CN104403290A - 一种耐候性能优异的pc/abs合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐候性能优异的PC/ABS合金，该合金包括以下组分及重量份含量：PC31～85份、ABS8～58份、增韧剂1～5份、主抗氧剂0.05～0.5份、辅助抗氧剂0.05～0.5份、抗UV助剂0.1～0.8份、润滑剂O.1～0.5份，上述组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为225～255℃，挤出造粒，即制得产品。与现有技术相比，本发明将增韧剂与抗氧剂、抗UV助剂结合使用，具有较好的协同效应，在提高PC/ABS合金耐候性能的同时，还能有效降低材料的脆性，提高材料的韧性，使得PC/ABS合金在耐候性能要求较高的条件下，长久保持优异的力学性能。

Description

一种耐候性能优异的PC/ABS合金及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子工程塑料及其成型加工领域，涉及一种高分子合金及其制备方法，尤其是涉及一种耐候性能优异的PC/ABS合金及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯(Polycarbonate，以下简称PC)具有优异的耐冲击性、耐热性、良好的尺寸稳定性、电绝缘性性能，并具有无毒和吸水性低的特点，能在较宽的温度范同内使用，且透光率可达90％，素有“透明金属”的称号，广泛应用于电子、电气、机械、汽车、航空航天、建筑、办公及家庭用品等领域。但因分子刚性及空间位阻较大，其熔融温度较高(270～320℃)，加工困难，难以制成大型薄壁制品，而且制品中残余应力较大，易发生应力开裂。而ABS树脂具有良好的加工性能和力学性能，因此，PC/ABS是一种加工性能优异的塑料合金，其性能和价格介于PC/ABS之间，与PC相比其具有熔体粘度低、加工容易、耐应力开裂优异等优点，拓宽了其应用范围。

在有机化合物产品的实际应用过程中，有机化合物会发生热氧化过程，该过程是一系列的自由基链式反应，即在热、光或氧的作用下，有机分子的化学键发生断裂，生成活泼的自由基和氢过氧化物。其中，氢过氧化物会发生分解反应，生成烃氧自由基和羟基自由基。这些自由基可以引发一系列的自由基链式反应，导致有机化合物的结构和性质发生根本变化。例如，在有光线照射的使用场合，如汽车内外饰件，ABS中的聚丁二烯所具有的不饱和双键及PC中的酯键，容易受到日光中的紫外线照射而发生断裂，从而导致材料发黄、力学性能下降等问题，这极大限制了PC/ABS合金材料的应用。因此，针对上述问题，PC/ABS合金组合物需要进行耐候改性处理。

目前，PC/ABS合金组合物耐候性能的改进，主要通过添加各种光稳定剂、紫外线屏蔽剂来实现。

CN201110304985专利描述了在聚碳酸酯树脂中，添加羟苯基三嗪类紫外线吸收剂，获得优良的耐候性。但是在黑色或者灰色等深色产品中，紫外线吸收剂作用下降，单纯添加紫外线吸收剂很难获得很好的耐候性。J.E.皮克特等在申请号为98118783.8的中国专利中描述了含有哌嗪酮或哌嗪二酮系受阻胺类光稳定剂(HALS)使PC具有光稳定性，因而可以减轻贩黄或其他形式的光诱导降解。但是HALS含碱性，会促进PC降解，促使PC/ABS合金组合物的力学性能急剧下降。

因此，在对PC/ABS合金组合物的耐候性能进行改进的过程中，只添加光稳定剂或紫外线屏蔽剂，仍然不能很好地满足耐候性的实际需要，在一些耐候性要求较高的场合条件下，如阳光可直接照射的汽车内饰部分，就不能满足汽车主机厂的要求。

申请号为201310136547.X的中国发明专利公布了一种低气味耐候PC/ABS塑料合金，该塑料合金以重量份数计由以下组分组成：聚碳酸酯50～80份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10～30份，相容剂5～10份，活性炭-纳米二氧化钛复合物1～5份，抗氧剂0.1～0.5份。该专利中采用活性炭-纳米二氧化钛复合物作为一种添加剂组分，二氧化钛既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，活性炭能吸附有气味的杂质小分子，二者还存在协同效应，能够使得塑料合金具有较好的耐候性和低气味的特点，但该专利所公布的技术中，一方面活性炭-纳米二氧化钛复合物需要采用溶胶-凝胶法单独进行制备，这会增加生产加工的难度，而且活性炭-纳米二氧化钛复合物的稳定性及均一性较难把握，制备周期较长，另一方面，要调节好最终塑料合金中活性炭、纳米二氧化钛的含量，并要求两者在塑料合金中能够充分分散均匀，难度会很大，不利于控制性能与成本之间的平衡。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耐候性能优异的PC/ABS合金及其制备方法，用以克服传统单一利用耐候改性助剂技术，不能稳定达到良好耐候效果的技术缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种耐候性能优异的PC/ABS合金，该合金包括以下组分及重量份含量：PC31～85份、ABS 8～58份、增韧剂1～5份、主抗氧剂0.05～0.5份、辅助抗氧剂0.05～0.5份、抗UV助剂0.1～0.8份、润滑剂0.1～0.5份。

所述的合金的组分及重量份含量优选为：PC 81～85份、ABS 12～25份、增韧剂3～5份、主抗氧剂0.05～0.1份、辅助抗氧剂0.15～0.3份、抗UV助剂0.3～0.5份、润滑剂0.2～0.4份。

所述的合金的组分及重量份含量更优选为：PC 85份、ABS 12份、增韧剂3份、主抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.15份、抗UV助剂0.3份、润滑剂0.2份。

所述的PC为双酚A型聚碳酸酯，该双酚A型聚碳酸酯的重均分子量为17000～35000，所述的双酚A型聚碳酸酯的玻璃化温度为145～149℃；所述的ABS的重均分子量为120000～140000，其中，丁二烯的重量百分比含量为15～28％，丙烯腈的重量百分比含量为22～26％，苯乙烯的重量百分比含量为50～63％。

所述的双酚A型聚碳酸酯的重均分子量优选32000～35000。

所述的增韧剂包括丙烯酸类增韧剂、丙烯酸-硅橡胶类增韧剂、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物增韧剂、丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种；所述的主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述的辅助抗氧剂为亚磷酸酯类化合物，包括磷酸三苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇双亚磷酸二(2，4-二特丁基苯基)酯或双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或多种；所述的抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂；所述的润滑剂包括脂肪酸盐、脂肪酸酰胺和/或混合物、硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

所述的增韧剂优选甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)，其在PC/ABS体系中除起到增韧效果外，还能起到增进体系相容性的作用。

所述的辅助抗氧剂优选双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯，其化学结构式如下：

所述的双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯分子结构中，苯环的2位、4位的取代基分别为枯基、(1，1，3，3-四甲基)-丁基，不但具有较好的热稳定性，而且由于空间位阻的减弱，使其具有良好的活性，分解过氧化氢类物质的能力更强，从而，具有更好的加工稳定性。

考虑到内外润滑的平衡，所述的润滑剂优选硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

所述的抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂，用于吸收太阳光照中的紫外光部分，而这部分紫外光对材料的破坏是最大的，吸收了尽可能多的紫外光，从而保证了材料的高耐候性。

一种耐候性能优异的PC/ABS合金的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量份备料：

(2)将上述所有组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为225～255℃，挤出造粒，即制得产品。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)良好的耐候性能，优异的机械性能，由于将增韧剂与抗氧剂、抗UV助剂结合使用，具有较好的协同效应，在提高PC/ABS合金耐候性能的同时，还能有效降低材料的脆性，提高材料的韧性，使得PC/ABS合金在耐候性能要求较高的条件下，长久保持优异的力学性能；

2)由于采用双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯辅助抗氧剂，其与PC及ABS均具有很好的相容性，而且在加工温度下不挥发、不分解，与受阻酚类抗氧剂具有很好的协同效应，能够快速消除基体中因分解所产生的自由基，能够有效延长PC/ABS合金的使用寿命；

3)加工成型过程简单，由于加入润滑剂，能够有效改善聚合物熔料与设备的热金属表面的摩擦状况，使得塑件容易脱模，更易于挤出造粒。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1～5：

一种耐候性能优异的PC/ABS合金制备方法，该方法包括以下步骤：按表1中组分比例，在高速混合机中充分混合后，导出，然后放入螺杆机中挤出造粒，控制螺杆机的转速为300～500rpm，温度为225～255℃，即得到产品。

表1各组分重量份含量

备注：①表示可以按照设计要求，从A1、A2、A3选择复配。

表1中材料组成如下：

组分A1为PC，聚碳酸酯的重均分子量为32000，LG化学生产；

组分A2为PC，聚碳酸酯的重均分子量为22000，湖南石化生产；

组分A3为PC，聚碳酸酯的重均分子量为18000，湖南石化生产；

组分B1为ABS750，韩国锦湖石化生产；

组分B2为ABS8391，高桥石化生产：

组分C为MBS2678，DOW化学生产；

组分D1为辅助抗氧剂168，BASF公司生产；

组分D2为辅助抗氧剂S-9228，Dover公司生产；

组分D3为辅助抗氧剂Revonox 6(即双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯)，台湾奇钛公司生产；

组分E为主抗氧剂1076、抗UV吸收剂234与润滑剂PETS按重量比为1∶3∶2组成的混合物，其中主抗氧剂1076为BASF公司生产，抗UV吸收剂234为BASF公司生产，润滑剂PETS为市售。

表2测试结果

表2为性能测试结果，具体项目如下：

Izod冲击强度：按照ASTM-D256标准测试；

MI：按照ASTM-D1238标准测试；

耐候性能测试：SAE J1885进行测试，ΔE为经过601KJ/m²能量照射后的数据。

由测试结果分析可知，辅助抗氧剂双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯的引入，可有效抑制在加工过程中PC及ABS的微降解。

在力学性能方面，实施例1～5及对比例1～2中采用双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯的PC/ABS合金，均具有较为优异的冲击强度，尤其是以实施例5中PC/ABS合金的冲击强度最高，这说明其与主抗氧剂1076具有优异的协同效果，能够有效捕捉并消除基体中的自由基，使得PC/ABS合金抗氧化性能更突出，能够抑制产品因老化现象所造成的力学性能降低的现象。

在耐候性能方面，实施例5具有非常优异的耐候性，其经过601KJ/m²能量照射后的ΔE仅为2.4，相比于对比例3～4，耐候性得到了显著的提高，这也是双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯与常规抗UV助剂之间具有良好的协同作用的结果。

实施例6：

本实施例中，耐候性能优异的PC/ABS合金包括以下组分及重量份含量：PC 81份、ABS 25份、增韧剂5份、主抗氧剂0.08份、辅助抗氧剂0.2份、抗UV助剂0.5份、润滑剂0.4份。

PC的重均分子量为17000、玻璃化温度为145～150℃的双酚A型芳族聚碳酸酯；ABS的重均分子量为140000，其中，丁二烯的重量百分比含量为15％，丙烯腈的重量百分比含量为22％，苯乙烯的重量百分比含量为63％。

其中，增韧剂为丙烯酸类增韧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯，抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂，润滑剂为脂肪酸盐与脂肪酸酰胺按质量比为1∶1的混合润滑剂。

具体制备步骤如下：

(1)按照以下组分及重量份备料：

(2)将上述所有组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300rpm，温度控制为255℃，挤出造粒，即制得产品。

实施例7：

本实施例中，耐候性能优异的PC/ABS合金包括以下组分及重量份含量：PC 48份、ABS 8份、增韧剂5份、主抗氧剂0.2份、辅助抗氧剂0.5份、抗UV助剂0.1份、润滑剂0.5份。

PC的重均分子量为35000、玻璃化温度为145～150℃的双酚A型芳族聚碳酸酯；ABS的重均分子量为140000，其中，丁二烯的重量百分比含量为24％，丙烯腈的重量百分比含量为26％，苯乙烯的重量百分比含量为50％。

其中，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯与乙烯-丙烯酸丁酯按质量比为2∶3的混合增韧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂，润滑剂为甲撑双硬脂酸酰胺与N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺按质量比为1∶1的混合润滑剂。

具体制备步骤如下：

(1)按照以下组分及重量份备料：

(2)将上述所有组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为400rpm，温度控制为250℃，挤出造粒，即制得产品。

实施例8：

本实施例中，耐候性能优异的PC/ABS合金包括以下组分及重量份含量：PC 45份、ABS 58份、增韧剂1份、主抗氧剂0.05份、辅助抗氧剂0.05份、抗UV助剂0.8份、润滑剂0.1份。

PC的重均分子量为30000、玻璃化温度为145～150℃的双酚A型芳族聚碳酸酯；ABS的重均分子量为120000，其中，丁二烯的重量百分比含量为28％，丙烯腈的重量百分比含量为22％，苯乙烯的重量百分比含量为50％。

其中，增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯与乙烯-丙烯酸丁酯按质量比为2∶3的混合增韧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为季戊四醇双亚磷酸二(2，4-二特丁基苯基)酯，抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂，润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌及硬脂酸酰胺按质量比为1∶1∶3的混合润滑剂。

具体制备步骤如下：

(1)按照以下组分及重量份备料：

(2)将上述所有组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为500rpm，温度控制为225℃，挤出造粒，即制得产品。

实施例9：

本实施例中，耐候性能优异的PC/ABS合金包括以下组分及重量份含量：PC 83份、ABS 14份、增韧剂2份、主抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.2份、抗UV助剂0.5份、润滑剂0.2份。

PC的重均分子量为32000、玻璃化温度为145～150℃的双酚A型芳族聚碳酸酯；ABS的重均分子量为130000，其中，丁二烯的重量百分比含量为24％，丙烯腈的重量百分比含量为25％，苯乙烯的重量百分比含量为51％。

其中，增韧剂为丙烯酸-硅橡胶类增韧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂，润滑剂为硅酮粉。

具体制备步骤如下：

(1)按照以下组分及重量份备料：

(2)将上述所有组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为350rpm，温度控制为235℃，挤出造粒，即制得产品。

实施例10：

本实施例中，耐候性能优异的PC/ABS合金包括以下组分及重量份含量：PC 82份、ABS 14份、增韧剂3份、主抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.3份、抗UV助剂0.4份、润滑剂0.2份。

PC的重均分子量为35000、玻璃化温度为145～150℃的双酚A型芳族聚碳酸酯；ABS的重均分子量为140000，其中，丁二烯的重量百分比含量为15％，丙烯腈的重量百分比含量为25％，苯乙烯的重量百分比含量为60％。

其中，增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物增韧剂与丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物按质量比为1∶1的混合增韧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯，抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂，润滑剂为液体石蜡与硅烷聚合物按质量比为2∶1的混合润滑剂。

具体制备步骤如下：

(1)按照以下组分及重量份备料：

(2)将上述所有组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为450rpm，温度控制为245℃，挤出造粒，即制得产品。

Claims (10)

1.一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，该合金包括以下组分及重量份含量：PC 31～85份、ABS 8～58份、增韧剂1～5份、主抗氧剂0.05～0.5份、辅助抗氧剂0.05～0.5份、抗UV助剂0.1～0.8份、润滑剂0.1～0.5份。

2.根据权利要求1所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的合金的组分及重量份含量优选为：PC 81～85份、ABS 12～25份、增韧剂3～5份、主抗氧剂0.05～0.1份、辅助抗氧剂0.15～0.3份、抗UV助剂0.3～0.5份、润滑剂0.2～0.4份。

3.根据权利要求2所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的合金的组分及重量份含量更优选为：PC 85份、ABS 12份、增韧剂3份、主抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.15份、抗UV助剂0.3份、润滑剂0.2份。

4.根据权利要求1所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的PC为双酚A型聚碳酸酯，该双酚A型聚碳酸酯的重均分子量为17000～35000，所述的双酚A型聚碳酸酯的玻璃化温度为145～149℃；所述的ABS的重均分子量为120000～140000，其中，丁二烯的重量百分比含量为15～28％，丙烯腈的重量百分比含量为22～26％，苯乙烯的重量百分比含量为50～63％。

5.根据权利要求4所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的双酚A型聚碳酸酯的重均分子量优选32000～35000。

6.根据权利要求1所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的增韧剂包括丙烯酸类增韧剂、丙烯酸-硅橡胶类增韧剂、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物增韧剂、丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种；所述的主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；所述的辅助抗氧剂为亚磷酸酯类化合物，包括磷酸三苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇双亚磷酸二(2，4-二特丁基苯基)酯或双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或多种；所述的抗UV助剂为苯并三唑类抗紫外光吸收剂；所述的润滑剂包括脂肪酸盐、脂肪酸酰胺和/或混合物、硅烷聚合物、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的增韧剂优选甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。

8.根据权利要求6所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的辅助抗氧剂优选双(2-枯基，4-(1，1，3，3-四甲基)-丁基)季戊四醇二亚磷酸酯，其化学结构式如下：

9.根据权利要求6所述的一种耐候性能优异的PC/ABS合金，其特征在于，所述的润滑剂优选硅酮粉、甲撑双硬脂酸酰胺或N，N’-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

10.一种如权利要求1所述的耐候性能优异的PC/ABS合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量份备料：

(2)将上述所有组分置于高速混合机中，充分混合后，导出，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为225～255℃，挤出造粒，即制得产品。