CN102807746A - 一种高硬度和高流动性的pc/pmma/as合金及其制备方法 - Google Patents

一种高硬度和高流动性的pc/pmma/as合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PC/PMMA/AS合金及其方法，制备出具有优异的机械性能、高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金。本发明的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：聚碳酸酯，52~80份；聚甲基丙烯酸甲酯，10~20份；丙烯腈-苯乙烯共聚物，7~15份；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，1~5份；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，1~5份；主抗氧剂，0.1~1份；辅助抗氧剂，0.1~1份；润滑剂，0.1~1份。本发明制备的PC/PMMA/AS合金，可用于制备对表面硬度、表面光泽要求较高的通讯器材外壳和电子电器产品外壳。

Description

一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）具有高的冲击强度及优异的机械、热、电综合性能，广泛用于汽车、航空航天、医疗器械、电子电器、电器家电、显示器外壳、通信器材罩壳零组件等其他领域。然而它也存在一些明显的缺点：流动性差、表面硬度不够高、耐化学性差等。
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种热塑性塑料，密度1.19～1.20，有极高的透明度，透射率高达91%～93%，重量轻，抗碎裂性能为普通硅玻璃的12～18倍，机械强度和韧性大于普通玻璃10倍以上，硬度末加处理前2H以上，经表面强化后表面硬度可达5H以上，抗划伤，具有突出的耐候性和耐老性，在低温(-50至-60℃)和较高温度(100℃以下)冲击强度不变，有良好的电绝缘性能，可耐电弧，化学性能稳定，能耐一般的化学腐蚀。针对聚碳酸酯的缺点，现有技术中通过聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯共混来解决这一问题：专利201010153417.3公开了一种在聚碳酸酯中添加聚甲基丙烯酸甲酯而获得一种高硬度、高强度、耐化学性好的PC/PMMA合金，但是该合金解决了耐化学性问题，未能合理解决PC合金抗划伤的性能；专利201210005100.4公开了一种在聚碳酸酯中添加聚甲基丙烯酸甲酯和抗划伤改性剂来得到高硬度的PC合金，但是通过加入抗划伤改性剂使得合金的流动性及光泽性变差。
丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）是苯乙烯树脂中的一种，具有光泽性、高流动性的优点。由于基团的极性效应，PC与PMMA部分相容，本发明通过加入丙烯腈-苯乙烯共聚物来改善PC与PMMA的相容性问题，同时也可以改善PC的加工流动性，并且对于PC/PMMA/AS三元合金在国内外研究较少。
发明内容
本发明的目的之一是为了提供一种具有高硬度（硬度2H以上）和高流动性（熔融指数高）的PC/PMMA/AS合金。
为达到上述目的，本发明采用以下方案：
一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100021
在其中一些实施例中，所述聚碳酸酯的分子量为1.5～5万。
在其中一些实施例中，所述丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）中丙烯腈（AN）的含量在9～33wt%。
在其中一些实施例中，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂中的β-（4-羟基苯基-3,5-二叔丁基）丙酸正十八碳醇酯。
在其中一些实施例中，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂中的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
在其中一些实施例中，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯（PETS）。
本发明的另一目的是提供上述PC/PMMA/AS合金的制备方法。
具体的技术方案如下：
（1）将上述重量份的聚碳酸酯（PC）置于100～120℃干燥4～12小时，将上述重量份的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于70～90℃干燥4～12小时，冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、相容剂乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、主抗氧剂、辅助抗氧剂和润滑剂加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为200～220℃，二区温度：205～225℃，三区温度为210～230℃，四区温度：215～235℃，五区温度为220～240℃，六区温度：220～240℃，模头温度：215～235℃，主螺杆转速为：250～400rpm。
本发明通过加入丙烯腈-苯乙烯共聚物来改善PC与PMMA的相容性和合金的加工性能，从而制备出一种具有高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，适用于制备对表面硬度、表面光泽要求较高的通讯器材外壳和电子电器产品外壳。
本发明所提供的PC/PMMA/AS合金的方法具有以下优点：
1、本发明制备的PC/PMMA/AS合金具有较好的力学性能，较高的表面硬度（硬度2H以上）及较佳的流动性（熔融指数高，加工成型性好），且加入的AS对合金的光泽度影响不大；
2、本发明的合金用于电子产品外壳，免去了产品涂覆的后处理工序，降低了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明的PC/PMMA/AS合金制备工艺流程图。
具体实施方式
本发明PC/PMMA/AS合金的增韧机理如下（制备工艺流程图请见图1）：
相容剂乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA-g-EMA）的环氧基团分别与聚碳酸酯的端羟基、端羧基反应形成EMA-g-GMA-g-PC，增强了PC与增韧剂EMA之间的界面粘结力，见式（1）和式（2）；并且增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA的丙烯酸甲酯结构单元与PMMA相容性较好，提高了PC与PMMA之间的相容性。
本发明实施例所使用的原料如下：
聚碳酸酯（PC）购自德国拜耳公司，牌号2405；
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）购自台湾奇美公司，牌号CM207；
丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）购自台湾奇美公司，牌号PN107；
乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA)购自美国杜邦公司，牌号1125AC；
乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA-g-EMA）购自法国阿科玛公司，牌号AX8900；
β-（4-羟基苯基-3,5-二叔丁基）丙酸正十八碳醇酯（抗氧剂1076）购自瑞士汽巴公司；
亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯（抗氧剂168）购自瑞士汽巴公司；
季戊四醇硬脂酸酯（PETS）购自美国科莱恩公司。
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下通过实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1：
一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100051
上述PC/PMMA/AS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于80℃干燥6小时；冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为220℃，二区温度：225℃，三区温度为230℃，四区温度：235℃，五区温度为240℃，六区温度：235℃，模头温度：235℃，主螺杆转速为：330rpm。
实施例2：
一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100061
上述PC/PMMAAS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于80℃干燥6小时；冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为200℃，二区温度：205℃，三区温度为210℃，四区温度：215℃，五区温度为220℃，六区温度：220℃，模头温度：215℃，主螺杆转速为：360rpm。
实施例3：
一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100071
上述PC/PMMA/AS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于80℃干燥6小时。冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为215℃，二区温度：220℃，三区温度为225℃，四区温度：225℃，五区温度为220℃，六区温度：220℃，模头温度：215℃，主螺杆转速为：360rpm。
实施例4：
一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100081
上述PC/PMMA/AS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于80℃干燥6小时；冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为215℃，二区温度：220℃，三区温度为225℃，四区温度：225℃，五区温度为220℃，六区温度：220℃，模头温度：215℃，主螺杆转速为：360rpm。
实施例5：
一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100091
上述PC/PMMA/AS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于80℃干燥6小时；冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为220℃，二区温度：225℃，三区温度为230℃，四区温度：235℃，五区温度为240℃，六区温度：235℃，模头温度：235℃，主螺杆转速为：330rpm。
实施例6：
一种高硬度和高流动性的PC/PMMA/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100101
上述PC/PMMA/AS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于80℃干燥6小时；冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为215℃，二区温度：220℃，三区温度为225℃，四区温度：230℃，五区温度为235℃，六区温度：230℃，模头温度：230℃，主螺杆转速为：330rpm。
对比例1：
一种PC/PMMA合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100111
上述PC/PMMA/AS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）置于80℃干燥6小时；冷却后，将聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为215℃，二区温度：220℃，三区温度为225℃，四区温度：225℃，五区温度为220℃，六区温度：220℃，模头温度：215℃，主螺杆转速为：360rpm。
对比例2：
一种PC/AS合金，其原料组成及重量份为：
Figure BDA00002026738100121
上述PC/PMMA/AS合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚碳酸酯（PC）置于110℃干燥6小时，丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）置于80℃干燥6小时；冷却后，将聚碳酸酯与丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将增韧剂EMA、相容剂GMA-g-EMA、抗氧剂1076、抗氧剂168和PETS加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度为215℃，二区温度：220℃，三区温度为225℃，四区温度：225℃，五区温度为220℃，六区温度：220℃，模头温度：215℃，主螺杆转速为：360rpm。
以下为实施例与对比例一览表：
表1实施例与对比例原料组成重量份一览表
Figure BDA00002026738100131
将上述各实施例所制试样进行以下性能测试：
拉伸性能：按ASTM-D638标准测试，拉伸速率50mm/min；
弯曲性能：按ASTM-D790标准测试，弯曲速率2mm/min；
热变形温度：按ASTM-D648标准测试，负荷0.45MPa；
熔融指数：按ASTM-D1238标准测试，测试温度260℃，负荷5Kg；
冲击性能：按ASTM-D256标准测试，样条厚度为3.2mm；
铅笔硬度：按ASTM-D3363标准测试。
光泽度：使用表面光泽测试仪，按照GB88072-1988标准，在60度角下进行测试。把一个面积不小于40cm2的样品，表面擦干净平放，将光泽测试仪摆放上面，压紧并选择60度的角度进行测试，所得的读数即为光泽度。
表2实施例与对比例性能一览表
Figure BDA00002026738100141
实施例1～6为PC/PMMA/AS合金，通过调整原料各成分，可以看出：EMA和GMA-g-EMA的添加量越多，对合金的光泽度影响越大；在PMMA添加量相同的情况下，加入AS的量越多，其熔融指数越高，即加工成型性越好。对比例1为PC/PMMA合金，可以看出其熔融指数较低，不适合制备结构复杂的制品。对比例2为PC/AS合金，可以看出其铅笔硬度较低，其注塑成制品后，还需要产品涂覆等后处理工序。
本发明的PC/PMMA/AS合金具有优异的机械性能、高硬度和高流动性，适用于制备对表面硬度、表面光泽要求较高的通讯器材外壳和电子电器产品外壳。

Claims (4)

1.一种PC/PMMA/AS合金，其特征在于，其原料组成及重量份为：
Figure FDA00002026738000011
所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂中的β-（4-羟基苯基-3,5-二叔丁基）丙酸正十八碳醇酯；
所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂中的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；
所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
2.根据权利要求1所述的PC/PMMA/AS合金，其特征在于，所述聚碳酸酯的分子量为1.5～5万。
3.根据权利要求1所述的PC/PMMA/AS合金，其特征在于，所述丙烯腈-苯乙烯共聚物中丙烯腈的含量在9～33wt%。
4.一种制备权利要求1～3任一项所述PC/PMMA/AS合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将所述重量份的聚碳酸酯置于100～120℃干燥4～12小时，所述重量份的聚甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈-苯乙烯共聚物置于70～90℃干燥4～12小时，冷却后，将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物加入到高速搅拌机中进行预混合；
（2）将所述重量份的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、主抗氧剂、辅助抗氧剂和润滑剂加入到另一台高速搅拌机中进行混合后，将该混合物加入到步骤（1）中的高速搅拌机中进行混合；
（3）将混合好的预混合物置于平行双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，即得；
工艺参数如下：
所述平行双螺杆挤出机的一区温度为200～220℃，二区温度：205～225℃，三区温度为210～230℃，四区温度：215～235℃，五区温度为220～240℃，六区温度：220～240℃，模头温度：215～235℃，主螺杆转速为：250～400rpm。
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