CN105802175B - 聚芳酯‑聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯及其制备方法 - Google Patents

聚芳酯‑聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了聚芳酯‐聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯及其制备方法，按质量百分比计，该聚碳酸酯原料配方组成为：91.6％～97.8％双酚A型聚碳酸酯、2％～8％聚芳酯‑聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物和0.2％～0.4％抗氧剂；聚芳酯‑聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物的制备：将双酚A、氢氧化钠、去离子水混合，溶解后，加入苄基三乙基氯化铵，构成水相；将间苯二甲酰氯溶于干燥的二氯甲烷中，构成有机相；将有机相滴加到水相中，降温至5～10℃，搅拌反应，加入氢氧化钠和双端氨基聚二甲基硅氧烷，常温反应，得到聚芳酯‑聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液；本发明制备的聚碳酸酯低温韧性好、熔融流动性高。

Description

聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯及其制 备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及到一种聚芳酯‐聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯及其制备方法。
背景技术
双酚A型聚碳酸酯(简称聚碳酸酯，PC)是五大工程塑料之一，具有使用温度高、力学强度好等优点，但其熔体粘度大、加工流动性较差，低温韧性差，这严重限制其应用。采用加入热塑性弹性体、核壳结构增韧剂的方法可改进聚碳酸酯的低温韧性。中国发明专利CN1388178A采用10％聚烯烃弹性体增韧聚碳酸酯，使其-30℃下缺口冲击强度达到464J/m，但同时也造成聚碳酸酯拉伸强度从58MPa降至43MPa，降低幅度达25％，且聚碳酸酯的加工流动性降低。中国发明专利CN103421293A采用有机硅-聚碳酸酯嵌段共聚物和具有核壳结构有机硅/丙烯酸酯增韧剂共同提高聚碳酸酯的低温韧性，但该方法使聚碳酸酯的加工流动性变差。
综上所述，现有技术采用添加弹性体等方法可提高聚碳酸酯的低温韧性，但同时会引起聚碳酸酯的加工流动性降低等问题，本领域迫切需要能同时提高聚碳酸酯流动性和低温韧性且保持其力学强度和使用温度的改性技术。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点，提供一种低温韧性好、熔融流动性高的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯及其制备方法。
本发明采用由聚芳酯和聚二甲基硅氧烷构成的嵌段共聚物改性聚碳酸酯，其聚芳酯链段不仅耐热性和刚性优良，且与聚碳酸酯相容性好，而聚二甲基硅氧烷链段玻璃化转变温度低，润滑性好，具有良好的流动性和低温韧性。该聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物与聚碳酸酯共混，能提高聚碳酸酯的流动性、低温韧性，并保持热变形温度不降低，不采用相容剂的情况下，改性聚碳酸酯体系力学性能保持良好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，按质量百分比计，其原料配方由如下组分组成：91.6％～97.8％双酚A型聚碳酸酯、2％～8％聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物和0.2％～0.4％抗氧剂；
所述聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物通过以下步骤制备：
(1)将双酚A、氢氧化钠、去离子水按1:2.0～2.2:74～133的摩尔比混合，待双酚A完全溶解后，加入苄基三乙基氯化铵，构成水相；
(2)将间苯二甲酰氯溶于干燥的二氯甲烷中，构成有机相；
(3)在室温下将有机相滴加到水相中，然后冰浴降温至5～10℃，搅拌反应30～60分钟，移开冰浴，依次加入氢氧化钠和双端氨基聚二甲基硅氧烷，常温反应4～6小时后，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液；
(4)将聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液加入去离子水，经过分离、沉淀、干燥后得聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述将聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液加入去离子水，经过分离、沉淀、干燥的方式是将聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液倒入分液漏斗中，加入去离子水，其用量为乳液体积数的1～3倍，剧烈振荡后静置，待有机相与水相分层后，旋开旋塞分离出有机相，从漏斗上口倒出水相；将有机相倒入分液漏斗中，再加入其体积1～3倍的去离子水，振荡、静置、分液，如此反复至漏斗上口倒出的水经pH纸检测呈中性后，将分离出的有机相滴加入甲醇中，析出白色沉淀，将其从甲醇中过滤分离出来，再真空干燥、粉碎后，即得聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物。
优选地，所述苄基三乙基氯化铵与双酚A的摩尔比为0.0094～0.0107:1；所述间苯二甲酰氯与双酚A的摩尔比为1.06～1.12:1；二氯甲烷与去离子水的质量比为1.67～4.0:1。
优选地，控制所述滴加的时间为8～15分钟。
优选地，所述双端氨基聚二甲基硅氧烷与双酚A的摩尔比为0.10～0.15：1；所述氢氧化钠与双端氨基聚二甲基硅氧烷的摩尔比为2.0～2.1:1。
优选地，所述甲醇的用量为二氯甲烷质量的12～30倍。
优选地，所述真空干燥的时间为12～48小时，温度为60～100℃。
优选地，所述双氨基封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为5000～27000。
所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯的制备方法：按质量百分比计，将双酚A型聚碳酸酯、聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物和抗氧剂分散混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得产物。
优选地，所述挤出机各温度设定为：一区：200℃～220℃；二区235℃～245℃；三区～九区：255℃～265℃；机头：255℃～265℃；所述挤出机的螺杆转速为100～150r/min。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果：
1)按质量百分比计，本发明仅添加5％的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物即可使聚碳酸酯熔体流动速率由原来的17g/10min增加到29g/10min，加工性能良好；
2)在-50℃下缺口冲击强度达522.3J/m，是纯聚碳酸酯的4.6倍，低温增韧好，同时聚碳酸酯热变形温度基本不降低，拉伸强度和弯曲强度保持在90％以上，极大地改善了聚碳酸酯的加工流动性和低温韧性，且热变形温度基本不降低，综合性能良好。
3)与目前商品化的具有较好低温韧性的碳酸酯-有机硅共聚物产品(PC EXL1414)相比，本发明改性聚碳酸酯具有更高的加工流动性和更高的拉伸强度、弯曲强度。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。
本发明所用聚碳酸酯为韩国三星SC-1100R，熔体流动速率为17g/10min；所用抗氧剂为市售抗氧剂1098、抗氧剂168或抗氧剂1010；所用双酚A为sigma-aldrich公司产品；间苯二甲酰氯为东京化成工业株式会社(TCI)产品；苄基三乙基氯化铵为alfaaeser公司产品；氢氧化钠为南京化学试剂股份有限公司产品；所用平均分子量27000的双端氨基聚二甲基硅氧烷来自sigma-aldrich公司；平均分子量5000的双端氨基聚二甲基硅氧烷(编号DMS-A21)来自gelest公司。
实施例1
聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物的制备方法：将3.75mmol双酚A、7.5mmol氢氧化钠、5.0g去离子水依次加入装有机械搅拌的三口烧瓶中，待双酚A完全溶解后，加入0.035mmol苄基三乙基氯化铵，构成水相；将4.2mmol间苯二甲酰氯溶于20.0g干燥的二氯甲烷中，构成有机相；在室温下将有机相缓慢滴加入水相中，控制滴加时间为8分钟，滴加完毕后，在5℃下搅拌反应60分钟，移开冰浴，向三口烧瓶中依次加入0.75mmol氢氧化钠和0.375mmol平均分子量为27000的双端氨基聚二甲基硅氧烷，常温反应5小时后，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液；将该乳液倒入分液漏斗中，加入去离子水，其用量为乳液体积数的1倍，剧烈振荡后静置，待有机相与水相分层后，旋开旋塞分离出有机相，从漏斗上口倒出水相；将有机相倒入分液漏斗中，再加入其体积3倍的去离子水，振荡、静置、分液，如此反复至漏斗上口倒出的水经pH纸检测呈中性后，将分离出的有机相滴加入500g甲醇中，析出白色沉淀，将其从甲醇中过滤分离出来，再在60℃下真空干燥48小时，粉碎后即为聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物，记为PARSi2.7W-1，待用；
将976g聚碳酸酯、20g聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PARSi2.7W-1)和4g抗氧化剂1098在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯粒料，挤出机各温度设定为：一区：220℃、二区245℃，三区～九区：265℃，机头：265℃；螺杆转速：100r/min。
实施例2
聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物的制备方法：将7.5mmol双酚A、15.8mmol氢氧化钠、16.0g去离子水依次加入装有机械搅拌的三口烧瓶中，待双酚A完全溶解后，加入0.080mmol苄基三乙基氯化铵，构成水相；将7.95mmol间苯二甲酰氯溶于30.0g干燥的二氯甲烷中，构成有机相；在室温下将有机相缓慢滴加入水相中，控制滴加时间为15分钟，滴加完毕后，在10℃下搅拌反应40分钟，移开冰浴，向三口烧瓶中依次加入1.76mmol氢氧化钠和0.84mmol平均分子量为27000的双端氨基聚二甲基硅氧烷，常温反应6小时后，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液；将该乳液倒入分液漏斗中，加入去离子水，其用量为乳液体积数的3倍，剧烈振荡后静置，待有机相与水相分层后，旋开旋塞分离出有机相，从漏斗上口倒出水相；将有机相倒入分液漏斗中，再加入其体积3倍的去离子水，振荡、静置、分液，如此反复至漏斗上口倒出的水经pH纸检测呈中性后，将分离出的有机相滴加入900g甲醇中，析出白色沉淀，将其从甲醇中过滤分离出来，再在80℃下真空干燥48小时，粉碎后即为聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物，记为PARSi2.7W-2，待用；
将968g聚碳酸酯、30g聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PARSi2.7W-2)和2g抗氧化剂1098在高速混合机中进行混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯粒料，挤出机各温度设定为：一区：220℃、二区245℃，三区～九区：265℃，机头：265℃；螺杆转速：110r/min。
实施例3
将947g聚碳酸酯、50g聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PARSi2.7W-2)和3g抗氧化剂1098在高速混合机中进行混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯粒料，挤出机各温度设定为：一区：215℃、二区240℃，三区～九区：260℃，机头：260℃；螺杆转速：120r/min。
实施例4
将926g聚碳酸酯、70g聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PARSi2.7W-1)和4g抗氧化剂1098在高速混合机中进行混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯粒料，挤出机各温度设定为：一区：220℃、二区240℃，三区～九区：260℃，机头：260℃；螺杆转速：130r/min。
实施例5
聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物的制备方法：将7.5mmol双酚A、16.5mmol氢氧化钠、18g去离子水依次加入装有机械搅拌的三口烧瓶中，待双酚A完全溶解后，加入0.075mmol苄基三乙基氯化铵，构成水相；将8.18mmol间苯二甲酰氯溶于30g干燥的二氯甲烷中，构成有机相；将有机相在室温下缓慢滴加入水相中，控制滴加时间为13分钟，滴加完毕后，在8℃下搅拌反应30分钟，移开冰浴，向三口烧瓶中依次加入2.31mmol氢氧化钠和1.1mmol平均分子量为5000双端氨基聚二甲基硅氧烷，常温反应5小时后，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液；将该乳液倒入分液漏斗中，加入去离子水，其用量为乳液体积数的2倍，剧烈振荡后静置，待有机相与水相分层后，旋开旋塞分离出有机相，从漏斗上口倒出水相；将有机相倒入分液漏斗中，再加入其体积1倍的去离子水，振荡、静置、分液，如此反复至漏斗上口倒出的水经pH纸检测呈中性后，将分离出的有机相滴加入420g甲醇中，析出白色沉淀，将其从甲醇中过滤分离出来，再在100℃下真空干燥12小时，粉碎后即为聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物，记为PARSi5K-1，待用；
将947g聚碳酸酯、50g聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PARSi5K-1)、2g抗氧剂1010和1g抗氧剂168在高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯粒料，挤出机各温度设定为：一区：210℃、二区240℃，三区～九区：260℃，机头：255℃；螺杆转速：120r/min。
实施例6
聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物的制备方法：将3.75mmol双酚A、8.0mmol氢氧化钠、8g去离子水依次加入装有机械搅拌的三口烧瓶中，待双酚A完全溶解后，加入0.038mmol苄基三乙基氯化铵，构成水相；将4.2mmol间苯二甲酰氯溶于18g干燥的二氯甲烷中，构成有机相；将有机相在室温下缓慢滴加入水相中，控制滴加时间为10分钟，滴加完毕后，在6℃下搅拌反应50分钟，移开冰浴，向三口烧瓶中依次加入1.12mmol氢氧化钠和0.56mmol平均分子量为5000双端氨基聚二甲基硅氧烷，常温反应4小时后，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液；将该乳液倒入分液漏斗中，加入去离子水，其用量为乳液体积数的2.5倍，剧烈振荡后静置，待有机相与水相分层后，旋开旋塞分离出有机相，从漏斗上口倒出水相；将有机相倒入分液漏斗中，再加入其体积2.5倍的去离子水，振荡、静置、分液，如此反复至漏斗上口倒出的水经pH纸检测呈中性后，将分离出的有机相滴加入250g甲醇中，析出白色沉淀，将其从甲醇中过滤分离出来，再在75℃下真空干燥24小时，粉碎后即为聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物，记为PARSi5K-2，待用。
将916g聚碳酸酯、80g聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PARSi5K-2)和2g抗氧剂1010和2g抗氧剂168在高速混合机中进行混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯粒料，挤出机各温度设定为：一区：200℃、二区235℃，三区～九区：255℃，机头：255℃；螺杆转速：150r/min。
以韩国三星SC-1100R牌号聚碳酸酯原料以及目前商品化的一种具有较好低温韧性的碳酸酯-有机硅共聚物产品(沙特基础公司，牌号为PC EXL1414)作对比例。
将实施例1-6所制备的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯粒料及对比例PC SC-1100R、PC EXL1414注塑成标准测试样条。熔体流动速率按ASTM D-1238标准进行测试，缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行测试，拉伸性能按ASTM D-638标准进行测试，弯曲性能按ASTM D-790标准进行测试，热变形温度按ASTM D-648标准进行测试，测试结果如表1。
表1实施例及对比例性能测试情况表
由表1可知，本发明聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性聚碳酸酯在聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物质量用量为5％时，熔体流动速率由原料PC SC-1100R的17g/10min增加到29g/10min，-50℃缺口冲击强度达到522.3J/m，是原料PC SC-1100R的4.6倍，极大地改善了聚碳酸酯的加工流动性和低温韧性，且热变形温度基本不降低，拉伸强度和弯曲强度仍保持在原料PC SC-1100R的90％，综合性能良好。与目前商品化的具有较好低温韧性的碳酸酯-有机硅共聚物产品(PC EXL1414)相比，本发明改性聚碳酸酯具有更高的加工流动性和更高的拉伸强度、弯曲强度。

Claims (10)

1.聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，按质量百分比计，其原料配方由如下组分组成：91.6％～97.8％双酚A型聚碳酸酯、2％～8％聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物和0.2％～0.4％抗氧剂；
所述聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物通过以下步骤制备：
(1)将双酚A、氢氧化钠、去离子水按1:2.0～2.2:74～133的摩尔比混合，待双酚A完全溶解后，加入苄基三乙基氯化铵，构成水相；
(2)将间苯二甲酰氯溶于干燥的二氯甲烷中，构成有机相；
(3)在室温下将有机相滴加到水相中，然后冰浴降温至5～10℃，搅拌反应30～60分钟，移开冰浴，依次加入氢氧化钠和双端氨基聚二甲基硅氧烷，常温反应4～6小时后，得到聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液；
(4)将聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液加入去离子水，经过分离、沉淀、干燥后得聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物。
2.根据权利要求1所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，所述将聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液加入去离子水，经过分离、沉淀、干燥的方式是将聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物乳液倒入分液漏斗中，加入去离子水，其用量为乳液体积数的1～3倍，剧烈振荡后静置，待有机相与水相分层后，旋开旋塞分离出有机相，从漏斗上口倒出水相；将有机相倒入分液漏斗中，再加入其体积1～3倍的去离子水，振荡、静置、分液，如此反复至漏斗上口倒出的水经pH纸检测呈中性后，将分离出的有机相滴加入甲醇中，析出白色沉淀，将其从甲醇中过滤分离出来，再真空干燥、粉碎后，即得聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物。
3.根据权利要求1所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，所述苄基三乙基氯化铵与双酚A的摩尔比为0.0094～0.0107:1；所述间苯二甲酰氯与双酚A的摩尔比为1.06～1.12:1；二氯甲烷与去离子水的质量比为1.67～4.0:1。
4.根据权利要求1所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，控制所述滴加的时间为8～15分钟。
5.根据权利要求1所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，所述双端氨基聚二甲基硅氧烷与双酚A的摩尔比为0.10～0.15：1；所述氢氧化钠与双端氨基聚二甲基硅氧烷的摩尔比为2.0～2.1:1。
6.根据权利要求2所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，所述甲醇的用量为二氯甲烷质量的12～30倍。
7.根据权利要求2所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，所述真空干燥的时间为12～48小时，温度为60～100℃。
8.根据权利要求1所述的所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯，其特征在于，所述双氨基封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为5000～27000。
9.权利要求1-8任一项所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，将双酚A型聚碳酸酯、聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物和抗氧剂分散混合均匀后，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥，得产物。
10.根据权利要求9所述的聚芳酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物改性的聚碳酸酯的制备方法，其特征在于，所述挤出机各温度设定为：一区：200℃～220℃；二区235℃～245℃；三区～九区：255℃～265℃；机头：255℃～265℃；所述挤出机的螺杆转速为100～150r/min。
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