朱明源，周海堤

(上海日之升科技有限公司，上海 201109)

0　前言

聚碳酸酯(PC)是一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料，由于其具有優(yōu)異的外觀品質(zhì)、高抗沖擊性能、高耐熱、良好的尺寸穩(wěn)定性與電絕緣性，因而廣泛應(yīng)用于電子電氣、汽車等領(lǐng)域。

但隨著汽車、電子電氣領(lǐng)域的高速發(fā)展，對材料的要求也越來越嚴(yán)格，許多應(yīng)用室外的塑料制品，往往面臨日曬、雨淋等復(fù)雜多變的自然環(huán)境，對材料的耐光、耐潮等耐候性能提出了較嚴(yán)苛的要求。聚碳酸酯本身有一定的耐光、耐潮性能，但若長期在室外使用，材料會因光照或水解等作用出現(xiàn)力學(xué)性能下降，同時(shí)其表面會失去光澤、泛黃，甚至產(chǎn)生粉化或者龜裂，因此需對材料耐光、耐水解等耐候性能深入研究[1-2]。

本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，探討了不同種類抗沖擊改性劑、不同種類阻燃劑、不同種類紫外線吸收劑、不同種類抗水解助劑對阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　實(shí)驗(yàn)原料

聚碳酸酯：2805，德國拜耳材料科技公司；

聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核殼共聚物(MBS)：EXL-2691A，美國羅門哈斯公司；

聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-苯乙烯核殼共聚物(ACR)：M-577，日本鐘淵化學(xué)工業(yè)株式會社；

聚甲基丙烯酸甲酯-有機(jī)硅氧烷-丙烯酸酯核殼共聚物(MSiA)：S2030，日本三菱麗陽株式會社；

溴化聚碳酸酯阻燃劑：BC-58，美國大湖公司；

磷腈類阻燃劑：SPB-100，日本大塚化學(xué)株式會社；

苯并三唑類紫外線吸收劑：Tinuvin 234，德國巴斯夫公司；

三嗪類紫外線吸收劑：Tinuvin 1577，德國巴斯夫公司；

氰基丙烯酸酯類紫外線吸收劑：Uvinul 3030，德國巴斯夫公司；

單體碳化二亞胺抗水解劑：StabaxolⅠ，德國朗盛化學(xué)公司；

聚合碳化二亞胺抗水解劑：Stabaxol P100，德國朗盛化學(xué)公司；

環(huán)氧類抗水解劑：SAG-005，佳易容相容劑江蘇有限公司。

1.2　儀器和設(shè)備

高速混合機(jī)：SHR-25A，張家港市貝斯特機(jī)械有限公司；

雙螺桿擠出機(jī)：KS-36，昆山科信橡塑機(jī)械有限公司；

注塑機(jī)：UN120SN，廣東伊之密精密機(jī)械有限公司；

塑料擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)：ZBC7251-B，美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司；

氙燈加速老化實(shí)驗(yàn)機(jī)：Ci4000+，美國亞太拉斯公司；

智能數(shù)顯恒溫油水浴鍋：WO-5L，上?？旗Z儀器設(shè)備有限公司。

1.3　試樣制備

將烘干的PC原料與抗沖擊改性劑、阻燃劑、紫外線吸收劑以及抗水解劑等助劑在高速混合機(jī)充分混合均勻，然后利用雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒，控制擠出機(jī)各段螺桿溫度為250～260 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為300～400 r/min。制得的粒料在120 ℃干燥箱中干燥3～4 h，最后利用注塑機(jī)在270～280 ℃下注塑成標(biāo)準(zhǔn)測試樣條。

1.4　性能測試

懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按ASTM D256測試，樣條尺寸為64 mm×12.7 mm×3.2 mm，缺口為45°V型缺口；

耐候性能按UL 746C測試，包括耐光性能測試和耐水性能測試。耐光性能測試按ASTM G155進(jìn)行，光譜輻照度為0.5 W(340 nm)，黑標(biāo)溫度為(65±3)℃，試驗(yàn)箱溫度為(38±3)℃，相對濕度為(50±10)%，每次淋水時(shí)間為18 min，兩次淋水之間的無水時(shí)間為102 min，如此反復(fù)循環(huán)持續(xù)進(jìn)行1 000 h。耐水性能測試是將標(biāo)準(zhǔn)測試樣條浸于(70±1)℃的蒸餾水中7 d(168 h)，前5天每天換一次水，浸泡完成后將測試樣條放在(23±2)℃的蒸餾水中再浸泡30 min，然后立即進(jìn)行力學(xué)性能測試。

2　結(jié)果與討論

2.1　不同種類抗沖擊改性劑對阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影響

本實(shí)驗(yàn)固定磷腈類阻燃劑SPB-100質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，分別研究了3種不同種類抗沖擊改性劑對阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影響，不同種類的抗沖擊改性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%。

從表1中可以看出：添加以丁二烯橡膠為核的MBS抗沖擊改性劑的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最差，耐水性能較好，這可能由于丁二烯橡膠中不飽和雙鍵耐光性能較差造成的；添加以丙烯酸酯橡膠為核的ACR抗沖擊改性劑的阻燃聚碳酸酯材料耐光性較好，但耐水性能最差，這可能是由于丙烯酸酯橡膠易水解造成的；添加以硅橡膠為核的MSiA抗沖改性劑的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能和耐水性能均較好，這可能是由于硅橡膠既不含耐光性能較差的不飽和雙鍵，也不易水解的原因[3]。

表1　不同種類抗沖擊改性劑對阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影響

2.2　不同種類阻燃劑對阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影響

本實(shí)驗(yàn)固定抗沖擊改性劑S2030質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%，根據(jù)以前實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，聚碳酸酯常用阻燃劑中磺酸鹽類和有機(jī)硅類阻燃劑阻燃效率低，無法使含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%抗沖擊改性劑S2030的聚碳酸酯材料滿足UL94 V0級(1.6 mm)的要求。溴化聚碳酸酯阻燃劑BC-58與磷腈類阻燃劑SPB-100阻燃效率高且相近，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%相應(yīng)的阻燃劑均能使含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%抗沖擊改性劑S2030的聚碳酸酯材料滿足UL94 V0級(1.6 mm)的要求。故以下實(shí)驗(yàn)分別研究BC-58和SPB-100兩種不同種類阻燃劑對阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影響，不同種類的阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為6%。

表2　不同種類阻燃劑對阻燃聚碳酸酯材料耐候性能的影響

從表2中可以看出，添加磷腈類阻燃劑SPB-100的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能與耐水性能均明顯好于添加溴化聚碳酸酯阻燃劑BC-58的阻燃聚碳酸酯材料，這可能是由于溴系阻燃劑易受紫外線和水的作用分解而產(chǎn)生溴自由基或其他酸性物質(zhì)，從而進(jìn)一步引發(fā)聚碳酸酯降解的原因造成的[4]。

2.3　不同種類紫外線吸收劑對阻燃聚碳酸酯材料耐光性能的影響

本實(shí)驗(yàn)固定磷腈類阻燃劑SPB-100質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，抗沖擊改性劑S2030質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%，分別研究3種不同種類紫外線吸收劑對阻燃聚碳酸酯材料耐光性能的影響，不同種類的紫外線吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.5%。

從表3中可以看出：添加苯并三唑類紫外線吸收劑Tinuvin 234的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最差，添加三嗪類紫外線吸收劑Tinuvin 1577的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能明顯好于添加Tinuvin 234的阻燃聚碳酸酯材料，這可能是由于Tinuvin 1577除了在長波紫外線UVA(波長320～400 nm)區(qū)域有與Tinuvin 234相近的吸收能力之外，在中波紫外線UVB(波長280～320 nm)區(qū)域有明顯優(yōu)于Tinuvin 234的吸收能力[5]；添加氰基丙烯酸酯類紫外線吸收劑Uvinul 3030的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最好，這可能是由于氰基丙烯酸酯類紫外線吸收劑與聚碳酸酯相容性較好的原因。

表3　不同種類紫外線吸收劑對阻燃聚碳酸酯材料耐光性能的影響

2.4　不同種類抗水解助劑對阻燃聚碳酸酯材料耐水性能的影響

本實(shí)驗(yàn)固定磷腈類阻燃劑SPB-100質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，抗沖擊改性劑S2030質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%，分別研究3種不同種類抗水解助劑對阻燃聚碳酸酯材料耐水性能的影響，不同種類的抗水解助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為2%。

從表4中可以看出：添加環(huán)氧類抗水解劑SAG-005的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最差；添加單體碳化二亞胺抗水解劑StabaxolⅠ的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能略好于添加SAG-005的阻燃聚碳酸酯材料；添加聚合碳化二亞胺抗水解劑Stabaxol P100的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最好。這可能是由于環(huán)氧類抗水解劑SAG-005只能起到單一的擴(kuò)鏈作用，而碳化二亞胺類抗水解劑StabaxolⅠ與Stabaxol P100不僅能起到擴(kuò)鏈作用，還能與PC水解產(chǎn)物反應(yīng)生成對材料穩(wěn)定性沒有負(fù)作用的化合物，從而阻止水解反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生，因而添加碳化二亞胺類抗水解劑StabaxolⅠ與Stabaxol P100的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能更好；同時(shí)由于PC加工溫度較高，聚合型碳化二亞胺抗水解劑Stabaxol P100熱穩(wěn)定性更好，不易因高溫而失效，因而添加聚合碳化二亞胺抗水解劑Stabaxol P100的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最好[6]。

表4　不同種類抗水解助劑對阻燃聚碳酸酯材料耐水性能的影響

3　結(jié)論

(1)添加以丁二烯橡膠為核的MBS抗沖擊改性劑的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最差，耐水性能較好；添加以丙烯酸酯橡膠為核的ACR抗沖擊改性劑的阻燃聚碳酸酯材料耐光性較好，但耐水性能最差；添加以硅橡膠為核的MSiA抗沖改性劑的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能和耐水性能均較好。

(2)添加磷腈類阻燃劑SPB-100的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能與耐水性能均明顯好于添加溴化聚碳酸酯阻燃劑BC-58的阻燃聚碳酸酯材料。

(3)添加苯并三唑類紫外線吸收劑Tinuvin 234的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最差；添加三嗪類紫外線吸收劑Tinuvin 1577的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能明顯好于添加Tinuvin 234的阻燃聚碳酸酯材料；添加氰基丙烯酸酯類紫外線吸收劑Uvinul 3030的阻燃聚碳酸酯材料耐光性能最好。

(4)添加環(huán)氧類抗水解劑SAG-005的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最差；添加單體碳化二亞胺抗水解劑StabaxolⅠ的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能略好于添加SAG-005的阻燃聚碳酸酯材料；添加聚合碳化二亞胺抗水解劑Stabaxol P100的阻燃聚碳酸酯材料耐水性能最好。