本發(fā)明涉及發(fā)泡材料，尤其涉及一種阻燃聚碳酸酯泡沫及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚合物發(fā)泡材料已被廣泛應(yīng)用于航空航天、艦艇、軌道交通、汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、緩沖包裝、建筑等眾多領(lǐng)域，已成為人們生產(chǎn)生活必不可少的重要基礎(chǔ)化學(xué)品材料。然而，目前已商業(yè)化的聚合物發(fā)泡材料或多或少地存在不利于環(huán)保、性能較差、火安全性低等諸多方面的問(wèn)題，很多難以滿足不斷發(fā)展的新需求。其中，隨著電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)和使用的快速發(fā)展，電動(dòng)車(chē)的電池安全在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。由于電池故障通常與機(jī)械-熱的耦合行為有關(guān)，迫切需要一種需要低密度（輕質(zhì)）、高機(jī)械強(qiáng)度（防止機(jī)械沖擊）、高耐熱、低熱導(dǎo)率（避免熱失控），同時(shí)還具有高火安全性的多功能隔熱材料。目前，開(kāi)發(fā)新型、環(huán)保、高性能的聚合物發(fā)泡材料已成為高分子材料加工與成型學(xué)科的一個(gè)重要發(fā)展方向。

2、聚碳酸酯（polycarbonate，pc）作為五大工程塑料之一，商業(yè)上應(yīng)用最廣的是雙酚a型聚碳酸酯，即bpa-聚碳酸酯（以下簡(jiǎn)稱(chēng)聚碳酸酯），其綜合性能優(yōu)良，具有力學(xué)性能均衡、尺寸穩(wěn)定性好、易著色、耐老化性能與電絕緣性能優(yōu)異等特點(diǎn)。此外，與普通熱塑性樹(shù)脂相比，聚碳酸酯本身的阻燃性能較好，垂直燃燒能夠達(dá)到ul-94?v-2級(jí)別，極限氧指數(shù)（loi）可達(dá)到26-28?%；添加一定量阻燃劑后，可得到具有良好阻燃性能的聚碳酸酯材料。因此，聚碳酸酯材料被廣泛應(yīng)用于電子、電器、航空航天、機(jī)械、汽車(chē)、紡織、輕工及建筑行業(yè)中；聚碳酸酯可作為制備新型、高性能、高火安全性泡沫材料的基體之一。

3、然而，由于pc分子鏈具有良好的對(duì)稱(chēng)性和規(guī)整性，在sc-co2發(fā)泡時(shí)，co2的增塑作用提高了pc分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力，導(dǎo)致pc分子鏈重排結(jié)晶，在加入添加劑后，添加劑作為成核位點(diǎn)進(jìn)一步加快pc的成核結(jié)晶，這使得pc發(fā)泡性能變差，甚至變得難以發(fā)泡。為了聚碳酸酯泡沫制備中避免結(jié)晶等影響，申請(qǐng)人團(tuán)隊(duì)前期開(kāi)發(fā)了一種聚碳酸酯泡沫材料的制備方法，具體方法是在封閉的容器中，在物理發(fā)泡劑和5~60mpa條件下，對(duì)聚碳酸酯原料進(jìn)行發(fā)泡處理（參見(jiàn)公布號(hào)為cn?116690882?a的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)）。該技術(shù)主要用模內(nèi)成型的方法，制備得到了聚碳酸酯珠粒成型泡沫。該方法的模內(nèi)成型不僅有效避免結(jié)晶對(duì)發(fā)泡性能的限制，還可以一步成型，但是其制備泡沫材料的密度較高，且泡沫均一性有待進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種阻燃聚碳酸酯泡沫及其制備方法，本發(fā)明提供的聚碳酸酯泡沫材料具有輕質(zhì)、良好的泡沫均一性、高阻燃性等特點(diǎn)，利于應(yīng)用。

2、本發(fā)明提供一種阻燃聚碳酸酯泡沫的制備方法，包括以下步驟：

3、將pc原料與可選的阻燃劑熔融混合后得到pc/阻燃劑共混物，并加工成pc/阻燃劑共混物板材；

4、將所述pc/阻燃劑共混物板材在物理發(fā)泡劑和高溫條件下進(jìn)行飽和，所述高溫條件的溫度為180~240℃，所述飽和的壓力為5~30mpa，飽和后降溫，所述降溫的溫度降至150~180℃，溫度平衡5~60min；溫度平衡后進(jìn)行泄壓發(fā)泡，所述泄壓發(fā)泡的發(fā)泡倍率為4倍以上，得到阻燃聚碳酸酯泡沫。

5、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述pc原料為脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯和脂肪族-芳香族聚碳酸酯中的一種或多種。

6、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述阻燃劑為硅系阻燃劑、硼系阻燃劑、磺酸鹽系阻燃劑、磷系阻燃劑、金屬氫氧化物阻燃劑、膨脹石墨阻燃劑和碳納米管阻燃劑中的一種或多種，優(yōu)選為硅系阻燃劑或磺酸鹽系阻燃劑。

7、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述阻燃劑的質(zhì)量為pc原料質(zhì)量的30%以內(nèi)，優(yōu)選為1-20%，更優(yōu)選為2-10%。

8、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述pc/阻燃劑共混物還包含聚四氟乙烯抗滴落劑。

9、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述熔融混合的溫度為200~300℃、優(yōu)選為240~280℃，并通過(guò)平板熱壓或板材擠出的方式，加工形成厚度在20mm以內(nèi)的pc/阻燃劑共混物板材。

10、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述物理發(fā)泡劑為氮?dú)夂?或二氧化碳，優(yōu)選為二氧化碳。

11、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述高溫條件的溫度為180~240℃、優(yōu)選為200~220℃，所述飽和的壓力為6~15mpa、優(yōu)選為8~12mpa，所述飽和的時(shí)間為60~300min、優(yōu)選為70~180min、更優(yōu)選為90~150min。

12、在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述降溫的溫度降為150~180℃、優(yōu)選為155~165℃，溫度平衡5~60min、優(yōu)選為10~30min。

13、本發(fā)明提供一種阻燃聚碳酸酯泡沫，其由前文所述的制備方法得到，極限氧指數(shù)在24.8以上、優(yōu)選在26~27以上。

14、基于高溫下聚碳酸酯難以有效形成結(jié)晶等特性，本發(fā)明提出了高溫飽和——降溫發(fā)泡一鍋法制備阻燃聚碳酸酯復(fù)合泡沫。該方法可先加工形成pc/阻燃劑共混物板材，而后通過(guò)在特定高溫下進(jìn)行飽和，能夠抑制飽和過(guò)程中聚碳酸酯結(jié)晶的形成，并且高溫時(shí)物理發(fā)泡劑具有更快的擴(kuò)散速度，可以縮短飽和時(shí)間，飽和后快速降溫至適合發(fā)泡的溫度進(jìn)行發(fā)泡，從而制備得到了具有高發(fā)泡倍率（可達(dá)20倍）、且性能優(yōu)異的阻燃聚碳酸酯復(fù)合泡沫材料。本發(fā)明的阻燃聚碳酸酯（pc）泡沫材料的制備方法，避免了現(xiàn)有制備聚碳酸酯泡沫方法中co2飽和過(guò)程因增塑誘導(dǎo)pc的結(jié)晶，同時(shí)利用高溫條件下物理發(fā)泡劑更快的擴(kuò)散速率縮短飽和時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。該方法過(guò)程簡(jiǎn)單，效率高，綠色環(huán)保，有利于大規(guī)模生產(chǎn)加工。本發(fā)明的阻燃聚碳酸酯（pc）泡沫材料具有耐溫、高阻燃性、良好的機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)材料、汽車(chē)、航空航天等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種阻燃聚碳酸酯泡沫的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述pc原料為脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯和脂肪族-芳香族聚碳酸酯中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述阻燃劑為硅系阻燃劑、硼系阻燃劑、磺酸鹽系阻燃劑、磷系阻燃劑、金屬氫氧化物阻燃劑、膨脹石墨阻燃劑和碳納米管阻燃劑中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述阻燃劑的質(zhì)量為pc原料質(zhì)量的30%以內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述pc/阻燃劑共混物還包含聚四氟乙烯抗滴落劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述熔融混合的溫度為200~300℃，并通過(guò)平板熱壓或板材擠出的方式，加工形成厚度在20mm以內(nèi)的pc/阻燃劑共混物板材。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述物理發(fā)泡劑為氮?dú)夂?或二氧化碳。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述高溫條件的溫度為200~220℃，所述飽和的壓力為6~15mpa，所述飽和的時(shí)間為60~300min。

9.一種阻燃聚碳酸酯泡沫，其特征在于，由權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法得到，極限氧指數(shù)在24.8以上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種阻燃聚碳酸酯泡沫及其制備方法，屬于發(fā)泡材料領(lǐng)域，該方法包括：將PC原料與可選的阻燃劑熔融混合后得到PC/阻燃劑共混物，并加工成PC/阻燃劑共混物板材；將PC/阻燃劑共混物板材在物理發(fā)泡劑和高溫條件下進(jìn)行飽和，高溫溫度為180~240℃，飽和的壓力為5~30MPa，飽和后一定條件下降溫，溫度平衡后進(jìn)行泄壓發(fā)泡，得到阻燃聚碳酸酯泡沫。本發(fā)明避免了現(xiàn)有制備中因增塑誘導(dǎo)PC的結(jié)晶導(dǎo)致發(fā)泡困難的問(wèn)題，同時(shí)利用高溫條件下物理發(fā)泡劑更快的擴(kuò)散速率縮短飽和時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。該方法過(guò)程簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，有利于大規(guī)模生產(chǎn)加工；所述的阻燃PC泡沫材料具有耐溫、隔熱、高阻燃性、良好的機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：唐濤,張錦文,李明罡,劉杰,李聶鑫,姜治偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2