CN106336641A - 一种pc合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PC合金材料及其制备方法。所述PC合金材料包括如下按重量份计算的组分：聚碳酸酯54~90份；聚对苯二甲酸乙二醇‑1,4‑环己烷二甲醇酯4~60份；纤维状填料0~30份；其他助剂0~5.4份。本发明采用聚酯对PC合金进行改性，使获得的PC合金材料克服了现有PC合金材料的不足，其同时具有良好的耐候性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种PC合金材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是性能优异的工程塑料，具有良好的综合性能，机械强度高、耐冲击韧性好、尺寸稳定、电绝缘性好；但PC在某些性能方面存在缺陷。现有技术中常选择特殊的聚酯与其共混改善其性能。
聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯具有冲击强度高、突出的透明度、高光泽、耐热性好、弯曲不泛白、耐划痕、耐老化、防静电、耐化学性优异、耐水解、流动性好、着色力强、易于成型加工、卫生性好(符合FDA)等优点。
虽然现有技术有采用聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯对PC进行改性，但是其制品在耐候性方面未能达到很好的效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种PC合金材料，该材料的耐候性能得到显著提高。
本发明的另一目的在于提供所述PC合金材料的制备方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现。
一种PC合金材料，包括如下按重量份计算的组分：
聚碳酸酯54～90份；
聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯4～60份；
纤维状填料 0～30份；
其他助剂 0～5.4份。
优选地，所述PC合金材料包括如下按重量份计算的组分：
聚碳酸酯54～90份；
聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯4～60份；
纤维状填料 0～30份；
其他助剂 0～5.4份；
所述PC合金材料中，含有硅元素，硅元素的含量为0.1～500ppm。
发明人意外发现，在上述配方中，额外地添加硅元素，并控制其含量在某范围内，能进一步提升聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯改性PC的耐候性。
当添加的硅元素含量过高时，无法起到上述效果。
优选地，所述PC合金材料中，硅元素的含量优选为1～300ppm，更优选为1～100ppm。更进一步地，硅元素的优选含量为15～90ppm，更优选为30～80ppm。
优选地，硅元素以硅盐、硅的氧化物或与PC共聚形成硅共聚PC的一种或多种形式存在于PC合金材料中。优选地，硅元素以二氧化硅、碳化硅、有机硅或与PC共聚形成硅共聚PC的一种或多种形式存在于PC合金材料中。
优选地，所述聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯的熔点为290～310℃。
更优选地，所述聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯中1,4-环己烷二甲醇结构单元(CHDM)和乙二醇结构单元(EG)的摩尔比为80:20～20:80。
更优选地，所述聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯中1,4-环己烷二甲醇结构单元(CHDM)和乙二醇结构单元(EG)的摩尔比为60:40～70:30或30:70～40:60。
在合金组合物中，添加纤维状填料可以进一步提升其力学性能。因此，优选所述PC合金材料中纤维状填料的含量大于0份。
所述纤维状填料可以是金属纤维、碳纤维、塑料纤维、玻璃纤维中的一种或几种；优选玻璃纤维；其中，所述玻璃纤维选自粗纺纤维、长玻璃纤维、短玻璃纤维中的一种或几种，优选为M-玻璃、E-玻璃、A-玻璃、S-玻璃、R-玻璃、C-玻璃中的一种或几种，更优选为E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃。以上玻璃纤维可以是经过浆料和粘合促进剂进行表面处理的，也可以是对表面部分覆盖处理，还可以是表面不进行任何处理；所述玻璃纤维的直径为1um～25um，优选为3um～20um，最优选为4um～15um。
优选地，当所述PC合金材料含有硅元素时，其所含的硅元素的含量按照如下方法进行测试：
在分析天平中精确称量PC合金材料的颗粒2g，倒入100ml消解瓶中，然后加入97％的浓硫酸5ml，在预设温度300℃铁板加热仪器中加热10分钟，然后再加入68％的硝酸5ml，再保持加热20分钟，使颗粒物完全分解后冷却至室温，加入20ml的双氧水中和酸性至pH值为7后，用去离子水稀释上述液体，将液体通过进样管导入ICP检测仪器中测定硅元素的含量。
优选地，所述PC合金材料中，还含有锰元素和/或钙元素。发明人还发现，在含有上述含量范围的硅元素的PC合金材料中，额外添加锰元素和/或钙元素再进行复配，能使耐候性能得到更显著的提升。
优选地，锰元素的含量为1～200ppm，优选为1～100ppm，更优选为10～50ppm。
优选地，钙元素的含量为1～200ppm，优选为1～100ppm，更优选为50～90ppm。
优选地，所述锰元素以锰盐、锰的氧化物的形式存在于PC合金材料中，所述钙元素以钙盐、钙的氧化物的形式存在于PC合金材料中。
优选地，所述PC合金材料中，锰元素、钙元素的含量按照如下方法进行测试：在分析天平中精确称量PC合金材料的颗粒2g，倒入100ml消解瓶中，然后加入97％的浓硫酸5ml，在预设温度300℃铁板加热仪器中加热10分钟，然后再加入68％的硝酸5ml，再保持加热20分钟，使颗粒物完全分解后冷却至室温，加入20ml的双氧水中和酸性至pH值为7后，用去离子水稀释上述液体，将液体通过进样管导入ICP检测仪器中测定锰元素、钙元素的浓度。
当PC合金材料中，同时含有硅、锰、钙三种元素，耐候性能得到最佳的改善。
优选地，所述锰盐或锰的氧化物为中性或不具有腐蚀性的锰盐或锰的氧化物。
钙元素的来源优选为中性钙盐。
根据不同的用途需要，本发明的PC合金材料还可以进一步包括其他助剂，如抗氧化剂、光稳定剂、抗冲改性剂、阻燃剂、荧光增白剂、润滑剂、增塑剂、增韧剂、增稠剂、抗静电剂、脱模剂、颜料等。
所述抗氧化剂可以是本领域常用的抗氧化剂，其可选自受阻胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种，例如1010、168、1076、445、1098中的一种或者两种及以上的混合物。
所述增韧剂可以是本领域常用的增韧剂，例如EVA型增韧剂、EMA型增韧剂、ASA型增韧剂、AES型增韧剂、SAS型增韧剂、丙烯酸酯类增韧剂、有机硅增韧剂中的一种或多种混合物。
所述光稳定剂可以是本领域常用的光稳定剂，例如受阻胺类或紫外线吸收剂中的一种或几种的混合，具体可以列举出UV-944、UV-234、770DF、328、531、5411中的一种或者两种及以上的混合物。
所述抗冲改性剂可以是本领域常用的抗冲改性剂，例如PTW、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS中的一种或者两种的混合物。
所述阻燃剂可以是本领域常用的阻燃剂，例如磷系阻燃剂，具体可以为双酚A双(二苯基磷酸酯)BDP、RDP、甲基膦酸二甲酯(DMMP)和乙基膦酸二乙酯(DEEP)中的一种或者两种及以上的混合物。
所述荧光增白剂可以是本领域常用的荧光增白剂，例如双三嗪氨基二苯乙烯。
所述润滑剂可以是本领域常用的润滑剂，例如季戊四醇酯、蒙旦蜡、硅油中的一种或者两种及以上的混合物。
所述增塑剂可以是本领域常用的增塑剂，例如甘油、柠檬酸、柠檬酸丁酯、环氧大豆油等中的一种或者两种及以上的混合物。
所述增稠剂可以是本领域常用的增稠剂，例如无机增稠剂、聚丙烯酸酯增稠剂。
所述抗静电剂为永久性抗静电剂，可以是本领域常用的永久性抗静电剂，例如PELESTAT-230、PELESTAT-6500、SUNNICO ASA-2500中的一种或者两种及以上的混合物。
所述脱模剂可以是本领域常用的脱模剂，例如硅油、石蜡、白矿油、凡士林中的一种或者两种及以上的混合物。
所述颜料可以是本领域常用的颜料，例如炭黑、钛白粉、黑种、酞菁蓝、荧光橙等中的一种或者两种及以上的混合物。
本发明所述PC合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照配方含量称量各组分，并将需要预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂进行120℃～130℃预烘干处理；
2)将预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂、分别经过高混机混合均匀；
3)将混合均匀的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、其他助剂，硅盐或硅的氧化物或与PC共聚形成的硅共聚PC分别通过主喂料口，纤维状填料通过主喂料口或侧喂料口，加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为200℃～280℃，需要时锰盐或锰的氧化物、钙盐或钙的氧化物通过主喂料口加入；
4)冷却、切粒。
优选地，所述PC合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照配方含量称量各组分，并将需要预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂进行120℃～130℃预烘干处理，预烘干时间设定为4h～6h，得到预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂；
2)将预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂、分别经过高混机混合均匀，混合温度为30℃～50℃，混合时间设定在5min～15min；
3)将混合均匀的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、其他助剂，硅盐或硅的氧化物或与PC共聚形成的硅共聚PC分别通过主喂料口，纤维状填料通过主喂料口或侧喂料口，加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为200℃～280℃，其中并设置至少1个抽真空，抽真空可以位于输料段的末端，熔融段的前端以及计量段部分，需要时锰盐或锰的氧化物、钙盐或钙的氧化物通过主喂料口加入；
4)将得到熔体经过模头，模头孔数量范围为4个～30个，因此可以得到直径为0.5mm～10mm的条状组合物的熔融长条；熔融长条通过20℃～25℃的水槽冷却口，引入到切粒机中进行均化切粒，得到的粒子通过筛空输送除湿后得到最终的PC合金材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用聚酯对PC合金进行改性，使获得的PC合金材料克服了现有PC合金材料的不足，使其耐候性得到提升。特别的，在PC合金材料中添加特定含量的硅元素后，所得PC合金材料的耐候性能能够进一步得到提升，在添加硅元素的基础上，再加入锰元素和/或钙元素进行复配，PC合金材料的耐候性能可更进一步得到更显著的改善。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行阐述，然而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明要求的保护范围之内。
实施例中，耐候性能按照如下方案进行测试：
(1)耐候性：
检测标准：ISO 4892-2。1000小时后，冲击性能变化率≤30％判定为好，冲击性能变化率＞30％判定为差。
聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯(牌号：PC L-1250Y)。
聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯为Eastman产品：
聚酯A为聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯，其熔点为290℃，n(CHDM):n(EG)＝80:20。
聚酯B为聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯，其熔点为295℃，n(CHDM):n(EG)＝65:35。
聚酯C为聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯，其熔点为300℃，n(CHDM):n(EG)＝50:50。
聚酯D为聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯，其熔点为305℃，n(CHDM):n(EG)＝35:65。
聚酯E为聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯，其熔点为295℃，n(CHDM):n(EG)＝20:80。
实施例及对比例中，所用的硅元素、锰元素、钙元素的来源均为市售的硅盐或硅的氧化物、市售的锰盐或锰的氧化物、市售的钙盐或钙的氧化物，硅共聚PC为LG化学产品，其他未特别指明的原料均为普通市售产品。
实施例及对比例中，所述PC合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照配方含量称量各组分，并将需要预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂进行120℃～130℃预烘干处理；
2)将预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂分别经过高混机混合均匀；
3)将混合均匀的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、其他助剂，硅盐或硅的氧化物或与PC共聚形成的硅共聚PC分别通过主喂料口，纤维状填料通过主喂料口或侧喂料口，加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为200℃～280℃，需要时，锰盐或锰的氧化物、钙盐或钙的氧化物在主喂料口加入；
4)冷却、切粒。通过检测粒料中硅元素的含量，从而调节硅盐或硅的氧化物的加入量。
例如：
1)取70Kg聚碳酸酯树脂，30Kg聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯，进行120℃～130℃预烘干处理；
2)预烘干处理后的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯经过高混机混合均匀；
3)将混合均匀的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、二氧化硅分别通过主喂料口，加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为200℃～280℃，二氧化硅的用量为聚碳酸酯树脂和聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯总量的0.07％；
4)冷却、切粒。对粒料中硅元素的含量进行检测，测得其中硅元素含量为291ppm。
实施例0～40及对比例1～4
按表1和表2的配方，制备实施例0～4及对比例1～4的PC合金材料，其性能测试，见表3。从实施例1～4可以看出，当PC合金材料中添加适量硅元素后PC合金材料的耐候性能明显提升。从对比例1～4可以看出，当PC合金材料中添加的硅元素的含量过高时，PC合金材料的耐候性能会受到明显的影响。
按表4至8的配方，制备实施例5～40的PC合金材料，其性能测试见表9。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 聚碳酸酯树脂/kg | 70 | 70 | 70 | 70 |
| 聚酯A/kg | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 硅元素来源 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 |
| 硅元素含量/ppm | 0.1 | 496 | 291 | 200 |
表2
| 实施例0 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | |
| 聚碳酸酯树脂/份 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 |
| 聚酯A/份 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 硅元素来源 | 不添加 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 |
| 硅元素含量/ppm | -- | 510 | 520 | 535 | 549 |
表3
| 耐候测试(冲击性能变化率％) | |
| 实施例1 | 28.2 |
| 实施例2 | 28.1 |
| 实施例3 | 25.2 |
| 实施例4 | 24.1 |
| 实施例0 | 53.0 |
| 对比例1 | 48.3 |
| 对比例2 | 50.2 |
| 对比例3 | 54.1 |
| 对比例4 | 50.1 |
表4
表5
表6
| 实施例25 | 实施例26 | 实施例27 | 实施例28 | |
| 聚碳酸酯树脂/kg | 70 | 70 | 70 | 70 |
| 聚酯B/kg | 30 | |||
| 聚酯C/kg | 30 | |||
| 聚酯D/kg | 30 | |||
| 聚酯E/kg | 30 | |||
| 硅元素来源 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 |
| 硅元素含量/ppm | 30 | 30 | 30 | 30 |
表7
| 实施例29 | 实施例30 | 实施例31 | 实施例32 | |
| 聚碳酸酯树脂/kg | 54 | 90 | 70 | 70 |
| 聚酯A/kg | 30 | 30 | 4 | 60 |
| 硅元素来源 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 | 二氧化硅 |
| 硅元素含量/ppm | 30 | 30 | 30 | 30 |
表8
表9
Claims (12)
1.一种PC合金材料，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
聚碳酸酯 54~90份；
聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯 4~60份；
纤维状填料 0~30份；
其他助剂 0~5.4份。
2.根据权利要求1所述PC合金材料，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
聚碳酸酯 54~90份；
聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯 4~60份；
纤维状填料 0~30份；
其他助剂 0~5.4份；
所述PC合金材料中，含有硅元素，硅元素的含量为0.1~500ppm，优选为1~300ppm，更优选为1~100ppm。
3.根据权利要求2所述PC合金材料，其特征在于，硅元素以硅盐或硅的氧化物或与PC共聚形成硅共聚PC的一种或多种形式存在于PC合金材料中。
4.根据权利要求2或3所述PC合金材料，其特征在于，硅元素以二氧化硅、碳化硅、有机硅、与PC共聚形成硅共聚PC的一种或多种形式存在于PC合金材料中。
5.根据权利要求1或2所述PC合金材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯的熔点为290~310℃。
6.根据权利要求5所述PC合金材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯中1,4-环己烷二甲醇酯结构单元和对苯二甲酸乙二醇结构单元的摩尔比为80:20~20:80，优选为70:30～60:40或30:70～40:60。
7.根据权利要求2所述PC合金材料，其特征在于，所述PC合金材料中，硅元素的含量按照如下方法进行测试：在分析天平中精确称量PC合金材料的颗粒2g，倒入100ml消解瓶中，然后加入97%的浓硫酸5ml，在预设温度300℃铁板加热仪器中加热10分钟，然后再加入68%的硝酸5ml，再保持加热20分钟，使颗粒物完全分解后冷却至室温，加入20ml的双氧水中和酸性至pH值为7后，用去离子水稀释上述液体，将液体通过进样管导入ICP检测仪器中测定硅元素的浓度。
8.根据权利要求2所述PC合金材料，其特征在于，所述PC合金材料中，还含有锰元素和/或钙元素。
9.根据权利要求8所述PC合金材料，其特征在于，所述PC合金材料中，锰元素的含量为1~200ppm，优选为1~100 ppm；钙元素的含量为1~200ppm，优选为1~100 ppm。
10.根据权利要求9所述PC合金材料，其特征在于，所述锰元素以锰盐、锰的氧化物的形式存在于PC合金材料中，所述钙元素以钙盐、钙的氧化物的形式存在于PC合金材料中。
11.根据权利要求9所述PC合金材料，其特征在于，所述PC合金材料中，锰元素、钙元素的含量按照如下方法进行测试：在分析天平中精确称量PC合金材料的颗粒2g，倒入100ml消解瓶中，然后加入97%的浓硫酸5ml，在预设温度300℃铁板加热仪器中加热10分钟，然后再加入68%的硝酸5ml，再保持加热20分钟，使颗粒物完全分解后冷却至室温，加入20ml的双氧水中和酸性至pH值为7后，用去离子水稀释上述液体，将液体通过进样管导入ICP检测仪器中测定锰元素、钙元素的浓度。
12.权利要求2~11任意一项所述PC合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）按照配方含量称量各组分，并将需要预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂进行120℃~130℃预烘干处理；
2）将预烘干处理的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、纤维状填料、其他助剂分别经过高混机混合均匀；
3）将混合均匀的聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯、其他助剂，硅盐或硅的氧化物或与PC共聚形成的硅共聚PC分别通过主喂料口，纤维状填料通过主喂料口或侧喂料口，加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为200℃~280℃，需要时锰盐或锰的氧化物、钙盐或钙的氧化物通过主喂料口加入；
4）冷却、切粒。
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2016
- 2016-08-29 CN CN201610750819.9A patent/CN106336641B/zh active Active
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