CN102898805A - 聚碳酸酯复合材料、其制备方法和应用 - Google Patents

聚碳酸酯复合材料、其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明适用于工程塑料领域，提供了一种聚碳酸酯复合材料、其制备方法和应用。该聚碳酸酯复合材料包括热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、无卤阻燃剂、相容剂、偶联剂、分散剂及抗氧剂等。本发明聚碳酸酯复合材料，通过在聚碳酸酯中加入热塑性聚氨酯，使聚碳酸酯复合材料的耐低温性能得到明显增强；通过加入无卤阻燃剂使得复合材料的阻燃性能得到显著提升，同时通过相容剂对热塑性聚氨酯、聚碳酸酯及无卤阻燃剂之间的相容性进行改进，有效的消除了无卤阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响，实现了聚碳酸酯复合材料同时具有耐低温性能和阻燃性能。本发明聚碳酸酯复合材料制备方法，操作简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。

Description

聚碳酸酯复合材料、其制备方法和应用
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，尤其涉及一种聚碳酸酯复合材料、其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯（PC）具有优良的热稳定性、耐蠕变性、电绝缘性和阻燃性等特点，是一种性能优异的通用工程塑料，自问世以来迅速在发达国家形成产业化生产，且技术持续发展。普通聚碳酸酯材料虽然具有一定的耐寒性，然而在实际生产应用中，仍无法满足耐低温（-40℃以下）要求。为了保证聚碳酸酯复复合材料的阻燃性能，需要在复合材料中加入一定量的阻燃剂。阻燃剂属于小分子，与大分子的PC之间的相容性较差，在PC中加入阻燃剂后，PC复合材料的耐低温性能会更加难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种聚碳酸酯复合材料，解决现有技术中PC材料难以同时具有耐低温性能及阻燃性能的技术问题；以及该聚碳酸酯复合材料的制备方法和应用。
本发明是这样实现的，
一种聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
Figure BDA00002293284300021
所述相容剂为碳酸酯型聚氨酯。
以及，
上述聚碳酸酯复合材料制备方法，包括如下步骤：
按配方称取该热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、无卤阻燃剂、相容剂、偶联剂、分散剂及抗氧剂；
将该无卤阻燃剂、偶联剂混合，得到第一混合物；
将该第一混合物、聚碳酸酯、分散剂、抗氧剂及干燥处理后的热塑性聚氨酯、相容剂混合，得到第二混合物；
将该第二混合物熔融挤出处理，得到聚碳酸酯复合材料。
本发明还提供上述聚碳酸酯复合材料在电器、汽车中的应用。
本发明聚碳酸酯复合材料，通过在聚碳酸酯中加入热塑性聚氨酯，使聚碳酸酯复合材料的耐低温性能得到明显增强；通过加入无卤阻燃剂使得复合材料的阻燃性能得到显著提升，同时通过相容剂与偶联剂对热塑性聚氨酯、聚碳酸酯及无卤阻燃剂之间的相容性进行改进，有效的消除了无卤阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响，实现了聚碳酸酯复合材料同时具有耐低温性能和阻燃性能。
本发明聚碳酸酯复合材料制备方法只需将相应组分分步混合后熔融挤出，其工艺简单，成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
Figure BDA00002293284300031
所述相容剂为碳酸酯型聚氨酯。
本发明聚碳酸酯复合材料，通过热塑性聚氨酯对聚碳酸酯进行改性，使聚碳酸酯复合材料的耐低温性能得到有效的提升；同时加入无阻阻燃剂对复合材料的阻燃性能进行改性，使其阻燃性能实现大大提升。加入无卤阻燃剂后，由于无卤阻燃剂与聚碳酸酯及热塑性聚氨酯之间的相容性较低，会使得聚碳酸酯与热塑性聚氨酯组合物的耐低温性能下降，通过加入相容剂，该相容剂会显著改善热塑性聚氨酯与聚碳酸酯之间的相容性，改善热塑性聚氨酯与聚碳酸酯共混时出现的相分离现象，同时提高无卤阻燃剂与热塑性聚氨酯及聚碳酸酯之间的相容性，因此有效消除无卤阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响，实现复合材料既具有良好的耐低温性能也具有优良的阻燃性能。该偶联剂的加入能够使复合材料之间产生一定程度的交联，从而提高复合材料的耐高温性能及机械性能。
该热塑性聚氨酯是指热可塑性TPU弹性体，可以选自市售产品，例如，烟台万华公司生产的TPU 1185及1195等。
该聚碳酸酯（PC）优选重均分子量为20000~30000双酚A型聚碳酸酯，例如，Dow公司生产的PC 301-10。聚碳酸酯在前述热塑性聚氨酯的改性下，其耐低温性能及抗冲击性能能够得到一定提升，但试验发现，PC和热塑性聚氨酯之间的相容性不佳，两者共混时会发生相分离的现象。同时，如果在PC及热塑性聚氨酯组合树脂中加入其它的助剂如抗氧剂与阻燃剂后，由于助剂与上述两种树脂之间的相容性较差，会使得整个体系的相容性进一步降低，这对PC复合材料的整体性能会产生很大的影响，特别是PC的耐低温性能。
该无卤阻燃剂的重量份数为4~20份，优选为10~18份。该无卤阻燃剂选自磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂或磷氮系阻燃剂中的一种或两种以上。例如，磷系阻燃剂选用浙江万盛生产的无卤磷酸酯阻燃剂PX-220，磷氮系阻燃剂选用英国普赛呋公司生产的磷氮系阻燃剂400A，硅系阻燃剂选用日本钟渊公司生产的硅系阻燃剂MR01。复配无卤阻燃剂为PX-220、400A及MR01中两种复配得到，其中PX-220用量（按重量份数）为0-18份，400A用量为0-10份，MR01用量为0-2份。无卤阻燃剂一方面使复合材料的阻燃性能增强，但另一方面使复合材料的相容性下降，耐低温性能降低，因此无卤阻燃剂的用量对复合材料的性能起到非常大的影响。通过实验发现，在上述的10~18份范围内，既能够保证复合材料的阻燃性能，又能够最有效的防止无卤阻燃剂对复合材料耐低温性能的影响。
该相容剂选自碳酸酯型聚氨酯。碳酸酯型聚氨酯中，分子链上含有两种官能团，一种是聚碳酸酯官能团，另一种是聚氨酯官能团，由于同时具有这两种官能团，使得热塑性聚氨酯与聚碳酸酯之间的相容性大大增加，从而也使整个体系的相容性增加。
该偶联剂为硅烷偶联剂与多官能团活性化合物复配得到。硅烷偶联剂优选为环氧基硅烷偶联剂，例如KH-560；多官能团活性化合物优选为多官能团环氧化合物的环氧基团，如Basf公司的ADR-4370S。复配比例为1:1~1:3，优选比例为1：2。该复配偶联剂具有环氧活性基团，可与复活材料中的聚碳酸酯及聚氨酯等的羟基、氨基等活性基团发生反应，与上述碳酸酯型聚氨酯相容剂相互配合，能够显著改善热塑性聚氨酯、聚碳酸酯及无卤阻燃剂共混相分离现象，因此实现了聚碳酸酯复合材料既具有优良的耐低温性能，同时具有较好的阻燃性能。同时，该偶联剂的存在能够使复合材料在熔融挤出时发生轻微的交联反应，增强复合材料的机械性能。
该分散剂选自硅酮化合物，如美国道康宁公司的MB50-007、MB50-017、MB50-315等。通过加入分散剂，能够有效防止上述无卤阻燃剂及后续抗氧剂的团聚，增强体系的整体相容性，实现聚碳酸酯复合材料整体性能的提升。
该抗氧剂没有限制，例如，抗氧剂为四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯或亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯酯），可以通过Ciba公司生产的Irganox1010和Irganox168)复配得到。
进一步，上述聚碳酸酯复合材料中还包括重量份数为0.1~1份的加工助剂，该加工助剂可以为水解抑制剂、紫外线吸收剂中的一种或两种。
本发明实施例进一步提供上述聚碳酸酯复合材料制备方法，包括如下步骤：
步骤S01，提供原料：
按配方称取该热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、无卤阻燃剂、相容剂、偶联剂、分散剂及抗氧剂；
步骤S02，制备第一混合物：
将该无卤阻燃剂、偶联剂于高混机中混合10~20分钟，得到第一混合物；
步骤S03，制备第二混合物：
将该第一混合物、聚碳酸酯、分散剂、抗氧剂及干燥处理后的热塑性聚氨酯、相容剂混合，得到第二混合物；
步骤S04，挤出处理：
将所述第二混合物熔融挤出处理，得到聚碳酸酯复合材料。
具体地，在步骤S01中，该热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、无卤阻燃剂、相容剂、偶联剂、分散剂及抗氧剂和前述的相同，在此不重复阐述。
进一步，步骤S01中还称取重量分数为0.1~1份的加工助剂，该加工助剂和前述相同，在此不重复阐述。
进一步，步骤S01后还包括干燥的步骤，具体为将该热塑性聚氨酯、相容剂在80~100℃烘箱干燥3~4小时，所用的干燥设备没有限制。
步骤S03中，还包括加入上述加工助剂的步骤。
步骤S04中，挤出处理所用的设备为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，挤出工艺条件为：
一区温度200-230℃，二区温度200-230℃，三区温度200-230℃，四区温度200-230℃，机头200-220℃，主机转速为450转/分钟，压力为12-18MPa。
本发明实施例聚碳酸酯复合材料制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业化生产。
本发明实施例进一步提供上述聚碳酸酯复合材料在电子器件、汽车中的应用。
以下结合具体实施例对上述聚碳酸酯复合材料及其制备方法进行详细阐述。
实施例1
本发明实施例聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
TPU 1185 5份；PC301-10 88份；790 3份；KH560 0.1份；ADR-4370 0.1份；PX-200 3份；MR01 1份；MB50-007 0.1份；1010 0.1份、168 0.1份。
本发明实施例聚碳酸酯复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：称取上述各个含量的组分，先将热塑性聚氨酯、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该聚碳酸酯树脂、分散剂、抗氧剂、加工助剂、步骤a干燥好的热塑性聚氨酯、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；双螺杆挤出机一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，机头220℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度200℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，机头200℃，主机转速为450转/分钟，压力为12MPa。
实施例2
本发明实施例聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
TPU 1195 10份；PC301-10 75份；790 5份；ADR-4370 0.6份、KH560 0.3份；PX-200 7份；400A 2份；MR01 0.1份；MB50-007 0.5份；1010 0.2份、1680.1份。
本发明实施例聚碳酸酯复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：称取上述各个含量的组分，先将热塑性聚氨酯、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该聚碳酸酯树脂、分散剂、抗氧剂、加工助剂、步骤a干燥好的热塑性聚氨酯、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，机头220℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。
实施例3
本发明实施例聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
TPU 1195 15份；PC301-10 59份；790 7份；KH560 0.5份；ADR-4370 0.5份；PX-200 10份；400A 6份；MR01 1份；MB50-007 1份；1010 0.4份、168 0.2份。
本发明实施例聚碳酸酯复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：称取上述各个含量的组分，先将热塑性聚氨酯、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该聚碳酸酯树脂、分散剂、抗氧剂、加工助剂、步骤a干燥好的热塑性聚氨酯、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，机头220℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。
实施例4
本发明实施例聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
TPU 1185 20份；PC301-10 50份；790 7份；KH560 0.5份；ADR-4370 1份；PX-200 10份；400A 8份；MR01 2份；MB50-007 1.5份；1010 0.4份、1680.2份。
本发明实施例聚碳酸酯复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：称取上述各个含量的组分，先将热塑性聚氨酯、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该聚碳酸酯树脂、分散剂、抗氧剂、加工助剂、步骤a干燥好的热塑性聚氨酯、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度220℃，三区温度220℃，四区温度220℃，机头210℃，主机转速为450转/分钟，压力为15MPa。
实施例5
本发明实施例聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
TPU 1195 25份；PC301-10 44份；790 7份；KH560 0.5份；ADR-4370 1.5份；PX-200 7份；400A 11份；MR01 2份；MB50-007 2份；1010 0.4份、168 0.2份。
本发明实施例聚碳酸酯复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：称取上述各个含量的组分，先将热塑性聚氨酯、相容剂在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：将无卤阻燃剂、偶联剂在高速混合器中混合均匀，得到第一混合物；
c：向第一混合物中加入该聚碳酸酯树脂、分散剂、抗氧剂、加工助剂、步骤a干燥好的热塑性聚氨酯、相容剂，继续混合至均匀，得到第二混合物；
d：将步骤c中混合好的第二混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度200℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，机头200℃，主机转速为450转/分钟，压力为12MPa。
对比例1
本发明对比例聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
TPU 1195 10份；PC301-10 75份；PX-200 7份；400A 2份；MR01 0.1份；MB50-007 0.5份；1010 0.2份、168 0.1份。
本发明对比例聚碳酸酯复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：称取上述各个含量的组分，先将热塑性聚氨酯在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：向无卤阻燃剂中加入该聚碳酸酯树脂、分散剂、抗氧剂、加工助剂、步骤a干燥好的热塑性聚氨酯，继续混合至均匀，得到混合物；
c：将步骤b中混合好的混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，机头220℃，主机转速为450转/分钟，压力为18MPa。
对比例2
本发明对比例聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
TPU 1185 20份；PC301-10 50份；790 7份；PX-200 10份；400A 8份；MR01 2份；MB50-007 1.5份；1010 0.4份、168 0.2份。
本发明对比例聚碳酸酯复合材料制备方法，包括以下步骤：
a：称取上述各个含量的组分，先将热塑性聚氨酯在45℃真空干燥箱干燥3-4小时；
b：向无卤阻燃剂中加入该聚碳酸酯树脂、分散剂、抗氧剂、加工助剂、步骤a干燥好的热塑性聚氨酯，继续混合至均匀，得到混合物；
c：将步骤b中混合好的混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经过熔融挤出，造粒；其工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度220℃，二区温度220℃，三区温度220℃，四区温度220℃，机头210℃，主机转速为450转/分钟，压力为15MPa。
性能测试：
拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。样条尺寸（mm）：165（长）×19（端部宽度）×3.05（厚度），拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按标准ASTM D-790进行检验。试样尺寸（mm）：127×12.67×3.67，跨度为48，弯曲速度为20mm/min；
缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样尺寸（mm）：63.5×12.45×3.1；缺口剩余厚度为1.9mm；低温性能测试：将试样于-40℃烘箱放置4小时后立即测试缺口冲击强度。
热变形温度按ASTM-648进行检验。试样尺寸（mm）：128×13×6.4，最大变形量为0.25；
阻燃按UL-94标准进行测试，垂直燃烧。试样尺寸（mm）：127×13×2.86，1.67，0.8。
实施例1~5及对比例1~2配方及材料性能见表1：
表1
Figure BDA00002293284300121
Figure BDA00002293284300131
从上表对比例可以看出，随体系中TPU树脂的比例增大，低温冲击强度有所提高，表明TPU能提高PC材料的耐低温性能；但由于体系里阻燃剂、TPU及PC树脂之间的相容性不佳，所得到PC复合材料整体性能较差。随着相容剂及偶联剂的加入，复合材料体系的相容性得到有效提高。最终所获得的PC复合材料具有优异的耐低温性能（如表1所示）。另外可以看出，本发明采用的复配无卤阻燃剂能有效的提高复合材料的阻燃性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种聚碳酸酯复合材料，包括如下重量份数的组分：
Figure FDA00002293284200011
所述相容剂为碳酸酯型聚氨酯。
2.如权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂选自磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂或磷氮系阻燃剂中的一种或两种以上。
3.如权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述分散剂选自硅酮化合物。
4.如权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，还包括重量份数为0.1~1份的加工助剂。
5.如权利要求1~4任一项所述的聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按配方称取所述热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、无卤阻燃剂、相容剂、偶联剂、分散剂及抗氧剂；
将所述无卤阻燃剂、偶联剂混合，得到第一混合物；
向第一混合物中加入所述聚碳酸酯、分散剂、抗氧剂及干燥处理后的热塑性聚氨酯、相容剂混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物熔融挤出处理，得到聚碳酸酯复合材料。
6.如权利要求5所述的聚碳酸酯复合材料制备方法，其特征在于：所述挤出处理的工艺条件为：
一区温度200~230℃，二区温度200~230℃，三区温度200~230℃，四区温度200~230℃，机头200~220℃，主机转速为450转/分钟，压力为12~18MPa。
7.如权利要求1~4任一项所述的聚碳酸酯复合材料在电器、汽车中的应用。
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Denomination of invention: Polycarbonate composite material and preparation method as well as application thereof

Effective date of registration: 20180912

Granted publication date: 20150909

Pledgee: Bank of Shizuishan Limited by Share Ltd Yinchuan branch

Pledgor: Polymer Science (Anhui) New Material Co., Ltd.|Shenzhen Keju New Material Co., Ltd.

Registration number: 2018440020055

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Granted publication date: 20150909

Termination date: 20191023