高遮光性能的同时，又能保持良好的力学性能，并通过选用合适的阻燃剂，在很薄的制件情况下，也具有很好的阻燃效果。
一种高遮光薄壁阻燃PC材料，以总质量为100％计，原料组成包括：
所述阻燃剂A为磺酸盐类阻燃剂、硅系阻燃剂中的至少一种；
所述阻燃剂B为有机阻燃剂，具体为磷系阻燃剂、溴系阻燃剂中的至少一种；
所述分散剂为硅酮母粒。
试验发现，遮光填料的增加虽然会提高遮光效果，但是会降低材料的力学性能和薄壁阻燃效果，而这两个性能对于PC材料在LED照明遮光领域中的应用至关重要。因此，本发明优化原料组分和配比，使所得PC材料在添加高遮光粉的含量下仍保持良好的力学性能和薄壁阻燃性能。
作为优选，所述阻燃剂A为硅系阻燃剂，阻燃剂B为溴系阻燃剂。在本发明PC材料体系中，这两种优选的阻燃剂复配具有最佳的阻燃效果。
作为优选，所述PC树脂在300℃、1.2kg条件下的熔融指数为15～25g/10min。
作为优选，所述遮光填料为金红石型二氧化钛、硫化锌、硅土中的至少一种。
作为优选，所述增韧剂为ABS高胶粉、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)、ACR(丙烯酸脂共聚物)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)中的至少一种。
作为优选，所述抗氧剂由主抗氧剂(优选抗氧剂1076)和辅助抗氧剂(优选抗氧剂168)按质量比1:1复配而成。
作为优选，所述润滑剂为脂肪酸酰胺、脂肪酸酯、石蜡、聚乙烯蜡中的至少一种。所述脂肪酸酯优选为硬脂酸酯。
作为优选，所述紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。
作为优选，所述抗滴落剂为用SM(苯乙烯)/MMA(甲基丙烯酸甲酯)组合物来包覆PTFE(聚四氟乙烯)的抗滴落剂，为熔融指数大于20g/10min的高流动性白色颗粒，粒径为0.1-0.5μm，PTFE含量为40-60wt％。
作为优选，所述硅酮母粒的团聚体粒径为400-800nm，所述硅酮母粒中硅酮含量≥80wt％。
以上优选组合得到的PC材料同时具有极佳的遮光性能、力学性能和薄壁阻燃效果，特别适用于LED照明遮光领域中的应用。
本发明还提供了所述的高遮光薄壁阻燃PC材料的优选制备方法，包括：将所有原料充分干燥后混匀加入到双螺杆挤出机中挤出，螺杆转速为300～400rpm，挤出温度为240～265℃，挤出物经水槽冷却后切粒包装得到所述高遮光薄壁阻燃PC材料。
本发明PC材料原料配方结合上述优选转速、温度的制备工艺，所得PC材料遮光性能、力学性能和薄壁阻燃效果等综合性能最佳。
本发明所述高遮光薄壁阻燃PC材料具有优良遮光效果的同时，还具有高的阻燃效果，力学性能优异，易成型加工，所制备PC复合材料可用于汽车仪表盘、液晶显示屏背光板、LED灯等外壳产品。
本发明还提供了所述的高遮光薄壁阻燃PC材料在LED照明遮光领域中的应用，如用于制备指示灯路牌、遮光板等。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
1、本发明所述的高遮光薄壁阻燃PC材料在添加高遮光粉的含量下仍然能保持很好的力学性能，通过添加特殊种类、合适量的增韧剂和分散剂，二者协同，在材料加工过程中使得遮光粉能在基体中有良好的分散，从而保证力学性能维持在高水平。试验发现，增韧剂和分散剂两者缺一不可，否则所得PC材料的缺口冲击强度等力学性能下降非常明显。
2、本发明所述的高遮光薄壁阻燃PC材料，通过阻燃体系种类、配比的优化设计在高遮光的同时仍然具有薄壁阻燃效果。本发明通过不同阻燃剂的复配，添加量少，阻燃效率高，且对力学性能降低影响小，同时加入硅酮类分散剂使得遮光剂能更好的分散，即使加入20％的遮光剂，缺口冲击强度也能保持在50KJ/m2以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
本发明各实施例和对比例所采用的原料种类、厂家、牌号等信息如下：
PC树脂，科思创聚合物(中国)有限公司，PC2400；
遮光填料，金红石型二氧化钛；
增韧剂，MBS；
抗氧剂，抗氧剂1076与抗氧剂168按照1:1的质量比例复配而成；
润滑剂，季戊四醇硬脂酸酯(PETS)；
紫外线吸收剂，2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑；
阻燃剂A，有机倍半硅氧烷阻燃剂Si9800；
阻燃剂B，溴代三嗪阻燃剂FR245；
抗滴落剂，为用SM/MMA组合物来包覆PTFE的抗滴落剂，为熔融指数大于20g/10min的高流动性白色颗粒，粒径为0.2μm，PTFE含量为50wt％，具体采用TS-30A，深圳惠泽源化工有限公司；
分散剂，为硅酮母粒，所述硅酮母粒的团聚体粒径为400-800nm，所述硅酮母粒中硅酮含量85wt％。
本发明各实施例和对比例的PC材料原料配比如表1所示，制备方法包括：
1、将所需的原材料充分干燥。
2、将不同比例的PC原材料与所需的遮光助剂以及其它助剂等原料放入搅拌锅里搅拌5分钟，让其充分混合均匀。
3、将充分混合均匀的混合料加入双螺杆挤出机中，挤出，转速为300～400转/min，温度240～265℃，经水槽冷却后切粒包装得到PC材料。
表1
本发明各实施例和对比例的PC材料性能测试结果如表2所示。
表2
从表1、2中可以看到，实施例3中在遮光剂的含量为20wt％的时候，表现出优异的遮光效果。从表中的实施例1、2中可以看出随着遮光剂含量的增加，阻燃效果变差，而且从对比例1、2中只添加其中一种阻燃剂可以看出，单纯的添加一种阻燃剂是无法达到V0的阻燃等级。在对比例3中不加增韧剂和分散剂，发现材料的缺口冲击强度下降明显。
综合以上数据，本发明的遮光薄壁阻燃PC材料的缺口冲击强度可保持在50KJ/m2以上，遮光效果优良。本发明的高遮光PC具有良好的力学性能、冲击强度，可广泛用于液晶显示器反射板、LED灯底座等。本发明工艺简单，通过加入少量的分散剂实现对钛白粉遮光剂的良好处理效果，从而保证PC材料在高遮光剂含量下仍有优异的缺口冲击强度等力学性能，同时通过两种阻燃剂的复配使用达到薄壁阻燃效果。本发明的遮光薄壁阻燃PC材料综合性能优异，有广泛的应用前景。
综上，本发明在高遮光的同时引入了含硅阻燃剂，在添加量极少的情况下取得很好的阻燃效果，同时为了能够达到薄壁阻燃效果又引入了溴代三嗪类阻燃剂，通过与硅系复配，使得材料即使在1.0mm时候也能达到V0级。在配方中为了让遮光剂能良好的分散，加入了硅酮类分散剂，通过配方的组合与优化使得材料即使加入20wt％的遮光剂，缺口冲击强度也能保持在50KJ/m2以上。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
