CN105155135B

CN105155135B - 一种用于改善pc/abs合金制件挥发性的纤维膜及其制备方法

Info

Publication number: CN105155135B
Application number: CN201510706057.8A
Authority: CN
Inventors: 邵成华; 李强; 罗明华; 辛敏琦
Original assignee: Shanghai Kumho Sunny Plastics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Kumho Sunny Plastics Co Ltd
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: CN105155135A

Abstract

本发明涉及一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜及其制备方法，该纤维膜通过静电纺丝工艺铺覆沉积在PC/ABS合金制件表面上，并且所述的纤维膜为添加有多孔吸附剂的聚苯乙烯纤维膜；制备时，将多孔吸附剂与聚苯乙烯熔融搅拌，制成分散均匀的电纺液，填装到注射器中，进行静电纺丝，沉积在PC/ABS合金制件毛坯的表面上，形成纤维膜；待纤维膜厚度达到一定厚度，更换下一个PC/ABS合金制件毛坯即可。与现有技术相比，在降低PC/ABS合金制件有机小分子挥发性的同时，还能提高PC/ABS合金制件的耐候性，进而有效延长PC/ABS合金制件的正常使用寿命，具有很好的应用前景。

Description

一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜及其制备方法

技术领域

本发明属于材料改性技术领域，涉及一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜及其制备方法。

背景技术

随着社会生活的不断向前发展，人们的物质水平日益提高。汽车正进入越来越多的家庭，现已成为我们生活中必不可少的帮手。然而，胶黏剂、泡沫、橡胶、塑料等合成材料在汽车内饰领域的大量使用，很大程度上会造成车内挥发性有机小分子(VOC)的浓度偏高，使得车内空气质量令人堪忧。例如，PC/ABS塑料合金材料(聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物)，其结合了两种材料的优异特性，ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线(UV)等性质，现已广泛应用在汽车内饰材料领域中。但由于PC/ABS塑料合金中小分子杂质较多，气味比较难闻，特别对于由PC/ABS塑料合金制成的各种汽车内饰制件来说，释放出的难闻气味受到越来越多的消费者质疑。

因此，如何减少车内空气中的VOC，现已备受消费者及汽车主机厂的关注。目前，各原材料生产厂商及下游注塑厂正通过各自的努力来减小原材料的VOC挥发量。有的厂家通过源头控制，从材料合成及生产过程中的工艺创新，降低了材料中的小分子易挥发物，例如，上海锦湖日丽塑料有限公司推出的塑可净系列材料，就是通过这方面的改进而实现的；也有加工厂家通过改进后处理工艺，将生产好的制件放置于换气烘箱中进行预先热处理，通过高温使制件中的小分子挥发物被提前除去，进而减少装配后在车内的挥发；还有第三种改进措施，即在原材料中添加多孔性物质，通过多孔性物质自身具有的大比表面积特性来吸收塑件内的挥发性小分子。

针对上述第三种改进措施，目前已有相关专利报道。在此，还是以PC/ABS塑料合金为例进行说明。

例如，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，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。该专利是通过向PC/ABS基体材料中直接添加具有多孔性的除味物质来实现吸附有气味的杂质小分子的目的，以此来解决PC/ABS塑料合金气味难闻的问题，但向PC/ABS材料体系中加入1-5份活性炭-纳米二氧化钛复合物，那么基体材料的连续性被破坏，可以预见所制备的制件韧性会受到很大的影响，缺口冲击强度很可能不再能够达到其实施例中的50kJ/m²以上。

又如申请号为201410838538.X的中国发明专利公布了一种低散发、耐水解PC/ABS材料及其制备方法，该PC/ABS材料按以下重量份计的原料配制而成：聚碳酸酯树脂10-85重量份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10-85重量份；丙烯腈-苯乙烯共聚物0-55份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐相容剂0-5重量份；耐水解剂0.1-1份；除味剂0.01-0.2份。该专利通过选择适当的材料配方及适当添加耐水解剂来改善PC/ABS合金材料的耐水解性能，但向体系中添加的除味剂为0.01-0.2％时，由于添加量较少，且除味剂被固定在PC/ABS材料内部，与散发性小分子接触的机会很少，因此，所能够起到的作用应当是十分有限的。

近年来，随着纳米技术的发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术现已得到了广泛应用。静电纺丝是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。其工作原理为：首先，使高分子溶液或熔体带电，当所带电量达到一定强度后，带电液体的电荷斥力超过了其表面张力(泰勒锥形成)，表面出现了微细的射流，射流在飞行过程中不断拉伸，最终沉积在接收器上，经固化成型为纳米纤维膜。这些纤维膜中的纤维粗细可根据电压强度、飞行距离、溶剂种类、溶液浓度、环境温湿度等因素来调节。所制得的纤维膜可由材料和工艺不同，而呈现不同的光泽和质感。

如果在汽车内饰或其他制件设计初期，将静电纺丝技术纳入考虑范围，例如，在PC/ABS塑料合金制件注塑后，再进行一个相当于喷漆环节的电纺覆丝过程，可以有效改善PC/ABS塑料合金制件的耐候性、散发性以及其他方面的性能。

然而，目前将静电纺丝技术用于改善PC/ABS塑料合金VOC挥发性的技术信息却鲜有报道。

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能有效降低PC/ABS塑料合金制件挥发性，并能吸附其他塑料制件挥发出的有机小分子，用以降低车内VOC浓度的用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜，该纤维膜通过静电纺丝工艺铺覆沉积在PC/ABS合金制件表面上，并且所述的纤维膜为添加有多孔吸附剂的聚苯乙烯纤维膜。

所述的聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为1-35％。

所述的多孔吸附剂包括活性炭、多孔炭纤维、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。

优选地，所述的多孔吸附剂为多孔性颗粒吸附剂。

所述的聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为50000-200000。

一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)将多孔吸附剂与聚苯乙烯熔融搅拌，制成分散均匀的电纺液；

(2)将电纺液填装到注射器中，再以恒定喂料速度推动电纺液向前挤出，在注射器尖端施加静电电压，以PC/ABS合金制件毛坯作为接收器，进行静电纺丝，使得被挤出的电纺液形成泰勒锥形电纺射流，电纺射流经飞行拉伸，沉积在PC/ABS合金制件毛坯的表面上，形成纤维膜；

(3)待步骤(2)中的纤维膜厚度达到10μm以上时，更换下一个PC/ABS合金制件毛坯即可。

步骤(1)所述的多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为1-35％。

步骤(2)所述的喂料速度为0.5-100mL/h。

步骤(2)所述的静电纺丝的条件为：控制静电电压为2-70kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为3-50cm，注射器前段直径为0.1-2mm，环境温度为20-70℃，环境相对湿度为50-80％。

优选地，步骤(2)所述的静电纺丝的条件为：控制静电电压为0.5-100kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为1-100cm，注射器前段直径为0.1-2mm，环境温度为0-100℃，环境相对湿度为0-95％。

静电纺丝的参数可根据PC/ABS合金材料毛坯件的实际形貌进行调整。

所述的PC/ABS合金材料毛坯件前方设有可往复移动的纤维吸引机构，该纤维吸引机构吸引电纺射流沉积在PC/ABS合金材料毛坯件的表面上。

所述的纤维吸引机构为金属丝网或金属线。

在实际应用时，所述的纤维吸引机构为一个与PC/ABS合金材料毛坯件表面相匹配的金属线制成的网格壳体，可以通过伺服电机来控制其进行有规则的往复移动，其能吸引电纺射流沉积在后方的PC/ABS合金材料毛坯件的表面上。

其中，所述的金属丝网优选铜丝网或铝丝网中的一种，所述的金属线优选铜线。

本发明中，所述的纤维吸引机构主要用于加强对电纺射流的牵引性，并通过来回往复的运动，吸引电纺射流沉积到PC/ABS合金制件毛坯上，每次换上新的PC/ABS合金制件毛坯件进行电纺造孔时，一并更换纤维吸引机构。

本发明的制备方法主要是将多孔性颗粒吸附剂与聚苯乙烯(PS)熔融搅拌制成分散均匀的电纺液，将制备得到的PS熔体填装到注射器型的储罐中，注射器以固定速度推动液体向前挤出，在注射器尖端施加高压静电，在静电作用下，被挤出的PS熔体形成喷射料流，料流经过一定的飞行距离后，沉积在前方放置了往复运动的金属丝的接收器表面上，而接收器正是欲电镀的PC/ABS合金制件毛坯，待接收的电纺纤维膜达到一定厚度，换上一批新的PC/ABS合金制件毛坯进行表面覆丝。而电纺结束后的样件表面上增加了一层带有多孔性颗粒吸附剂的PS纤维膜，纤维膜中的多孔性颗粒能够及时地吸附PC/ABS合金制件本身散发出的有机小分子。

本发明制得的PC/ABS合金制件表面被一层负载了多孔性颗粒吸附剂的PS电纺纤维膜所覆盖，而内部材料则是具有高强度高耐热的PC/ABS材料。制件中散逸出的小分子挥发物在经过表层的PS电纺纤维膜时，会被多孔性颗粒吸附剂吸附，车内其他制件所散发出的小分子也会在接触到电纺纤维膜时被多孔性颗粒吸附剂捕获，从而减少了车内的VOC浓度。在温度较高的时候，将车置于阳光下暴晒若干小时，接着打开车门通风，可以使已经被捕获的散发性小分子再散逸出来而被排除车外，PS电纺纤维膜上的多孔性颗粒吸附剂又可恢复其对VOC强有力的捕获能力。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)在具有高强度高耐热的PC/ABS合金制件表面铺覆沉积一层添加有多孔吸附剂的聚苯乙烯纤维膜，使得材料呈现出天然低光泽和织物质感的同时，有效解决了现有PC/ABS合金制件容易释放出的难闻气味的技术问题；

2)由于采用静电纺丝工艺，在保证聚苯乙烯纤维膜均匀沉积在PC/ABS合金制件表面的同时，还能保证多孔吸附剂在聚苯乙烯纤维膜中的均匀分散性，使得纤维膜体系更加稳定，无分层现象，而形成的纤维膜本身又具多孔结构，自身通透性较好，这也有利于增加多孔吸附剂与挥发出的有机小分子的接触机会，吸附效果更佳；

3)通过静电纺丝工艺在PC/ABS合金制件表面上铺覆沉积一层纤维膜，改变了传统技术中向PC/ABS材料体系中添加吸附剂的思路，其本身并没有混入PC/ABS基体材料中，因此，其不会破坏PC/ABS基体材料的连续性，进而有利于保证PC/ABS基体材料的韧性；

4)制备方法简单，条件易控制，可重复性好，操作方便，在降低PC/ABS合金制件有机小分子挥发性的同时，还能提高PC/ABS合金制件的耐候性，进而有效延长PC/ABS合金制件的正常使用寿命，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备所得用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的扫描电镜图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1：

本实施例一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜，该纤维膜通过静电纺丝工艺铺覆沉积在PC/ABS合金制件表面上，并且所述的纤维膜为添加有多孔吸附剂的聚苯乙烯纤维膜。

其中，聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为35％，多孔吸附剂为活性炭粉末，聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为50000。

本实施例用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，具体包括以下步骤：

(2)将电纺液填装到注射器中，再以恒定喂料速度推动电纺液向前挤出，在注射器尖端施加高压静电，以PC/ABS合金制件毛坯作为接收器，进行静电纺丝，使得被挤出的电纺液形成泰勒锥形电纺射流，电纺射流经飞行拉伸，沉积在PC/ABS合金制件毛坯的表面上，形成纤维膜；

(3)待步骤(2)中的纤维膜厚度达到10μm时，更换下一个PC/ABS合金制件毛坯即可。

步骤(1)中，多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为35％。

步骤(2)中，喂料速度为1mL/h，静电纺丝的条件为：控制静电电压为2kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为3cm，注射器前段直径为0.1mm，环境温度为23℃，环境相对湿度为50％。

在具体制备时，PC/ABS合金材料毛坯件前方设有可往复移动的纤维吸引机构，该纤维吸引机构吸引电纺射流沉积在PC/ABS合金材料毛坯件的表面上，纤维吸引机构为铜线。

在实际应用时，纤维吸引机构为一个与PC/ABS合金材料毛坯件表面相匹配的铜线制成的网格壳体，可以通过伺服电机来控制其进行有规则的往复移动，其能吸引电纺射流沉积在后方的PC/ABS合金材料毛坯件的表面上。

如图1所示，为本实施例制得的纤维膜的扫描电镜图谱，扫描电镜图谱表明，静电纺丝制得的纤维膜上的纤维直径为200-800nm。

实施例2：

其中，聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为20％，多孔吸附剂为活性炭粉末，聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为75000。

(3)待步骤(2)中的纤维膜厚度达到15μm时，更换下一个PC/ABS合金制件毛坯即可。

步骤(1)中，多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为20％。

步骤(2)中，喂料速度为5mL/h，静电纺丝的条件为：控制静电电压为15kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为20cm，注射器前段直径为0.5mm，环境温度为70℃，环境相对湿度为60％。

在具体制备时，PC/ABS合金材料毛坯件前方设有可往复移动的纤维吸引机构，该纤维吸引机构吸引电纺射流沉积在PC/ABS合金材料毛坯件的表面上，纤维吸引机构为铝丝网。

实施例3：

其中，聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为5％，多孔吸附剂为活性炭粉末，聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为100000。

(3)待步骤(2)中的纤维膜厚度达到12μm时，更换下一个PC/ABS合金制件毛坯即可。

步骤(1)中，多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为5％。

步骤(2)中，喂料速度为25mL/h，静电纺丝的条件为：控制静电电压为20kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为50cm，注射器前段直径为1mm，环境温度为23℃，环境相对湿度为80％。

实施例4：

其中，聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为1％，多孔吸附剂为活性炭粉末，聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为200000。

步骤(1)中，多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为1％。

步骤(2)中，喂料速度为1mL/h，静电纺丝的条件为：控制静电电压为70kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为20cm，注射器前段直径为1.2mm，环境温度为23℃，环境相对湿度为50％。

在具体制备时，PC/ABS合金材料毛坯件前方设有可往复移动的纤维吸引机构，该纤维吸引机构吸引电纺射流沉积在PC/ABS合金材料毛坯件的表面上，纤维吸引机构为铜丝网。

表1为实施例1-4的制备工艺参数以及制件性能。

表1制备工艺参数以及制件性能

实施例5：

其中，聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为8％，多孔吸附剂为活性炭粉末，聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为90000。

步骤(1)中，多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为1％。

步骤(2)中，喂料速度为0.5mL/h，静电纺丝的条件为：控制静电电压为0.5kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为1cm，注射器前段直径为2mm，环境温度为0℃，环境相对湿度为0％。

实施例6：

其中，聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为32％，多孔吸附剂为活性炭粉末，聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为120000。

步骤(1)中，多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为32％。

步骤(2)中，喂料速度为100mL/h，静电纺丝的条件为：控制静电电压为100kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为1cm，注射器前段直径为0.6mm，环境温度为100℃，环境相对湿度为95％。

实施例7：

其中，聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为17％，多孔吸附剂为活性炭粉末，聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为60000。

步骤(1)中，多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为17％。

步骤(2)中，喂料速度为75mL/h，静电纺丝的条件为：控制静电电压为80kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为60cm，注射器前段直径为0.8mm，环境温度为80℃，环境相对湿度为58％。

Claims

1.一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜，其特征在于，该纤维膜通过静电纺丝工艺铺覆沉积在PC/ABS合金制件表面上，并且所述的纤维膜为添加有多孔吸附剂的聚苯乙烯纤维膜；

所述的多孔吸附剂包括活性炭、多孔炭纤维、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种；

所述的纤维膜的制备方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜，其特征在于，所述的聚苯乙烯纤维膜中多孔吸附剂的质量含量为1-35％。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜，其特征在于，所述的聚苯乙烯纤维膜中聚苯乙烯的重均分子量为50000-200000。

4.一种如权利要求1所述的用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的多孔吸附剂在电纺液中的质量含量为1-35％。

6.根据权利要求4所述的一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的喂料速度为0.5-100mL/h。

7.根据权利要求4所述的一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的静电纺丝的条件为：控制静电电压为0.5-100kV，注射器尖端到PC/ABS合金制件毛坯表面的接收距离为1-100cm，注射器前段直径为0.1-2mm，环境温度为0-100℃，环境相对湿度为0-95％。

8.根据权利要求4所述的一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的PC/ABS合金制件毛坯前方设有可往复移动的纤维吸引机构，该纤维吸引机构吸引电纺射流沉积在PC/ABS合金材料毛坯件的表面上。

9.根据权利要求8所述的一种用于改善PC/ABS合金制件挥发性的纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的纤维吸引机构为金属丝网或金属线。