CN102432987A - 一种抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法，它是由聚碳酸酯、玻璃纤维、含有羟基的抗静电剂、有机阻燃剂、无机阻燃剂和助剂制备而成，本发明在聚碳酸酯复合材料中加入含有羟基的抗静电剂，抗静电剂上的羟基与玻璃纤维表面的羟基发生反应，复合材料表面出现浮纤从而提高了聚碳酸酯复合材料的抗静电效果，并且具有优异的强度、阻燃性能、流动性能等，本发明所得复合材料的表面电阻小于108Ω，因为加入的抗静电剂是非黑色的，所以复合材料中可以加入其它颜色的颜料制成所需的颜色，并且本发明的制备工艺简单、加工成本低，适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及聚碳酸酯复合材料技术领域，特别是涉及一种抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）是一种性能优良的热塑性工程塑料，具有优异的抗冲击性、耐热和耐寒性、耐蠕变性和尺寸稳定性，而且是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的材料，广泛应用于电器、汽车、机械设备等领域。目前，各大塑料原料厂商都对阻燃增强聚碳酸酯材料申请了专利，但是抗静电的阻燃增强聚碳酸酯复合材料还未见报道。
目前市场上的PC复合材料的表面电阻能达到108Ω以下的主要有以下几种：一、导电炭黑、碳纤维以及碳纳米管作为抗静电剂，由于抗静电剂的颜色太黑，很难将抗静电阻燃增强聚碳酸酯材料配成其他颜色；二、金属纤维作为抗静电剂，但是金属纤维的加入，导致材料的密度增加；三、在制品表面涂覆抗静电涂料。但至今为止，很难制得白色或塑料本色、且密度相对较低的、表面电阻小于108Ω的抗静电阻燃玻纤增强聚碳酸酯复合材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有阻燃增强聚碳酸酯复合材料的抗静电问题，提供一种具有聚碳酸酯本色的、抗静电效果良好的阻燃增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
按照重量份计算，本发明抗静电聚碳酸酯复合材料是由聚碳酸酯40～90份、玻璃纤维10～40份、含有羟基的抗静电剂1～5份、有机阻燃剂5～15份、无机阻燃剂1～7份和助剂制备而成。
优选的，在上述的抗静电聚碳酸酯复合材料中加入的助剂为增韧剂2～15份、界面改性剂0.5～3份和抗氧剂0.1～1份。
最佳的，前述抗静电聚碳酸酯复合材料由聚碳酸酯65份、玻璃纤维25份、含有羟基的抗静电剂3份、有机阻燃剂10份、无机阻燃剂4份、增韧剂8.5份、界面改性剂2份和抗氧剂5份制备而成。
前述复合材料中所用的含有羟基的抗静电剂为硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵硝酸盐、硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐和分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯的混合物。抗静电剂中硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵硝酸盐：硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐：分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯的重量份比例为1：1：2。
前述抗静电聚碳酸酯复合材料中所用的界面改性剂为含有环氧基团的聚合物，环氧值为0.1～0.55。
前述抗静电聚碳酸酯复合材料的制备方法：首先将聚碳酸酯、玻璃纤维、有机阻燃剂、无机阻燃剂和增韧剂干燥备用，取干燥后的聚碳酸酯、增韧剂、有机阻燃剂和无机阻燃剂，与含有羟基的抗静电剂和抗氧剂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得。
优选的，上述制备方法为：取聚碳酸酯在100℃真空干燥10小时备用，有机阻燃剂、无机阻燃剂和增韧剂在70～90℃真空干燥10～12小时备用，玻璃纤维在100～120℃干燥3～4小时备用；取干燥后的聚碳酸酯、增韧剂、有机阻燃剂和无机阻燃剂，与抗静电剂和抗氧剂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得，其中，同向双螺杆挤出机的螺杆转速为360r/min，挤出造粒的温度范围为205～255℃。
在上述技术方案中，增韧剂可以选择丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）。有机阻燃剂可以选择磷酸三（2,4-二溴苯基）酯BPP、聚2,6-二溴苯醚（PBO）、溴代聚碳酸酯（BPC）、磷酸三苯酯（TPP）、三甲苯基磷酸（TCP）、间苯二酚双（二苯基磷酸酯）齐聚物（RDP）、溴磷酸酯三（二溴苯基）磷酸酯（TDB-PPE）、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、对聚有机硅倍半氧烷（POSS）、D型甲基苯基聚硅氧烷中任意一种或者两两复配。无机阻燃剂可以选择三氧化二锑、锑酸钠、硼酸锌、偏硼酸钡、锡酸锌、五水合氢氧化镁中任意一种或者两两复配。
与现有技术相比，本发明在聚碳酸酯复合材料中加入含有羟基的抗静电剂，抗静电剂上的羟基与玻璃纤维表面的羟基发生反应，复合材料表面出现浮纤从而提高了聚碳酸酯复合材料的抗静电效果，并且具有优异的强度、阻燃性能、流动性能等，本发明所得复合材料的表面电阻小于108Ω，因为加入的抗静电剂是非黑色的，所以复合材料具有聚碳酸酯本色，可以加入其它颜色的颜料制成所需的颜色，并且本发明的制备工艺简单、加工成本低，适合大规模推广应用。
具体实施方式
实验例1：聚碳酸酯（牌号L1082）90kg、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58，有机阻燃剂）5kg、纳米三氧化二锑（工业级，无机阻燃剂）1kg、分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312，抗静电剂）1.5kg、PC抗静电剂（东莞宝升，其成分为硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵硝酸盐：硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐的重量份比例为1:1）1.5kg、抗氧剂（HP2921）0.5kg。
取聚碳酸酯在120℃烘箱中真空干燥5小时，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物在60℃烘箱中真空干燥8小时，纳米三氧化二锑在100～120℃烘箱中干燥4小时，备用。
取干燥后的聚碳酸酯（PC）、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、纳米三氧化二锑、分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯、PC抗静电剂和抗氧剂趁热经高速搅拌混合，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒（主机螺杆转速为360 r/min, 1至7段温度分别为225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、245℃）。所造粒料在90℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得透明抗静电PC制品。
实验例2：聚碳酸酯（牌号L1082）77kg、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58，有机阻燃剂）10kg、纳米三氧化二锑（工业级，无机阻燃剂）2kg，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS，牌号XT520，增韧剂）8kg、分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312，抗静电剂）1.5kg、PC抗静电剂（东莞宝升）1.5kg、抗氧剂（HP2921）0.5kg。
取聚碳酸酯在120℃烘箱中真空干燥5小时，MBS和苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物在60℃烘箱中真空干燥8小时，纳米三氧化二锑在100～120℃烘箱中干燥4小时，备用。
取干燥后的聚碳酸酯、MBS、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、纳米三氧化二锑、分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯、PC抗静电剂和抗氧剂乘热经高速搅拌混合，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒（主机螺杆转速为360 r/min, 1至7段温度分别为225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、245℃）。所造粒料在90℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得透明抗静电PC制品。
实验例3：聚碳酸酯（牌号L1082）62kg，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58，有机阻燃剂）12kg，纳米三氧化二锑（工业级，无机阻燃剂）3kg，分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312，抗静电剂）1.5kg，PC抗静电剂（东莞宝升）1.5kg，玻璃纤维（牌号988）20kg，抗氧剂（HP2921）0.5kg。
取聚碳酸酯在120℃烘箱中真空干燥5小时，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物在60℃烘箱中真空干燥8小时，纳米三氧化二锑和玻璃纤维在100～120℃烘箱中干燥4小时，备用。
取干燥后的聚碳酸酯、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、纳米三氧化二锑、分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯、PC抗静电剂和抗氧剂乘热经高速搅拌混合，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒（主机螺杆转速为360 r/min, 1至7段温度分别为225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、245℃）, 玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在90℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得透明抗静电PC制品。
实验例4：聚碳酸酯（牌号L1082）60kg，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58，有机阻燃剂）12kg，纳米三氧化二锑（工业级，无机阻燃剂）3kg，MBS（牌号XT520，增韧剂）5kg，环氧树脂（E44，界面改性剂）2kg，玻璃纤维（牌号988）15kg，分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312，抗氧剂）1.5kg，PC抗静电剂（东莞宝升）1.5kg，抗氧剂（HP2921）0.5kg。
取聚碳酸酯在120℃烘箱中真空干燥5小时，MBS和苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物在60℃烘箱中真空干燥8小时，冷却至室温，备用。
取干燥后的聚碳酸酯、MBS、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、环氧树脂、纳米三氧化二锑、分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯、PC抗静电剂和抗氧剂经高速搅拌混合，在同向双螺杆挤出机上挤出造粒（主机螺杆转速为360 r/min, 1至7段温度分别为225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、245℃）, 玻璃纤维从玻纤口加入。所造粒料在90℃干燥5小时，在注塑机上注塑成型，制得透明抗静电PC制品。
性能评价方式及实行标准：
拉伸性能测试按ASTM D638-08进行，试样尺寸为150*10*4mm，拉伸速率为50mm/min。弯曲性能测试按ASTM D790-07进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速率为2mm/min，跨距为64mm。悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D256-06进行，试样尺寸为80*10*4mm，缺口深度为2mm。燃烧性能测试GB/T2408-2008进行，表面电阻按ASTMD257-78进行，试样尺寸为10*10*4mm，具体性能如下表：
从上表可以看出，未加玻璃纤维的PC复合材料（实验例1和2）的表面电阻远大于108；加入玻璃纤维后（实验例3和4）表面电阻明显降低，加入界面相容剂和增韧剂后，复合材料的性能有所改善。
实施例1：聚碳酸酯55kg，玻璃纤维（牌号988）20kg，分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312）1.5kg，PC抗静电剂（东莞宝升）1.5kg，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58）12kg，纳米三氧化二锑（工业级）3kg，MBS（牌号XT520）5kg，环氧树脂（牌号）2kg，抗氧剂（HP2921）0.6kg, 按下述方法制备PC复合材料：
取聚碳酸酯在100℃真空干燥10小时备用，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、纳米三氧化二锑和MBS在70～90℃真空干燥10～12小时备用，玻璃纤维在100～120℃干燥3～4小时备用；取干燥后的聚碳酸酯、MBS、苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物、纳米三氧化二锑、环氧树脂、与分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯、PC抗静电剂和抗氧剂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得，其中，同向双螺杆挤出机的螺杆转速为360r/min，挤出造粒的温度范围为205～255℃。
实施例2：聚碳酸酯68kg，玻璃纤维（牌号988）10kg，分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312）1kg，PC抗静电剂（东莞宝升）1kg，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58）9kg，纳米三氧化二锑（工业级）3kg，MBS（牌号XT520）7kg，环氧树脂（牌号）1kg抗氧剂（HP2921）0.3kg, 按实施例1的方法制备PC复合材料。
实施例3：聚碳酸酯40kg，玻璃纤维（牌号988）30kg，分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312）2kg，PC抗静电剂（东莞宝升）2 kg，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58）15kg，纳米三氧化二锑（工业级）4kg，MBS（牌号XT520）8kg，环氧树脂（牌号）2.5kg，抗氧剂（HP2921）1kg, 按实施例1的方法制备PC复合材料。
实施例4：聚碳酸酯90kg，玻璃纤维（牌号988）35kg，分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312）4kg，PC抗静电剂（东莞宝升）4kg，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58）5kg，纳米三氧化二锑（工业级）7kg，MBS（牌号XT520）15kg，环氧树脂（牌号）3kg，抗氧剂（HP2921）0.1kg, 按实施例1的方法制备PC复合材料。
实施例5：聚碳酸酯80kg，玻璃纤维（牌号988）40kg，分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯（牌号8312）0.5kg，PC抗静电剂（东莞宝升）0.5kg，苯氧基四溴双酚A聚碳酸酯齐聚物（牌号BC-58）8kg，纳米三氧化二锑（工业级）1kg，MBS（牌号XT520）2kg，环氧树脂（牌号）0.5kg，抗氧剂（HP2921）1kg, 按实施例1的方法制备PC复合材料。
Claims (8)
1.一种抗静电聚碳酸酯复合材料，其特征在于：按照重量份计算，它是由聚碳酸酯40～90份、玻璃纤维10～40份、含有羟基的抗静电剂1～5份、有机阻燃剂5～15份、无机阻燃剂1～7份和助剂制备而成。
2.按照权利要求1所述抗静电聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述助剂为增韧剂2～15份、界面改性剂0.5～3份和抗氧剂0.1～1份。
3.按照权利要求2所述抗静电聚碳酸酯复合材料，其特征在于：它是由聚碳酸酯65份、玻璃纤维25份、含有羟基的抗静电剂3份、有机阻燃剂10份、无机阻燃剂4份、增韧剂8.5份、界面改性剂2份和抗氧剂5份制备而成。
4.按照权利要求1或3所述抗静电聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述含有羟基的抗静电剂为硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵硝酸盐、硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐和分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯的混合物。
5.按照权利要求4所述抗静电聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述含有羟基的抗静电剂中硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵硝酸盐：硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐：分子蒸馏的高级单硬脂酸甘油酯的重量份比例为1：1：2。
6.按照权利要求2或3所述抗静电聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述界面改性剂为含有环氧基团的聚合物，环氧值为0.1～0.55。
7.权利要求1至6所述抗静电聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于：首先将聚碳酸酯、玻璃纤维、有机阻燃剂、无机阻燃剂和增韧剂干燥备用，取干燥后的聚碳酸酯、增韧剂、有机阻燃剂、界面相容剂和无机阻燃剂，与含有羟基的抗静电剂和抗氧剂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得。
8.按照权利要求7所述抗静电聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于：取聚碳酸酯在100℃真空干燥10小时备用，有机阻燃剂、无机阻燃剂和增韧剂在70～90℃真空干燥10～12小时备用，玻璃纤维在100～120℃干燥3～4小时备用；取干燥后的聚碳酸酯、增韧剂、有机阻燃剂、界面相容剂和无机阻燃剂，与抗静电剂和抗氧剂一起混合均匀，混合料与从玻纤口加入的玻璃纤维一起在同向双螺杆挤出机上挤出造粒，即得，其中，同向双螺杆挤出机的螺杆转速为360r/min，挤出造粒的温度范围为205～255℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Kaizhou Inventor after: Qin Shuhao Inventor after: Zhang Minmin Inventor after: Guo Jianbing Inventor after: Yang Erjian Inventor before: Guo Jianbing Inventor before: Qin Shuhao Inventor before: Zhang Minmin Inventor before: Zhang Kaizhou Inventor before: Yang Erjian |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: GUO JIANBING QIN SHUHAO ZHANG MINMIN ZHANG KAIZHOU YANG ERXING TO: ZHANG KAIZHOU QIN SHUHAO ZHANG MINMIN GUO JIANBING YANG ERXING |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130605 Termination date: 20211026 |
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