CN109535682A - 一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金及其制备方法 - Google Patents

一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金，按重量份计，包括以下组分：聚乙烯5‑40份；聚碳酸酯40‑85份；乙烯共聚物相容剂1‑15份。高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金具有高熔接线强度，良好的熔融指数，耐热老化性能好等优点。

Description

一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC) 是性能优异的工程塑料，具有优良的力学性能和优异的尺寸稳定性，热稳定性、耐候性、耐蠕变性和耐热性好。但是，由于PC分子链中具有刚性基团，其熔体黏度高。
将聚烯烃与聚碳酸酯共混，可以提高聚碳酸酯的流动性，从而使加工性能得以提高，能够得到加工性能好的材料。但该合金由于相容性差，熔接线强度低，成为薄弱点易导致部件断裂失效。
发明内容
本发明的目的在于，克服以上技术缺陷，提供一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金，并且具有优秀的耐热老化性能。
本发明的另一目的在于，提供上述聚乙烯/聚碳酸酯合金的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金，按重量份计，包括以下组分：
聚乙烯 5-40份；
聚碳酸酯 40-85份；
乙烯共聚物相容剂 1-15份。
所述的聚乙烯选自支化率为每1000个碳原子中含有5-300个支链的聚乙烯，所述的支链具有1-10个碳原子；优选的，选自支化率为每1000个碳原子含有20-100个支链的聚乙烯，所述的支链具有1-10个碳原子。
所述的乙烯共聚物相容剂选自丙烯酸的乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物中的至少一种；所述的丙烯酸的乙烯共聚物选自乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。优选的，所述的乙烯共聚物相容剂选自丙烯酸的乙烯共聚物。
优选的，所述的乙烯共聚物相容剂选自含有反应活性基团的乙烯共聚物相容剂，其中，乙烯共聚物选自丙烯酸的乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物中的至少一种，反应活性基团为马来酸酐基团、环氧基团中的至少一种，反应活性基团的接枝率为0.1-15%；所述的丙烯酸的乙烯共聚物选自乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。优选的，所述的乙烯共聚物选自丙烯酸的乙烯共聚物。
所述的聚碳酸酯选自芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、芳香族-脂肪族聚碳酸酯；优选的，所述的聚碳酸酯的重均分子量为1.8万-2.8万。
按重量份计，还包括0-10重量份的加工助剂和/或添加剂。
进一步的，本发明通过对聚乙烯和乙烯共聚物相容剂熔融指数的选取，使得本发明的熔接线强度得到进一步提升。
进一步的，本发明通过对聚乙烯、乙烯共聚物相容剂的选取，使得本发明的熔接线强度得到进一步提升。
聚碳酸酯和聚乙烯在熔融混合成合金后，形成聚乙烯为分散相、聚碳酸酯为连续相的相态结构。熔接线强度高低由熔接线处分散相的粒径、取向及聚碳酸酯和聚乙烯间的表面张力共同决定。分散相的粒径越小、取向越小、表面张力越小则熔接线强度越高。粒径从公式可知：分散相熔融指数大，则EDK小，更容易降低分散相的粒径；但由高分子的扩散理论，分散相熔融指数大会带来取向的增大，所以分散相熔融指数的选择需要平衡粒径和取向，要在最大程度上降低粒径的同时保持较小取向，才能得到高熔接线强度。
此外，一般的乙烯共聚物相容剂为B-D型接枝共聚物，其中B链段乙烯分子链段与聚乙烯结构相似，由于相似相容，其与聚乙烯的相容性极好；另外，D链段与聚碳酸酯的端基存在化学反应，通过化学键与聚碳酸酯结合，相应提高了与聚碳酸酯的相容性，也就是说相容剂作为桥接物质连接了聚乙烯和聚碳酸酯，从而提高了两者的相容性，降低了表面张力。因此，在聚乙烯和聚碳酸酯的合金中加入了乙烯共聚物相容剂后，从而间接的降低了分散相的粒径。但是，由于相容性的提高，也带来了分子链间相互作用力增加，从而降低了合金体系的熔融指数。
乙烯共聚物相容剂的熔融指数影响扩散程度和速度。当熔融指数过低，在熔融状态下，乙烯共聚物相容剂扩散慢，从而无法起到增加相容性的作用。当熔融指数达到一定程度后，乙烯共聚物相容剂易于扩散到分散相和连续相的界面，连接合金分散相和连续相，从而提高界面结合力，通过应力的传递，降低分散相的粒径，提高合金的熔接线强度。但是，乙烯共聚物相容剂的熔融指数太高，反而会减少乙烯共聚物相容剂在分散相、连续相两相之间的相互贯穿的程度，反而降低熔接线强度。
乙烯共聚物相容剂的活性基团数量及种类影响了与聚碳酸酯的反应活性，反应活性基团增加与聚碳酸酯的反应程度，由于空间位阻和分子间作用力提高，所以提高了熔接线强度、降低了合金的熔融指数。
综上所述，本发明是通过在40g/10min-150g/10min，测试条件230℃，2.16kg的熔融指数范围内提高聚乙烯的熔融指数，在最大程度上降低粒径的同时保持较小取向，并且，选择乙烯共聚物相容剂来间接降低分散相的粒径；这样，本发明的聚乙烯/聚碳酸酯合金中，分散相粒径小、取向也小，最终结果是提高了聚碳酸酯合金的熔接线强度。
聚乙烯的支链影响了聚乙烯/聚碳酸酯合金界面层厚度，同时影响了分散相的粒径和取向。当支化率在1000个碳原子具有20-100个支链的范围内提高时，流动性好，更易于分散相破碎为更小的粒径，此外，支化率提高带来了更高的聚乙烯/聚碳酸酯合金界面作用力及界面厚度、降低了取向，因此，在该范围内提高聚乙烯的支化率的最终结果是提高了聚乙烯/聚碳酸酯合金的熔接线强度。但是，当支化率在1000个碳原子具有100-300个支链的范围，过高的支化率的聚乙烯，其空间位阻高，对粒径的降低作用不明显，且支链过多会加大分散相的取向，熔接线强度在支化率在1000个碳原子具有100-300个支链的范围内会逐渐下降。
丙烯酸的乙烯共聚物具较高的熔体强度，且其极性基团与聚碳酸酯相似相容，因此能明显改善聚碳酸酯合金的熔接线强度。
本发明的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金的熔接线强度大于等于65%，熔接线强度测试按照ASTM D638标准测试；优选的，高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金的熔接线强度大于等于70%，熔接线强度测试按照ASTM D638标准测试。
一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：将聚碳酸酯、聚乙烯、乙烯共聚物相容剂、加工助剂和/或添加剂按比例在高速混料机中混合均匀；后加入到双螺杆挤出机中，在220℃-240℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥得到高熔接线强度聚碳酸酯合金。
为了得到熔接线强度大于等于70%的高熔接线强度聚碳酸酯合金，所述的聚烯烃的熔融指数大于40g/10min-150g/10min，测试条件230℃，2.16kg。优选的，所述的聚烯烃的熔融指数大于60g/10min-150g/10min，测试条件230℃，2.16kg。
进一步的，所述的乙烯共聚物相容剂的熔融指数0.2g/10min-50g/10min，测试条件190℃，2.16kg；优选的，所述的乙烯共聚物相容剂的熔融指数大于等于0.4g/10min-35g/10min，测试条件190℃，2.16kg。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过在聚乙烯/聚碳酸酯合金中加入乙烯共聚物相容剂，提高了合金的熔接线强度、TS保持率；进一步的，本发明发现丙烯酸的乙烯共聚物对合金的熔接线强度、TS保持率提升较大。更进一步的，聚乙烯的支化率以及支链长度对合金熔接线强度、TS保持率有较大的影响；本发明还对聚乙烯、乙烯共聚物相容剂的熔融指数进行优化，得到的合金熔接线强度、TS保持率进一步提升；本发明还发现，聚碳酸酯的重均分子量也影响合金的熔接线强度、TS保持率，即聚碳酸酯的重均分子量为1.8万-2.8万时，合金的熔接线强度、TS保持率较好。综上，本发明的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金具有高熔接线强度、优秀的耐热老化性能等优点。
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，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
实施例、对比例原料来源于市售，具体的是：
聚乙烯：支化率为1000个碳原子中含有支链的数目，表格中的支化率为1000个碳原子的基数。
EMA：乙烯-甲基丙烯酸共聚物；
EEA：乙烯-丙烯酸乙酯共聚物；
EMA –g-GMA：乙烯-甲基丙烯酸接枝环氧基团，（GMA为环氧基团）；
EVA：乙烯-醋酸乙烯共聚物；
SEBS：苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物；
相容剂B：PP-G-MAH(聚丙烯接枝马来酸酐)；
聚碳酸酯A：芳香族聚碳酸酯，重均分子量为2.8万；
聚碳酸酯B：脂肪族聚碳酸酯，重均分子量为1.8万；
聚碳酸酯C：芳香族聚碳酸酯，重均分子量为8千；
聚碳酸酯D：芳香族聚碳酸酯，重均分子量为3万；
抗老化剂：抗氧剂：抗紫外线老化剂=1:1。
实施例和对比例中聚乙烯/聚碳酸酯合金的制备方法：将聚碳酸酯、聚乙烯、相容剂、加工助剂和/或添加剂按比例在高速混料机中混合均匀；后加入到双螺杆挤出机中，在220℃-240℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥得到高熔接线强度聚碳酸酯合金。
各测试方法：
（1）合金熔融指数(MFR)：根据测定ASTM D1238，聚碳酸酯合金测试条件为260℃，2.16kg；
（2）熔接线强度：采用熔接线系数FKL表征:
FKL=TSX/TS0×100%
TSX为熔接线拉伸强度，TS0为无熔接线拉伸强度，采用ASTM D638标准测试。
（3）TS保持率：根据ISO 527-2/1A，通过模制成型制备的厚度4mm、宽度10mm测试棒，测试速度5mm/min，测试23℃在空气中的老化前及老化后拉伸强度（TS）（至少5个相同组成和形状样品测试结果的平均值），得到老化前的拉伸强度Tinitial。热空气老化使用热老化箱，调节温度为150℃进行，在达到老化时间1000h后样品从老化箱取出，冷却至室温后用铝箔袋热密封，防止在评价力学性能之前吸收任何湿气，测试速度5mm/min，测试温度23℃的拉伸强度（TS）（至少5个相同组成和形状样品测试结果的平均值），得到老化后的拉伸强度Taging。与老化前的对应力学性能比较，计算出拉伸强度的保持率，并以百分比表示，记为老化后TS保持率R1，R1的计算如下：
R1=Taging /Tinitial×100%
式中Taging 及Tinitial 分别是老化后及老化前拉伸强度。
（4）聚乙烯支化率：C-NMR核磁共振波谱)法，按Galland方法测试支化度；支化度的计算公式就是(D+T)/(D+T+L)。
支化度（DB）=（D+T）/（D+T+L）
D代表树状单元数, T代表末端单元数，L代表线型单元数。
表1：实施例1-10的聚乙烯/聚碳酸酯合金成分和配比（重量份）及各性能测试结果
表2：实施例11-20的聚乙烯/聚碳酸酯合金成分和配比（重量份）及各性能测试结果
表3：实施例21-26和对比例的聚乙烯/聚碳酸酯合金成分和配比（重量份）及各性能测试结果
从实施例1-7和对比例4可以看出，随着乙烯共聚物相容剂熔融指数的上升，产品的熔融指数上升、熔接线强度呈倒U型，乙烯共聚物相容剂的熔融指数在0.4-35g/10min（测试条件190℃，2.16kg）时，产品的熔接线强度较大，当乙烯共聚物相容剂的熔融指数为60g/10min（测试条件190℃，2.16kg）时，产品的熔接线强度、TS保持率都大幅下降。
从实施例3/8-11可以看出，随着聚乙烯熔融指数的上升，产品的熔接线强度、熔融指数、TS保持率上升。
从实施例3和实施例12-14可以看出，含有反应活性基团的乙烯共聚物相容剂相比于不含有反应活性基团的乙烯共聚物相容剂，能够提升熔接线强度以及TS保持率，并且随着反应活性基团的含量上升，产品的熔接线强度、TS保持率上升。
从实施例10/23-26可以看出，支化率为每1000个碳原子含有20-100个支链的聚乙烯的实施例熔接线强度、TS保持率较高。
从实施例8和对比例3可以看出，当聚乙烯的熔指小于40g/10min（测试条件230℃，2.16kg）时，产品的熔接线强度大幅下降，熔融指数较低。
从实施例1/15/16/17可以看出，丙烯酸的乙烯共聚物作为相容剂产品的各项性能较好。

Claims (10)

1.一种高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
聚乙烯 5-40份；
聚碳酸酯 40-85份；
乙烯共聚物相容剂 1-15份。
2.根据权利要求1所述的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的聚乙烯选自支化率为每1000个碳原子中含有5-300个支链的聚乙烯，所述的支链具有1-10个碳原子；优选的，选自支化率为每1000个碳原子含有20-100个支链的聚乙烯，所述的支链具有1-10个碳原子。
3.根据权利要求1所述的高熔接线强度聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的乙烯共聚物相容剂选自丙烯酸的乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物中的至少一种；所述的丙烯酸的乙烯共聚物选自乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的高熔接线强度聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的乙烯共聚物相容剂选自丙烯酸的乙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的高熔接线强度聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的乙烯共聚物相容剂选自含有反应活性基团的乙烯共聚物相容剂，其中，乙烯共聚物选自丙烯酸的乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物中的至少一种，反应活性基团为马来酸酐基团、环氧基团中的至少一种，反应活性基团的接枝率为0.1-15%；所述的丙烯酸的乙烯共聚物选自乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的高熔接线强度聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的乙烯共聚物选自丙烯酸的乙烯共聚物。
7.根据权利要求1所述的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的聚碳酸酯选自芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、芳香族-脂肪族聚碳酸酯；所述的聚碳酸酯的重均分子量为1.8万-2.8万；按重量份计，还包括0-10重量份的加工助剂和/或添加剂。
8.权利要求1-7任一项所述的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金，其特征在于，所述的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金的熔接线强度大于等于65%，熔接线强度测试按照ASTM D638标准测试；优选的，所述的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金的熔接线强度大于等于70%，熔接线强度测试按照ASTM D638标准测试。
9.权利要求7所述的高熔接线强度聚乙烯/聚碳酸酯合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚碳酸酯、聚乙烯、乙烯共聚物相容剂、加工助剂和/或添加剂按比例在高速混料机中混合均匀；后加入到双螺杆挤出机中，在220℃-240℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥得到高熔接线强度聚碳酸酯合金。
10.根据权利要求9所述的高熔接线强度聚碳酸酯合金的制备方法，其特征在于，所述的聚烯烃的熔融指数大于40g/10min-150g/10min，测试条件230℃，2.16kg；优选的，所述的聚烯烃的熔融指数大于60g/10min-150g/10min，测试条件230℃，2.16kg；所述的乙烯共聚物相容剂的熔融指数0.2g/10min-50g/10min，测试条件190℃，2.16kg；优选的，所述的乙烯共聚物相容剂的熔融指数大于等于0.4g/10min-35g/10min，测试条件190℃，2.16kg。
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