CN107266897A - 一种低粘度矿物增强pc/pet合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料及其制备方法，制备工艺简单，生产成本低；具有以下优点：(1)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金具有较低粘度；(2)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金注塑时充模顺利；(3)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金注塑时排气顺利；(4)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金注塑制品保密光滑圆润，无麻点等缺陷；(5)PLA材料通常可通过玉米等农作物中淀粉提取制备，具有生物环保特性。所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料材质为抗菌耐磨聚乙烯塑料，所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料由下述原料制备而成：PC、PET、矿物、PLA、相容剂、偶联剂、抗氧剂1010、润滑剂。

Description

一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种PC/PET合金材料，具体来说，涉及一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。聚碳酸酯是一种性能突出的工程塑料，具有较高的冲击韧性、优异的耐热性和刚性。因此适用于生产轿车和轻型卡车的各医疗级PC料制作成的注射器医疗级PC料制作成的注射器种零部件，其主要集中在照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。
聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文：Polyethylene terephthalate，简称PET，由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得。属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，同样具有优异的综合性能，耐溶剂、良好的加工特性和结晶性能。主要应用为电子电器方面有：电气插座、电子连接器、电饭煲把手、电视偏向轭，端子台，断电器外壳、开关、马达风扇外壳、仪表机械零件、点钞机零件、电熨斗、电磁灶烤炉的配件；汽车工业中的流量控制阀、化油器盖、车窗控制器、脚踏变速器、配电盘罩；机械工业齿轮、叶片、皮带轮、泵零件、另外还有轮椅车体及轮子、灯罩外壳、照明器外壳、排水管接头、拉链、钟表零件、喷雾器部件。
矿物填充增强的聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PC/PET)合金材料，即保留了PC的韧性、耐热性，同时具有PET优异的结晶性能与耐溶剂性，矿物增强之后材料具有优异的硬度与刚性，通常用于骨架制品。在汽车等领域所用矿物增强PC/PET合金材料，由于材料中含有矿物填充，材料粘度较大，注塑产品时排气时间长，导致产品表面易产小凹痕即麻点缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的麻点缺陷，本发明提供了一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料及其制备方法，具有优异的力学性能，材料粘度降低，注塑过程充模时间短，排气时间短，排气充分，产品表面光滑圆润，密实，无麻点。
技术方案如下：
本发明在矿物填充PC/PET合金材料中，添加低粘度高分子聚乳酸PLA，以获得低粘度改性的矿物填充PC/PET合金材料。
一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料，由下述原料制备而成：PC、PET、矿物、PLA、相容剂、偶联剂、抗氧剂1010、润滑剂。
一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料，由下述重量份的原料制备而成：PC 95-105份、PET 30-50份、矿物25-35份、PLA 4-8份、相容剂2-4份、偶联剂0.3-0.7份、抗氧剂10100.15-0.25份、润滑剂0.2-0.4份。
所述PC为双酚A型聚碳酸酯，所述双酚A型聚碳酸酯的粘均分子量在15000-25000g/mol。
所述PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯，特性粘度为0.6-0.9dl/g。
所述矿物为碳酸钙、滑石粉、硅灰石、蒙脱土中的一种或多种的混合物。优选地，所述矿物细度为1000-1800目的滑石粉。
所述相容剂为马来酸酐接枝型相容剂、丙烯酸型相容剂、环氧型相容剂、酰亚胺型相容剂中一种或多种的混合物。
优选地，所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、ABS-g-MAH、PE-g-MAH、PP-g-MAH、聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯、GMA-St-AN中一种或多种的混合物。在本发明一个实施方式中，所述相容剂由15-25wt％聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯和75-85wt％乙烯-丙烯酸甲酯共聚物组成。
所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中一种或多种的混合物。
优选地，所述偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中一种或多种的混合物。
在本发明一个实施方式中，所述偶联剂为改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
所述改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的制备方法如下：将对羟基苯甲醚、二乙酸二丁基锡加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中，其中对羟基苯甲醚加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.1-0.2％，二乙酸二丁基锡的加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.0015-0.0025％；在温度为48-52℃条件下，以400-600转/分的转速搅拌25-35分钟后，加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量35-45％的季戊四醇三丙烯酸酯，然后以1.5-2.5℃/分的速度升温至65-75℃，保持温度为65-75℃、以400-600转/分的转速搅拌1-3小时，得到改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
所述润滑剂为季戊四醇酯类润滑剂、液体石蜡、固体石蜡、硅烷聚合物、脂肪酸盐、硬脂酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、甲撑双硬脂酸酰胺、N,N'-乙撑双硬脂酰胺中一种或多种的混合物。优选地，所述润滑剂为季戊四醇酯类润滑剂。
一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料的制备方法，将PC、PET、PLA、相容剂、偶联剂、抗氧剂1010、润滑剂投入搅拌机中，以转速为100-150r/min高速共混5-10min，然后送入双螺杆挤出机主喂料斗中，矿物从侧喂料斗加入；所用双螺杆挤出机共分9区段，一区温度为170-180℃、二区温度为200-210℃、三区温度为230-240℃、四区温度为240-250℃、五区温度为250-260℃、六区温度为260-270℃、七区温度为260-270℃、八区温度为260-270℃、九区温度为250-260℃，机头温度为250-260℃，螺杆转速为200-500r/min；混合料受热熔化，在双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，拉条水冷后经切料机热切成粒料，得到低粘度矿物增强PC/PET合金材料。
技术效果：
本发明低粘度矿物增强PC/PET合金材料及其制备方法，制备工艺简单，生产成本低；具有以下优点：
(1)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金具有较低粘度；
(2)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金注塑时充模顺利；
(3)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金注塑时排气顺利；
(4)添加PLA高分子材料改性之后的矿物增强PC/PET合金注塑制品保密光滑圆润，无麻点等缺陷；
(5)PLA材料通常可通过玉米等农作物中淀粉提取制备，具有生物环保特性，则该合金材料具有一定环保特性。
具体实施方式
实施例和对比例中PC为德国科思创(拜耳)牌号为2805的聚碳酸酯。
实施例和对比例中PET由远纺工业(上海)有限公司提供，牌号为CB-602。
实施例和对比例中滑石粉由江西盛泰化工有限公司提供，细度为1500目。
PLA为聚乳酸树脂，实施例和对比例中PLA为美国NatureWorks牌号为4032D的PLA。
实施例和对比例中乙烯-丙烯酸甲酯共聚物为法国阿科玛牌号为AX8900的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，简称：EMA树脂。
实施例中聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯参照专利申请号：201610322888.X中实施例1所示方法制备。
实施例和对比例中3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，CAS号：2530-83-8。
实施例中3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，CAS号：15396-00-6。
实施例中对羟基苯甲醚，CAS号：150-76-5。
实施例中二乙酸二丁基锡，CAS号：1067-33-0。
实施例中季戊四醇三丙烯酸酯，CAS号：3524-68-3。
实施例和对比例中季戊四醇酯类润滑剂为德国科宁型号为LOXIOL P861/3.5
实施例和对比例中抗氧剂1010，CAS：6683-19-8。
实施例1-6、对比例1-2
低粘度矿物增强PC/PET合金材料的原料配比见表1。
低粘度矿物增强PC/PET合金材料的制备方法，将PC、PET、PLA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、抗氧剂1010、季戊四醇酯类润滑剂投入搅拌机中，以转速为120r/min高速共混8min，然后送入双螺杆挤出机主喂料斗中，滑石粉从侧喂料斗加入；所用双螺杆挤出机共分9区段，一区温度为175℃、二区温度为205℃、三区温度为235℃、四区温度为245℃、五区温度为255℃、六区温度为265℃、七区温度为265℃、八区温度为265℃、九区温度为255℃，机头温度为255℃，螺杆转速为300r/min；混合料受热熔化，在双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，拉条水冷后经切料机热切成3×3mm的圆柱状粒料，得到低粘度矿物增强PC/PET合金材料。
表1：低粘度矿物增强PC/PET合金材料的原料配比及性能测试结果表
实施例7
低粘度矿物增强PC/PET合金材料原料(重量份)：PC 100份、PET 40份、滑石粉30份、PLA 6份、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物3份、偶联剂0.5份、抗氧剂1010 0.2份、季戊四醇酯类润滑剂0.3份。
所述偶联剂为改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，所述改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的制备方法如下：将对羟基苯甲醚、二乙酸二丁基锡加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中，其中对羟基苯甲醚加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.15％，二乙酸二丁基锡的加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.002％；在温度为50℃条件下，以500转/分的转速搅拌30分钟后，加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量40％的季戊四醇三丙烯酸酯，然后以2℃/分的速度升温至70℃，保持温度为70℃、以500转/分的转速搅拌2小时，得到改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
低粘度矿物增强PC/PET合金材料的制备方法，将PC、PET、PLA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、抗氧剂1010、季戊四醇酯类润滑剂投入搅拌机中，以转速为120r/min高速共混8min，然后送入双螺杆挤出机主喂料斗中，滑石粉从侧喂料斗加入；所用双螺杆挤出机共分9区段，一区温度为175℃、二区温度为205℃、三区温度为235℃、四区温度为245℃、五区温度为255℃、六区温度为265℃、七区温度为265℃、八区温度为265℃、九区温度为255℃，机头温度为255℃，螺杆转速为300r/min；混合料受热熔化，在双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，拉条水冷后经切料机热切成3×3mm的圆柱状粒料，得到低粘度矿物增强PC/PET合金材料。
实施例8
低粘度矿物增强PC/PET合金材料原料(重量份)：PC 100份、PET 40份、滑石粉30份、PLA 6份、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物3份、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷0.5份、抗氧剂1010 0.2份、季戊四醇酯类润滑剂0.3份。
低粘度矿物增强PC/PET合金材料的制备方法，将PC、PET、PLA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、抗氧剂1010、季戊四醇酯类润滑剂投入搅拌机中，以转速为120r/min高速共混8min，然后送入双螺杆挤出机主喂料斗中，滑石粉从侧喂料斗加入；所用双螺杆挤出机共分9区段，一区温度为175℃、二区温度为205℃、三区温度为235℃、四区温度为245℃、五区温度为255℃、六区温度为265℃、七区温度为265℃、八区温度为265℃、九区温度为255℃，机头温度为255℃，螺杆转速为300r/min；混合料受热熔化，在双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，拉条水冷后经切料机热切成3×3mm的圆柱状粒料，得到低粘度矿物增强PC/PET合金材料。
实施例9
低粘度矿物增强PC/PET合金材料原料(重量份)：PC 100份、PET 40份、滑石粉30份、PLA 6份、聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯3份、偶联剂0.5份、抗氧剂1010 0.2份、季戊四醇酯类润滑剂0.3份。
所述偶联剂为改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，所述改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的制备方法如下：将对羟基苯甲醚、二乙酸二丁基锡加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中，其中对羟基苯甲醚加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.15％，二乙酸二丁基锡的加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.002％；在温度为50℃条件下，以500转/分的转速搅拌30分钟后，加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量40％的季戊四醇三丙烯酸酯，然后以2℃/分的速度升温至70℃，保持温度为70℃、以500转/分的转速搅拌2小时，得到改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
低粘度矿物增强PC/PET合金材料的制备方法，将PC、PET、PLA、聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯、改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、抗氧剂1010、季戊四醇酯类润滑剂投入搅拌机中，以转速为120r/min高速共混8min，然后送入双螺杆挤出机主喂料斗中，滑石粉从侧喂料斗加入；所用双螺杆挤出机共分9区段，一区温度为175℃、二区温度为205℃、三区温度为235℃、四区温度为245℃、五区温度为255℃、六区温度为265℃、七区温度为265℃、八区温度为265℃、九区温度为255℃，机头温度为255℃，螺杆转速为300r/min；混合料受热熔化，在双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，拉条水冷后经切料机热切成3×3mm的圆柱状粒料，得到低粘度矿物增强PC/PET合金材料。
实施例10
低粘度矿物增强PC/PET合金材料原料(重量份)：PC 100份、PET 40份、滑石粉30份、PLA 6份、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物2.4份、聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯0.6份、偶联剂0.5份、抗氧剂1010 0.2份、季戊四醇酯类润滑剂0.3份。
所述偶联剂为改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，所述改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的制备方法如下：将对羟基苯甲醚、二乙酸二丁基锡加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中，其中对羟基苯甲醚加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.15％，二乙酸二丁基锡的加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.002％；在温度为50℃条件下，以500转/分的转速搅拌30分钟后，加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量40％的季戊四醇三丙烯酸酯，然后以2℃/分的速度升温至70℃，保持温度为70℃、以500转/分的转速搅拌2小时，得到改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
低粘度矿物增强PC/PET合金材料的制备方法，将PC、PET、PLA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯、改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、抗氧剂1010、季戊四醇酯类润滑剂投入搅拌机中，以转速为120r/min高速共混8min，然后送入双螺杆挤出机主喂料斗中，滑石粉从侧喂料斗加入；所用双螺杆挤出机共分9区段，一区温度为175℃、二区温度为205℃、三区温度为235℃、四区温度为245℃、五区温度为255℃、六区温度为265℃、七区温度为265℃、八区温度为265℃、九区温度为255℃，机头温度为255℃，螺杆转速为300r/min；混合料受热熔化，在双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，拉条水冷后经切料机热切成3×3mm的圆柱状粒料，得到低粘度矿物增强PC/PET合金材料。低粘度矿物增强PC/PET合金材料进行光泽度、耐候性测试；光泽度：参照标准ASTM D523-2014《镜面光泽度的标准试验方法》；耐候性能测试：按SAE J1885-2005进行测试，ΔE为经过601KJ/m2能量照射后的数据。测试结果为：ΔE为1.8，光泽度为93.3％。
测试例1
对实施例7-9制备得到的低粘度矿物增强PC/PET合金材料进行光泽度、耐候性测试；光泽度：参照标准ASTM D523-2014《镜面光泽度的标准试验方法》；耐候性能测试：按SAEJ1885-2005进行测试，ΔE为经过601KJ/m2能量照射后的数据。具体测试结果见表2。
表2：光泽度、耐候性测试结果表
本发明实施例7采用采用季戊四醇三丙烯酸酯改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，光泽度、耐候性能得到大幅度提升。

Claims (10)

1.一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，由下述原料制备而成：PC、PET、矿物、PLA、相容剂、偶联剂、抗氧剂1010、润滑剂。
2.一种低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，由下述重量份的原料制备而成：PC 95-105份、PET 30-50份、矿物25-35份、PLA 4-8份、相容剂2-4份、偶联剂0.3-0.7份、抗氧剂1010 0.15-0.25份、润滑剂0.2-0.4份。
3.根据权利要求2所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，所述矿物为碳酸钙、滑石粉、硅灰石、蒙脱土中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求2所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇酯类润滑剂、液体石蜡、固体石蜡、硅烷聚合物、脂肪酸盐、硬脂酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、甲撑双硬脂酸酰胺、N,N'-乙撑双硬脂酰胺中一种或多种的混合物。
5.根据权利要求2所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝型相容剂、丙烯酸型相容剂、环氧型相容剂、酰亚胺型相容剂中一种或多种的混合物。
6.根据权利要求5所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，所述相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、ABS-g-MAH、PE-g-MAH、PP-g-MAH、聚甲基丙烯酸甲酯-g-聚丙烯酸甲酯、GMA-St-AN中一种或多种的混合物。
7.根据权利要求2所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中一种或多种的混合物。
8.根据权利要求7所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，所述偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中一种或多种的混合物。
9.根据权利要求7所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料，其特征在于，所述偶联剂为改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，所述改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的制备方法如下：将对羟基苯甲醚、二乙酸二丁基锡加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中，其中对羟基苯甲醚加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.1-0.2％，二乙酸二丁基锡的加入量为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量的0.0015-0.0025％；在温度为48-52℃条件下，以400-600转/分的转速搅拌25-35分钟后，加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷重量35-45％的季戊四醇三丙烯酸酯，然后以1.5-2.5℃/分的速度升温至65-75℃，保持温度为65-75℃、以400-600转/分的转速搅拌1-3小时，得到改性3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
10.根据权利要求1-9中任一项所述低粘度矿物增强PC/PET合金材料的制备方法，其特征在于，将PC、PET、PLA、相容剂、偶联剂、抗氧剂1010、润滑剂投入搅拌机中，以转速为100-150r/min高速共混5-10min，然后送入双螺杆挤出机主喂料斗中，矿物从侧喂料斗加入；所用双螺杆挤出机共分9区段，一区温度为170-180℃、二区温度为200-210℃、三区温度为230-240℃、四区温度为240-250℃、五区温度为250-260℃、六区温度为260-270℃、七区温度为260-270℃、八区温度为260-270℃、九区温度为250-260℃，机头温度为250-260℃，螺杆转速为200-500r/min；混合料受热熔化，在双螺杆挤出机的螺杆推动下，经孔状口模流出，拉条水冷后经切料机热切成粒料，得到低粘度矿物增强PC/PET合金材料。
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