具体实施方式
以下将详细说明本发明。首先,说明根据本发明的树脂组合物的组分。
(A)高流动性聚碳酸酯树脂(第一聚碳酸酯树脂)
作为本发明树脂组合物的组分,芳族聚碳酸酯树脂可通过化学式1表示的二酚与碳酰氯、卤代甲酸酯或碳酸氢盐(dicarbonate)反应制得。
<化学式1>
(其中A表示单键、C1~C5-烷撑基、C1~C5-烷叉基、C5和C6-环亚烷叉基、-S-或SO2)
化学式1所示二酚的实例非限制性包括4,4′-二羟基联苯、2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷、2,4-双-(4-羟苯基)-2-甲基丁烷、1,1-双-(4-羟苯基)-环己烷、2,2-双-(3-氯-4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二氯-4-羟苯基)-丙烷等。文中优选使用2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二氯-4-羟苯基)-丙烷和1,1-双-(4-羟苯基)-环己烷,并更优选使用也称作双酚A的2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷。
本发明的树脂组合物通过以下步骤制备:用重均分子量为25,000g/mol或更低的高流动性聚碳酸酯树脂(第一聚碳酸酯树脂)(A)和细丝填料(B)形成母料,随后将此母料与高分子量聚碳酸酯树脂(第二聚碳酸酯树脂)(C)共混,或将此母料与橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物和苯乙烯共聚物的母料(C′)共混。
采用重均分子量为25,000g/mol或更低的高流动性聚碳酸酯使细丝添加工艺变得容易并减少最终树脂组合物性能的降低。特别是考虑到抗冲击性和刚度,更优选高流动性聚碳酸酯树脂具有10,000~25,000g/mol的重均分子量。
(B)细丝填料
作为填料以改善本发明树脂组合物刚度的细丝纤维的实例包括长细丝玻璃纤维、长碳细丝纤维、长玄武岩细丝纤维、长金属细丝纤维、长细丝硼纤维、长细丝芳族聚酰胺纤维、长细丝天然纤维等,并根据最终产品性能可单独使用或组合使用。
以100重量份的组合物计,本发明的聚碳酸酯树脂组合物优选包括1~70重量份的细丝填料,所述组合物包括高流动性聚碳酸酯树脂(第一碳酸酯树脂)、细丝填料,和高分子量聚碳酸酯树脂(第二聚碳酸酯树脂)或者橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物树脂和苯乙烯共聚物树脂。此含量的细丝填料提供良好的模制效率和优异的刚度增强效果。细丝填料含量可根据产品所需刚度和抗冲强度以各种比例调节,且更优选在15~60重量份的范围内。此外,细丝填料优选具有5~30mm的长度,但可根据应用目的以各种长度改进。更优选地,考虑到抗冲击性、刚度和加工性的平衡,细丝填料具有10~15mm的长度。
如上所述,细丝填料(B)用在制备本发明的树脂组合物中,以与高流动性聚碳酸酯树脂(A)一起形成长度为5~30mm的母料,并将此母料与高分子量聚碳酸酯树脂(C)共混,或与橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物和苯乙烯共聚物的母料(C′)共混。
(C)高分子量聚碳酸酯树脂(第二聚碳酸酯)
作为本发明的另一个组分,高分子量聚碳酸酯树脂不限于具体树脂,前提条件是其重均分子量大于聚碳酸酯树脂(A)的前述实例中的25,000g/mol,但优选包括由2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷形成的双酚A。这是工业应用中使用最广泛的芳族聚碳酸酯树脂。
重均分子量大于25,000g/mol的聚碳酸酯树脂能消除与高粘度有关的加工困难,并不会降低最终产品的性能。特别是考虑到抗冲击性和刚度,更优选高分子量聚碳酸酯树脂具有27,000~45,000g/mol的重均分子量。
用于制备本发明的树脂组合物的高分子量聚碳酸酯树脂可具有分子链并通过加入相对于聚合用二酚的总量为0.05~2mol%的三价或更高价的多官能化合物,例如具有三价或更高价酚基的化合物来制备。
此外,高分子量聚碳酸酯树脂可以以单独的均聚碳酸酯或共聚碳酸酯使用,或以均聚碳酸酯和共聚碳酸酯的共混物形式使用。
(C′)橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物树脂和苯乙烯共聚物树脂
(C′-1)橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物树脂
用于制备本发明的树脂组合物的苯乙烯接枝共聚物树脂(C′-1)通过5~95重量份的单体混合物(C′-1-1)和5~95重量份的聚合物(C′-1-2)的接枝聚合得到,其中单体混合物(C′-1-1)由50~95重量份的苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤代或烷基取代苯乙烯或它们的混合物(C′-1-1.1)和5~50重量份的丙烯腈、甲基丙烯腈、C1~C4烷基-或苯基N-取代的马来酰亚胺或它们的混合物组成,且其中聚合物(C′-1-2)选自由丁二烯橡胶、丙烯酸橡胶、乙烯/丙烯橡胶、苯乙烯/丁二烯橡胶、丙烯腈/丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯烃三元聚合物(EPDM)、聚有机硅氧烷/聚(甲基)丙烯酸烷基酯橡胶和它们的混合物组成的组中。
苯乙烯接枝共聚物树脂优选由苯乙烯和丙烯腈单体的混合物与丁二烯橡胶、丙烯酸橡胶或苯乙烯/丁二烯橡胶接枝聚合得到,并可选自由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈(ASA)、聚碳酸酯(PC)/ABS和PC/ASA组成的组中。
橡胶(C′-1-2)的粒径优选为0.05~4μm以改善模制品的抗冲强度和表面性能。
本领域普通技术人员公知的任何方法可用于制备上述接枝共聚物树脂,并可选自乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合或本体聚合。理想地,在橡胶聚合物的存在下将乳液聚合或本体聚合与前述芳族乙烯基单体和聚合引发剂一起使用。
以100重量份的组合物计,本发明的聚碳酸酯树脂组合物可包括5~50重量份的橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物树脂(C′-1),所述组合物包括高流动性聚碳酸酯树脂(A)、橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物树脂(C′-1)和苯乙烯共聚物树脂(C′-2)。具有此含量聚碳酸酯树脂的树脂组合物可呈现出优异的机械强度和流动性。
(C′-2)苯乙烯共聚物树脂
用于制备本发明树脂组合物的苯乙烯共聚物树脂(C′-2-1)包括苯乙烯共聚物或其混合物,其中苯乙烯共聚物通过将50~95重量份的苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤代或烷基取代的苯乙烯或它们的混合物(C′-2-1)与5~50重量份的丙烯腈、甲基丙烯腈、C1~C4烷基-或苯基环上取代的马来酰亚胺或它们的混合物(C′-2-2)共聚得到。
热塑性苯乙烯共聚物树脂(C′-2)也可作为制备接枝共聚物(C′-1)中的副产物得到。特别是当接枝少量橡胶共聚物和过量单体混合物时,或当使用过量的链转移剂作为分子量控制剂时,制得大量热塑性苯乙烯共聚物树脂(C′-2)。用于制备本发明树脂组合物的苯乙烯共聚物树脂(C′-2)的含量不包括接枝共聚物(C′-1)的副产物。苯乙烯共聚物树脂为热塑性树脂,且不含橡胶聚合物。
优选的苯乙烯共聚物树脂由苯乙烯和丙烯腈的单体混合物、α-甲基苯乙烯和丙烯腈的单体混合物,或苯乙烯、α-甲基苯乙烯和丙烯腈的单体混合物制得。
苯乙烯共聚物树脂可通过乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合或本体聚合制备,并可单独使用或以其中的两种或更多种的混合物形式使用。
同时,用于制备苯乙烯共聚物树脂的苯乙烯单体可用α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、2,4-二甲基苯乙烯和诸如α-甲基苯乙烯等取代的苯乙烯单体替代。
以100重量份的组合物计,本发明的聚碳酸酯树脂组合物可包括5~60重量份的苯乙烯共聚物(C′-2),所述组合物包括聚碳酸酯树脂(A)、橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物树脂(C′-1)和苯乙烯共聚物树脂(C′-2)。具有此含量的树脂组合物可呈现出优异的流动性和机械强度。
同时,高流动性聚碳酸酯树脂(A)与高分子量聚碳酸酯树脂(C)的比例不限于具体值,但考虑到最终产品的抗冲强度、挠曲强度和注射加工性的平衡,优选设定为具有20,000~35,000g/mol的重均分子量。
另外,本发明的树脂组合物可包含添加剂,例如滑石、二氧化硅、云母、氧化铝等。这些无机填充材料的加入可改善诸如机械强度、热变形温度(HDT)等性能。此外,所述树脂组合物可进一步包括紫外线吸收剂、热稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂、润滑剂、染料和/或颜料等。这些添加剂的使用和用量是本领域普通技术人员已知的。
在制备根据本发明的用细丝增强的聚碳酸酯树脂组合物的方法中,使用采用特制成束纤维股的玻璃粗纺装置,以用细丝填料来填充树脂。
常规的纤维填充方法是将3~5mm长的填料和树脂混合加到挤出机的同一入口或加到用于制备的不同入口。同时,采用成束纤维股的玻璃粗纺装置通过使粗纱填料连续渗入熔融树脂材料进行填充。此时,取决于熔融树脂材料的粘度,根据所需粗纱长度,填充的纤维可制成几乎无限长。
优选地,将通过玻璃粗纺装置制得的母料制成纤维长度为5~30mm,优选10~15mm的颗粒状物。在5~30mm的范围内,树脂具有优异的刚度和出色的抗冲击性增强效果,并不会使制造变复杂。
所述母料与高分子量聚碳酸酯树脂干混,或与橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物树脂和苯乙烯共聚物树脂的第二母料干混,从而制得呈现出改善的抗冲击性和刚度的本发明的树脂组合物。
根据本发明的树脂组合物可具有以下结构,其中覆有高流动性聚碳酸酯树脂(第一聚碳酸酯树脂)的细丝填料的表面与高分子量聚碳酸酯树脂(第二聚碳酸酯树脂)共混,或与橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物和苯乙烯共聚物的混合物共混。
总之,制备本发明的聚碳酸酯树脂组合物的方法可通过在树脂中有效填充细丝填料来改善聚碳酸酯树脂组合物的刚度和抗冲击性,因而其可用于制造诸如移动产品、电子元件等各种模制品。
如上所述,由于用细丝增强的聚碳酸酯树脂组合物提供了很好的刚度和冲击强度,其能用于制造诸如移动产品、电子元件等各种模制品。
以下将参照示例性实施方式详细说明本发明。在此,以下示例性实施方式仅为了说明的目的给出,并不应理解成限制本发明范围。技术上对本领域技术人员显而易见的内容的说明在此省略。
首先,具体说明本发明实施方式的组分。
(A)高流动性聚碳酸酯树脂(第一聚碳酸酯树脂)
用于本发明实施方式的高流动性聚碳酸酯树脂是重均分子量为20,000~22,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯。
(B)细丝填料
用于本发明实施方式的细丝填料是美国Owens Corning公司的SE-2348(表1)和SE-2350(表2)。
(C)高分子量聚碳酸酯树脂(第二聚碳酸酯树脂)
用于本发明实施方式的高分子量聚碳酸酯树脂是重均分子量为33,000~35,000g/mol的双酚A型聚碳酸酯。
(C′-1)橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物
加入丁二烯橡胶胶乳,使得以单体的总量计,丁二烯含量为50重量份,且加入36重量份的苯乙烯、14重量份的丙烯腈和150重量份的去离子水的混合物以及添加剂,并在75℃反应5小时,从而制得ABS接枝胶乳,所述添加剂由1重量份的油酸钾、0.4重量份的异丙基苯过氧化氢和0.3重量份的硫醇链转移剂组成。将1%硫酸溶液加入聚合物胶乳中,随后经过凝固并干燥制得粉末状接枝共聚物树脂。
(C′-2)苯乙烯共聚物
将71重量份的苯乙烯、29重量份的丙烯腈和120重量份的去离子水的混合物与添加剂混合,所述添加剂由0.2重量份的偶氮二异丁腈、0.3重量份的硫醇链转移剂和0.5重量份的磷酸三钙组成,随后通过悬浮聚合制得SAN共聚物树脂。将所得共聚物洗涤、脱水并干燥制得粉末状SAN共聚物树脂。
实施例1~3
由前述组分按表1中列出的组成比(母料含量用wt%表示,所述母料含量为细丝和高流动性聚碳酸酯树脂的总量)制备树脂组合物,表1还列出了树脂组合物的性能。
通过采用成束纤维股的玻璃粗纺装置,将长细丝玻璃纤维加入到高流动性聚碳酸酯树脂中,并形成长细丝玻璃纤维增强并具有12mm最终纤维长度的聚碳酸酯树脂颗粒状物。所述母料通过干混与高分子量聚碳酸酯树脂均匀混合。用10盎司注塑机在模制温度为250~280℃且模具温度为60~90℃下对所得产物进行注塑,从而制得用于性能评价的样品。根据ASTM D256测试样品的切口Izod抗冲强度(1/8″),并根据ASTM D790测试挠曲强度。通过在样品的长度方向上对拉伸样品重复施加每秒5次的5000psi应力来进行疲劳和断裂测试,以测定疲劳和断裂最终出现时的应力循环。
实施例4~6
由前述组分按表2中列出的组成比(母料含量用wt%表示,所述母料含量为细丝和高流动性聚碳酸酯树脂的总量)制备树脂组合物,表2还列出了树脂组合物的性能。
第一母料包括高流动性聚碳酸酯树脂和细丝的母料,通过采用为细丝填充特制的成束纤维股的玻璃粗纺装置,将该第一母料制成长度为12mm的颗粒状物。用L/D=35且Y=45mm的双螺杆挤出机以250rpm的螺杆转速、约-600mmHg的第一排空压力和60kg/h的自供料速度将由橡胶改性的苯乙烯接枝共聚物和苯乙烯共聚物组成的第二母料挤出并切成颗粒状物,然后将所得颗粒状物与第一母料通过干混均匀共混。将所得颗粒状物在80℃用热空气干燥约3小时,然后用10盎司注塑机在模制温度为230~300℃且模具温度为60~90℃下进行注塑,从而制得用于性能评价的样品。根据ASTM D256测试样品的切口Izod抗冲强度(1/8″),并根据ASTM D790测试挠曲强度。
对比例1~4
由前述组分按表1中给出的对比例1~4的组成比(wt%)制备树脂组合物,表1还列出了树脂组合物的性能。对比例1~3的单一短纤维填充的聚碳酸酯树脂通过将长度为3mm且直径为12μm的短纤维(替代细丝)以与实施例1~3相同的含量加入到高流动性且高分子量聚碳酸酯树脂中制得,且通过L/D=35且Y=45mm的双螺杆挤出机以250℃的固定温度、200rpm的螺杆转速、约-600mmHg的第一排空压力和60kg/h的自供料速度挤出。将经挤出的股在水中冷却并用旋转切割机切成颗粒状物。在对比例4中,在以与实施例2相同的含量制备细丝填料、高流动性聚碳酸酯树脂和高分子量聚碳酸酯树脂之后,将高流动性聚碳酸酯树脂和高分子量聚碳酸酯树脂混合,而不进行制备母料的工艺,并通过采用成束纤维股的玻璃粗纺装置形成颗粒状物。
将制得的颗粒状物在80℃用热空气干燥约3小时,然后用10盎司注塑机在模制温度为250~280℃且模具温度为60~90℃下进行注塑,从而制得用于性能评价的样品。根据ASTM D256测试样品的切口Izod抗冲强度(1/8″),并根据ASTM D790测试挠曲强度。通过在样品的长度方向上对拉伸样品重复施加每秒5次的5000psi应力来进行疲劳和断裂测试,以测定疲劳和断裂最终出现时的应力循环。
对比例5~7
表2示出了对比例5~7的组分、组合物和性能。这些对比例通过常规单一短纤维填充法制得。详细地,如实施例中所用,将长度为3mm且直径为12μm的短纤维加入到高流动性聚碳酸酯树脂、橡胶改性的苯乙烯共聚物树脂和苯乙烯共聚物树脂中,并用L/D=35且Y=45mm的双螺杆挤出机以250rpm的螺杆转速、约-600mmHg的第一排空压力和60kg/h的自供料速度挤出。将经挤出的股在水中冷却并用旋转切割机切成颗粒状物。
将制得的颗粒状物在80℃用热空气干燥约3小时,然后用10盎司注塑机在模制温度为230~300℃且模具温度为60~90℃下进行注塑,从而制得用于性能评价的样品。根据ASTM D256测试样品的切口Izod抗冲强度(1/8″),并根据ASTM D790测试挠曲强度。
表1
表2
参照表1,对于本发明实施例和对比例的树脂组合物的组成和性能,在聚碳酸酯树脂含量相同时,细丝填充的树脂组合物(实施例1~3)比短纤维填充的树脂组合物(对比例1~3)具有更好的抗冲强度和挠曲强度。此外,随着细丝填充的树脂组合物所具有的填充细丝含量的增大(实施例1→实施例3),抗冲强度和挠曲强度增大。随着细丝含量增大,疲劳和断裂出现时的应力循环也增大。对比例4的树脂组合物由实施例2的组分和组合物通过简单挤出法而未制备母料制得,其在细丝渗入树脂方面较差,呈现出的性能比短纤维增强的树脂组合物更差。
同时,包括橡胶改性的苯乙烯共聚物和苯乙烯共聚物来替代高分子量聚碳酸酯树脂的树脂组合物所提供的结果与表1中那些组合物相近。
也就是说,如表2所示,在聚碳酸酯树脂含量相同时,细丝填充的树脂组合物(实施例4~6)比短纤维填充的树脂组合物(对比例5~7)具有更好的抗冲强度和挠曲强度。此时,随着树脂组合物中细丝量的增加(实施例4→实施例6),抗冲强度和挠曲强度也增大。
最后,用本发明的方法制备的聚碳酸酯树脂组合物提供高刚度和抗冲强度,因而可用于制造各种模制品,例如移动产品、电子元件等。
尽管上文已参照所附表格说明并示出了本发明的实施方式,应注意的是本发明不限于这些实施方式,但可以各种形式实现。此外,应理解的是本领域技术人员可进行其它更改和替换而不会背离本发明的精神和范围。因此,本发明不应理解为受前述实施方式的限制,且本发明仅由所附权利要求书的范围限制。