CN105566881A - 一种改性pc复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性PC复合材料及其制备方法。本发明的一种改性PC复合材料，按重量份计，包括以下原料：50～80份的PC、10～20份的HRG、5～15份的SAN、1～3份的抗冲击改性剂以及10～15份的无卤阻燃剂。本发明的改性PC复合材料结合了PC和SAN的优良性能，耐化学品性好、生物相容性好，降低了应力开裂的可能性，抗冲击性能和阻燃性能得到提高，本发明的改性PC复合材料应用于医疗领域时符合美国药典USP？VI级规范和ISO10993关于保健及医疗设备行业标准的要求。另外，本发明的改性PC复合材料的制备方法操作简便，适合改性PC复合材料的大量生产。

Description

一种改性PC复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种改性PC复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)作为五大工程塑料之一，是一种分子结构特殊、综合性能优良的热塑性工程树脂。PC的分子链上含有苯环和碳酸酯结构，因此，其分子链的刚性非常大，由于PC的这种特殊的分子结构，决定了PC酯的许多独特的力学、热学、光学等方面的性能。由于PC制品可经受蒸汽、清洗剂、加热和大剂量辐射消毒，且不发生变黄和物理性能下降，因而被广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中。如生产高压注射器、外科手术面罩、一次性牙科用具、血液分离器等可作医疗用途的杯、筒、瓶以及牙科器械、药品容器和手术器械，甚至还可用作人工肾、人工肺等人工脏器。
目前，PC制品已经广泛应用于医疗器械中，但是，由于其耐化学品性较差，在化学药品存在下易引起内应力开裂，生物相容性有待提高，例如PC在人工透析器、人工肺等医疗器械的应用中要解决高温消毒导致裂纹的老化现象，并且现有的PC制品的抗冲击性能、阻燃性能有待提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种改性PC复合材料，耐化学品性好、生物相容性好，降低了应力开裂的可能性，另外，抗冲击性能和阻燃性能得到提高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种改性PC复合材料，按重量份计，包括以下原料：50～80份的PC、10～20份的HRG、5～15份的SAN、1～3份的抗冲击改性剂以及10～15份的无卤阻燃剂；例如PC为50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份；HRG为10份、12份、14份、16份、18份、20份；SAN为5份、8份、9份、10份、12份、15份；抗冲击改性剂为1份、1.5份、2份、2.5份、3份；无卤阻燃剂为10份、11份、12份、13份、14份、15份。
优选地，改性PC复合材料，按重量份计，包括以下原料：60～70份的PC、12～16份的HRG、8～12份的SAN、1.5～2.5份的抗冲击改性剂以及12～14份的无卤阻燃剂；例如PC为61份、62份、63份、64份、65份、66份、67份、68份、69份、70份；HRG为12份、13份、15份、16份；SAN为8份、8.5份、9份、10份、11份、11.5份、12份；抗冲击改性剂为1.5份、1.8份、1.9份、2份、2.1份、2.3份、2.5份；无卤阻燃剂为12.5份、13份、13.5份、14份。
在选择PC材料时，为了避免应力开裂现象及消除内应力，选材时尽量选择高分子量的PC，因为高分子量的PC分子链的长度更长，链与链之间缠绕数目更多，分子间作用力更大，抗应力开裂能力更强。其中，所述PC的数均分子量为30000～40000，例如30000、32000、34000、35000、37000、40000；所述PC的熔融指数为5～10g/10mins，例如5g/10mins、6g/10mins、7g/10mins、8g/10mins、9g/10mins、10g/10mins。
苯乙烯-丙烯腈共聚物(英文名称：acrylonitrile-styrenecopolymer，英文简称SAN，又称AS树脂)是无色透明的热塑性树脂，具有耐高温性、出色的光泽度和耐化学介质性，还有优良的硬度、刚性、尺寸稳定性和较高的承载能力。SAN是以丙烯腈和苯乙烯为原料用悬浮法聚合而得到的，使用热引发剂引发亦可，也可采用乳液聚合法制得。由于该树脂固有的透明性，故普便地应用于制造透明塑料制品。
SAN是一种坚硬、透明的材料。苯乙烯成份使SAN坚硬、透明并易于加工；丙烯腈成份使SAN具有更好的化学稳定性和热稳定性。与聚苯乙烯相比，SAN有更高的抗冲击性，耐热性，耐油性，耐化学腐蚀和抗应力开裂等性能均得到了改善，比ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名称：AcrylonitrileButadieneStyrene，英文缩写为ABS)有更好的耐气候性，SAN的最高使用温度为75～90℃，与GPPS(通用级聚苯乙稀)相比，SAN的机械强度好，透明度相当。SAN具有很强的承受载荷的能力、抗化学反应能力、抗热变形特性和几何稳定性。其中，所述SAN包含丙烯腈和苯乙烯，所述丙烯腈的质量百分比为20～40％，例如20％、25％、30％、35％、40％；所述苯乙烯的质量百分比为60～80％，例如60％、65％、70％、75％、80％。
熔融指数是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值，它是美国量测标准协会(ASTM)根据美国杜邦公司惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成，其测试方法是先让塑料粒在一定时间(10min)内、一定温度及压力(各种材料标准不同)下，融化成塑料流体，然后通过一直径为2.095mm圆管所流出的克(g)数，一般用MI值表示，其值越大，表示该塑料的加工流动性越佳，反之则越差。其中，所述SAN的熔融指数为5～15g/10mins，例如，5g/10mins、8g/10mins、10g/10mins、12g/10mins、14g/10mins、15g/10mins。
其中，所述无卤阻燃剂为聚合型的磷酸酯阻燃剂、低聚芳基磷酸酯、磷酸三苯酯、磺酸盐中的任意一种或至少两种。
以改进塑料冲击性能为目的而添加的助剂称为抗冲击改性剂。抗冲击改性剂的主要作用是改善高分子材料的低温脆化，赋予其更高的韧性。抗冲击性改性剂不仅能提高高分子材料的冲击强度，还可改善高分子材料的加工性能。目前，常用的抗冲击改性剂主要有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、合成橡胶和热塑性弹性体，添加了这些类型的抗冲击改性剂可以将脆性塑料变为韧性塑料，可以将只能在常温下应用的塑料变为低温下使用的塑料，此外，还能有效地改善塑料的加工性能。
其中，所述抗冲击改性剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、合成橡胶和热塑性弹性体中的一种或至少两种。
本发明的目的之二在于提供一种改性PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，分别称取50～80份的PC和5～15份的SAN，干燥后置于混料机中搅拌混合，向混料机中加入10～20份的HRG、1～3份的抗冲击改性剂以及10～15份的无卤阻燃剂继续搅拌混合，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
优选地，改性PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，分别称取60～70份的PC和8～12份的SAN，干燥后置于混料机中搅拌混合5～10min，然后向混料机中加入12～16份的HRG、1.5～2.5份的抗冲击改性剂以及12～14份的无卤阻燃剂继续搅拌混合5～10min，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
其中，干燥的目的在于对原料PC和SAN进行除湿，所述干燥的温度为60～90℃，例如，干燥的温度为60℃、70℃、80℃、90℃；所述干燥的时间为1～2h，例如，干燥的时间为1h、1.5h、2h。
其中，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200～400转/min，例如，200转/min、250转/min、300转/min、350转/min、400转/min；熔融的温度为240～280℃，例如240℃、250℃、260℃、270℃、280℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的一种改性PC复合材料，按重量份计，包括以下原料：50～80份的PC、10～20份的HRG、5～15份的SAN、1～3份的抗冲击改性剂以及10～15份的无卤阻燃剂；本发明的改性PC复合材料结合了PC和SAN的优良性能能，耐化学品性好、生物相容性好，降低了应力开裂的可能性，抗冲击性能和阻燃性能得到提高；SAN的加入使PC复合材料的耐化学腐蚀和抗应力开裂等性能均得到了改善，从而降低了应力开裂的可能性；HRG作为高性能橡胶接枝粉加入后作为增韧剂使PC和SAN的相容性，从而使PC复合材料的韧性和冲击强度增强，抗冲击改性剂的加入进一步提高了PC复合材料的抗冲击性能，无卤阻燃剂的加入使PC复合材料的阻燃性能良好，达到UL94V-0级，本发明的改性PC复合材料应用于医疗领域时符合美国药典USPVI级规范和ISO10993关于保健及医疗设备行业标准的要求。
另外，本发明的改性PC复合材料的制备方法操作简便，适合改性PC复合材料的大量生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1
按重量份计，分别称取50份的PC和15份的SAN，其中PC的数均分子量为35000；SAN的熔融指数为10g/10mins，其中，丙烯腈的质量百分比为25％，苯乙烯的质量百分比为75％，于70℃干燥1h后置于混料机中搅拌混合10min，向混料机中加入20份的HRG、1份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以及13份的磷酸酯阻燃剂继续搅拌混合8min，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，其中，双螺杆挤出机的螺杆转速为280转/min，熔融的温度为270℃，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
实施例2
按重量份计，分别称取70份的PC和8份的SAN，其中PC的数均分子量为30000；SAN的熔融指数为15g/10mins，其中，丙烯腈的质量百分比为20％，苯乙烯的质量百分比为80％，于80℃干燥2h后置于混料机中搅拌混合8min，向混料机中加入15份的HRG、2份的乙烯-醋酸乙烯共聚物以及10份的磷酸三苯酯继续搅拌混合7min，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，其中，双螺杆挤出机的螺杆转速为310转/min，熔融的温度为250℃，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
实施例3
按重量份计，分别称取60份的PC和9份的SAN，其中PC的数均分子量为40000；SAN的熔融指数为6g/10mins，其中，丙烯腈的质量百分比为40％，苯乙烯的质量百分比为60％，于60℃干燥2h后置于混料机中搅拌混合5min，向混料机中加入12份的HRG、3份的合成橡胶以及13份的低聚芳基磷酸酯继续搅拌混合5min，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，其中，双螺杆挤出机的螺杆转速为270转/min，熔融的温度为240℃，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
实施例4
按重量份计，分别称取80份的PC和5份的SAN，其中PC的数均分子量为36000；SAN的熔融指数为5g/10mins，其中，丙烯腈的质量百分比为30％，苯乙烯的质量百分比为70％，于90℃干燥1后置于混料机中搅拌混合10min，向混料机中加入15份的HRG、1.5份的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物以及14份的磺酸盐继续搅拌混合10min，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，其中，双螺杆挤出机的螺杆转速为350转/min，熔融的温度为260℃，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
对比例
将粉末PC加入双螺杆挤出机中，经230℃熔融挤出、冷却造粒，制备得到PC塑料。
对实施例1～4制备得到的改性PC复合材料以及对比例制备得到PC塑料，参照ASTM-D792的测试方法，对其标准密度做了测试(测试条件：23℃)；参照ASTM-D1238的测试方法，对其流动性做了测试(测试条件：300℃/1.2KG)；参照ASTM-D955的测试方法，对其成型收缩率做了测试；参照ASTM-D570的测试方法，对其吸水率做了测试(测试条件：23℃，24hrs)；参照ASTM-D638的测试方法，对其拉伸强度做了测试(测试条件：50mm/min)；参照ASTM-D790的测试方法，对其弯曲强度做了测试(测试条件：10mm/min)；参照ASTM-D256的测试方法，对其冲击强度做了测试(测试条件：23℃)；参照ASTM-D648的测试方法，对其热变形温度做了测试；测试了阻燃性能，实验结果如表1所示。
表1
本发明的改性PC复合材料结合了PC和SAN的优良性能能，耐化学品性好、生物相容性好，降低了应力开裂的可能性，由表1可以看出，改性PC复合材料的成型收缩率降低，热变形温度提高，因此耐热性变好；冲击强度、拉伸强度、弯曲强度都得到了提高；本发明的改性PC复合材料应用于医疗领域时符合美国药典USPVI级规范和ISO10993关于保健及医疗设备行业标准的要求，可以广泛的应用与保健及医疗行业。另外，本发明的改性PC复合材料的阻燃性能良好，达到UL94V-0级。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种改性PC复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：50～80份的PC、10～20份的HRG、5～15份的SAN、1～3份的抗冲击改性剂以及10～15份的无卤阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的改性PC复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：60～70份的PC、12～16份的HRG、8～12份的SAN、1.5～2.5份的抗冲击改性剂以及12～14份的无卤阻燃剂。
3.根据权利要求1所述的改性PC复合材料，其特征在于，所述PC的数均分子量为30000～40000，所述PC的熔融指数为5～10g/10mins。
4.根据权利要求1所述的改性PC复合材料，其特征在于，所述SAN的熔融指数为5～15g/10mins，所述SAN包含丙烯腈和苯乙烯，其中，所述丙烯腈的质量百分比为20～40％，所述苯乙烯的质量百分比为60～80％。
5.根据权利要求1所述的改性PC复合材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂为聚合型的磷酸酯阻燃剂、低聚芳基磷酸酯、磷酸三苯酯、磺酸盐中的任意一种或至少两种。
6.根据权利要求1所述的改性PC复合材料，其特征在于，所述抗冲击改性剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、合成橡胶和热塑性弹性体中的一种或至少两种。
7.一种如权利要求1所述的改性PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份计，分别称取50～80份的PC和5～15份的SAN，干燥后置于混料机中搅拌混合，向混料机中加入10～20份的HRG、1～3份的抗冲击改性剂以及10～15份的无卤阻燃剂继续搅拌混合，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份计，分别称取60～70份的PC和8～12份的SAN，干燥后置于混料机中搅拌混合5～10min，然后向混料机中加入12～16份的HRG、1.5～2.5份的抗冲击改性剂以及12～14份的无卤阻燃剂继续搅拌混合5～10min，将混合好的的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，将挤出的丝条经冷却、造粒，制备得到改性PC复合材料。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为60～90℃，所述干燥的时间为1～2h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200～400转/min，熔融的温度为240～280℃。
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