CN106189167A - 高效抗静电pc/abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高效抗静电PC/ABS复合材料及其制备方法；所述复合材料包括以下重量百分数计的各组分：聚碳酸酯40～70％；ABS 5～40％；抗静电剂0.5～10％；相容剂0.5～5％；分散剂5‑25％。所述制备方法包括以下步骤：首先将原料中抗静电剂、相容剂、分散剂按照一定比例在室温下进行混合后，通过双螺杆进行熔融挤出，制备成抗静电母粒；再将上述复合材料按照配比经双螺杆挤出后造粒，进而制备所述高效抗静电PC/ABS复合材料。本发明制备的复合材料抗静电性能优异，力学性能保持良好，制品外观优良。

Description

高效抗静电PC/ABS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子领域，具体涉及一种高效抗静电PC/ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
塑料一般都具有良好的绝缘性能，并因此在很多领域得到了广泛应用，例如电线电缆、电子电气等。但是随着社会的发展和科技的进步，在某些领域塑料的绝缘性能反而变成了不利因素，塑料的绝缘性导致塑料制品表面积累的静电荷无法得到释放，进而形成静电压，容易吸附灰尘等污物，静电电压达到一定程度后，会产生静电放电(ESD)与电击现象。在电子行业中，各种精密仪器和精密电子元件会由于静电击穿而损坏甚至报废，另外，在一些接触易燃易爆物的工矿企业中，静电放电如果得不到有效的防护，会产生更严重的后果，一旦出现事故可能就会危及现场工人的生命，并造成重大的经济损失。另一方面，随着现代电子工业的发展，电磁波干扰(EMI)和射频干扰(RFI)成为了新的“环境污染”问题，精密电子元器件之间的微电流很容易受到这样的复杂电磁环境的影响，产生误动作、图像障碍等故障。
于是人们开始研究如何改善塑料的抗静电性能。目前主要有两种方法，一种是改进分子结构，即制备结构型抗静电塑料，另一种是与可抗静电的填料复合，即制备复合型抗静电塑料。
虽然结构型抗静电高分子的发展速度很快，但是抗静电高分子的电导率稳定性直接影响着其实用性。比如碘掺杂的聚乙炔的在空气中暴露1000h后，其抗静电率会下降一个数量级，而碘掺杂的聚苯乙炔在空气中暴露250h后，其基本失去抗静电性。
复合型抗静电塑料是指在塑料基体中加入抗静电填料(如碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管、金属粉末、金属纤维等)，通过分散复合、层积复合等不同的方式加工后得到的一种复合材料。这种抗静电复合材料，可以通过密炼机或双螺杆挤出机混炼后得到。这种材料具有性能稳定、加工工艺简单可控、安全性高等优点，目前已经广泛的被用在通信终端、计算机、汽车电话、收款机等设备上。
随着社会不断的进步，电子、电器制造技术的不断发展，抗静电塑料的应用越来越多，需求量越来越大，而且对抗静电塑料的要求也越来越高，比如：(1)如何能够在保持优异的抗静电性能和屏蔽性能的前提下，尽可能地降低抗静电填料的用量，以达到提高加工性能、降低生产成本的目的；(2)如何能尽可能的提高复合抗静电塑料的抗静电性能，而又保持良好的加工性能和力学性能；(3)如何使抗静电塑料在具备抗静电塑料的同时，也具有优秀的阻燃、耐热、耐磨、耐腐蚀、高导热等其他性能；(4)新的高效抗静电填料和新的抗静电塑料制备工艺的开发，等等越来越受到研究人员的关注。
抗静电性能与所用抗静电填料的粒度、结构、品种、吸油值、孔隙率及填充量等诸多因素有关，大量的研究表面，尺寸越小，粒子比表面积越大，结构越复杂，表面的活性基团数目越少，表面极性越强，所制备的抗静电塑料的抗静电性能就会越好。此外，分散情况和连续相的形成状态对抗静电性能也有较大影响，因此选择合适的加工分散方法很重要，为了提高抗静电填料在基体材料中的分散性及填料与基体材料的亲和性，往往需要用助剂对抗静电填料进行表面处理，混炼需要进过密炼或挤出机混合造粒两道工序。
碳纳米管在1991年被正式认识，其上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有良好的抗静电性能。理论预测其抗静电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，抗静电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好抗静电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。因此，在塑料里掺入少量的碳纳米管，就能使塑料具备良好的抗静电性；但是碳材料由于表面惰性和片层之间具有很强的范德华力，因此分散极为困难。如何在复合材料中有效分散碳材料成为了抗静电材料研究的一个热点，目前对此并没有有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的就是为了针对现有技术中抗静电复合材料中的上述问题问题，难以满足更高要求场合的需求和稳定性的需求，而提出一种简单有效，使用方便的高效抗静电PC/ABS复合材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种高效抗静电PC/ABS复合材料，所述复合材料包括以下重量百分数计的各组分：
优选地，所述的相容剂为芳香族乙烯基单体、丙烯腈系单体和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)共聚而成的三元共聚物。
优选地，所述的三元共聚物的数均分子量为50000～90000，235℃/2.16kg的熔体指数为5～15g/10min。分子量过大，粘度高，不利于加工，且三元共聚物制造困难。优选地，所述的三元共聚物中芳香族乙烯基单体的含量为50wt％～85wt％，丙烯腈系单体的含量为10wt％～40wt％，甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为2wt％～30wt％。丙烯腈含量过低，三元共聚物热稳定性降低，过高则聚合过程不易控制。甲基丙烯酸缩水甘油酯含量过低，活性官能团数量太少，不利于导电剂浸润；过多则聚合过程困难，且过高的官能团含量会造成PC反应过度，形成交联，不利于力学性能。
优选地，所述芳香族乙烯基单体包括苯乙烯系单体，所述的丙烯腈系单体包括丙烯腈单体或α-甲基丙烯腈单体，所述的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的含量为5wt％～25wt％。
更优选地，所述的苯乙烯系单体包括苯乙烯单体、α-甲基苯乙烯单体、α-氯苯乙烯单体或p-甲基苯乙烯单体，所述的丙烯腈系单体为丙烯腈单体，所述的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的用量为5wt％～20wt％。
进一步优选地，所述的苯乙烯系单体为苯乙烯单体。
更优选地，所述三元共聚物包括ST-AN-GMA三元共聚物。
优选地，所述分散剂为芳香族乙烯基单体、丙烯腈系单体共聚而成的无规共聚物。
优选地，所述无规共聚物中芳香族乙烯基单体的含量为50wt％～85wt％，丙烯腈系单体的含量为10wt％～40wt％。
优选地，所述的芳香族乙烯基单体包括苯乙烯系单体，所述的丙烯腈系单体包括丙烯腈单体或α-甲基丙烯腈单体。
更优选地，所述的苯乙烯系单体包括苯乙烯单体、α-甲基苯乙烯单体、α-氯苯乙烯单体或p-甲基苯乙烯单体，所述的丙烯腈系单体为丙烯腈单体。
进一步优选地，所述的苯乙烯系单体为苯乙烯单体。
更优选地，所述无规共聚物包括ST-AN共聚物。
优选地，所述无规共聚物的数均分子量为10000～30000，190℃/5kg的熔体指数为40～100g/10min。
优选地，所述抗静电剂为具有纳米结构的碳材料，包括碳纳米管，纳米碳纤维，石墨烯片中的一种或几种的混合物。
优选地，所述碳纳米管的平均直径<20nm,平均长度1-20μm，平均壁层数<15。
第二方面，本发明提供了一种高效抗静电PC/ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将抗静电剂、相容剂、分散剂按比例混合均匀，通过双螺杆挤出机，控制加工温度190～230℃，转速180～600rpm，制备成高效抗静电母粒；
S2、将制备的高效抗静电母粒与聚碳酸酯、ABS按照比例共混后，经双螺杆挤出，控制加工温度220～280℃，转速180～600rpm，出料后，经水冷，切粒机造粒后得到所述高效抗静电PC/ABS复合材料。
本发明制备得到复合材料抗静电性能优异，力学性能保持良好，制品外观优良。
现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.具有相容化作用的三元共聚物反应活性高，与PC或者ABS具有热力学相容，官能团能与分子量是普通聚合物级别，因此与聚合物共挤热稳定性良好。
2.具有相容化作用的三元共聚物可以与PC反应，有效提高PC或者PC/ABS的耐热性与水解稳定性。
3.使用方便，不需母粒化，也不存在二次污染。
4.本发明的分散剂与PC或者ABS具有热力学相容，相比市场上同类产品分子量高，不容易发生析出现象，不会造成PC的降解等副作用。
5.本发明的分散剂具有优异的塑化效果，与市场上同类产品相比，更易塑化，更有利于碳纳米管的分散。
6.为高效抗静电母粒的制备提供了一种适用的方法。
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。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1～4和对比例1～3
所述实施例按照以下重量百分数计的组分称取原料：
聚碳酸酯：40～70％；
ABS：5～40％；
碳纳米管：0.5～10％；
ST-AN-GMA三元共聚物作为相容剂：0.5～5％；
ST-AN共聚物作为分散剂：5-25％。
其中，所述碳纳米管的平均直径<20nm,平均长度1-20μm，平均壁层数<15。
所述ST-AN-GMA三元共聚物中，ST含量为70wt％，AN含量为25wt％，GMA含量为5wt％。
所述ST-AN共聚物中，数均分子量为10000～30000，190℃/5kg的熔体指数为40～100g/10min，ST含量为75wt％，AN含量为25wt％。各实施例和对比例的具体组分及重量百分数如表1所示。
将碳纳米管、ST-AN-GMA三元共聚物作为相容剂、ST-AN共聚物作为分散剂按比例混合均匀，通过双螺杆挤出机，控制加工温度190～230℃，转速180～600rpm，制备成高效抗静电母粒；
将上述方法制备的高效抗静电母粒与聚碳酸酯、ABS按照比例共混后，经双螺杆挤出，控制加工温度220～280℃，转速180～600rpm，出料后，经水冷，切粒机造粒后得到所述高效抗静电PC/ABS复合材料。
表1.实施方案配比
效果验证：
将上述实施例和对比例进行拉伸强度、缺口冲击强度和表面电阻的测试。结果如表2所示。
表2.实施方案性能对比
项目 拉伸强度/MPa 缺口冲击强度/J/m 表面电阻Ω
实施例1 69 427 9*1010
实施例2 78 416 3*109
实施例3 83 359 7*108
实施例4 84 347 6*108
实施例5 35 340 8*1010
实施例6 67 279 1*1010
实施例7 42 314 7*109
对比例1 56 495 6*1012
对比例2 50 290 1*1010
对比例3 38 265 7*1011
对比例4 35 207 1*1010
对比例5 41 213 5*1011
对比例6 27 236 1*1010
由表2的结果可知，比较实施例与对比例1-3可得出，本发明采用抗静电剂、相容剂和分散剂的结合，才能使PC/ABS复合材料兼具优异的电性能和力学性能。而从实施例2与对比例3、4、5的比较得出，抗静电剂、相容剂或分散剂的含量过高均会导致电性能或力学性能的降低。
综上所述，本发明制备的高效抗静电PC/ABS复合材料具有优异的电性能与力学性能。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述复合材料包括以下重量百分数计的各组分：
2.如权利要求1所述的高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述的相容剂为芳香族乙烯基单体、丙烯腈系单体和甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚而成的三元共聚物。
3.如权利要求2所述的高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述的三元共聚物的数均分子量为50000～90000，235℃/2.16kg的熔体指数为5～15g/10min。
4.如权利要求2或3所述的高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述的三元共聚物中芳香族乙烯基单体的含量为50wt％～85wt％，丙烯腈系单体的含量为10wt％～40wt％，甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为2wt％～30wt％。
5.如权利要求1所述的高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述分散剂为芳香族乙烯基单体、丙烯腈系单体共聚而成的无规共聚物。
6.如权利要求5所述的抗静电水性转移涂料，其特征在于，所述无规共聚物中芳香族乙烯基单体的含量为50wt％～85wt％，丙烯腈系单体的含量为15wt％～50wt％。
7.如权利要求5或6所述的高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述无规共聚物的数均分子量为10000～30000，190℃/5kg的熔体指数为40～100g/10min。
8.如权利要求1所述的高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为具有纳米结构的碳材料，为碳纳米管，纳米碳纤维，石墨烯片中的一种或几种的混合物。
9.如权利要求8所述的高效抗静电PC/ABS复合材料，其特征在于，所述碳纳米管的平均直径<20nm，平均长度1-20μm，平均壁层数<15。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的高效抗静电PC/ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将抗静电剂、相容剂、分散剂按比例混合均匀，通过双螺杆挤出机，控制加工温度190～230℃，转速180～600rpm，制备成高效抗静电母粒；
S2、将制备的高效抗静电母粒与聚碳酸酯、ABS共混后，经双螺杆挤出，控制加工温度220～280℃，转速180～600rpm，出料后，经水冷，切粒机造粒后得到所述高效抗静电PC/ABS复合材料。
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