CN110804299A - 抗冲击聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

抗冲击聚碳酸酯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗冲击聚碳酸酯复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：将聚碳酸酯、热塑性淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯混合，得到预混料；其中，所述热塑性淀粉与所述聚碳酸酯的质量比为(10～20):100；将所述预混料经反应挤出，得到所述聚碳酸酯和所述热塑性淀粉交联形成的互穿网络弹性体；将聚碳酸酯与所述互穿网络弹性体混合后，经熔融挤出，得到聚碳酸酯复合材料。该方法通过在过氧化二异丙苯存在的条件下将聚碳酸酯和热塑性淀粉接枝马来酸酐，反应挤出得到轻度交联的互穿网络弹性体结构，然后与聚碳酸酯共混熔融挤出，得到聚碳酸酯复合材料，不但制备工艺简单，且制备得到的聚碳酸酯复合材料具有良好的抗冲击性能。

Description

抗冲击聚碳酸酯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种抗冲击聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，也是应用广泛的工程塑料之一，具有稳定性好、耐热、无毒等优点，但是PC产品也存在内应力大，易断裂、易磨损，熔融粘度高、流动性差，成型困难和价格偏高等缺点，这限制了它在许多领域的应用。此外，由于PC分子链中存在对水及热都比较敏感的碳酸酯基，在高温有氧及潮湿环境下PC分子链会不同程度的发生降解，严重影响了其性能。
因此，为了改善PC的性能，通常将PC与其他高分子材料共混制成聚合物合金，利用两种材料的性能优点，如PC/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)可提高弯曲模量、耐热性和电镀性能等，PC/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PC/PBT)、PC/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PC/PET)可改善耐药品性、耐溶剂性，PC/聚甲基丙烯酸甲酯(PC/PMMA)加入有机玻璃可提高外观珠光色彩，等。也有研究在PC中填充增韧剂，以提高其韧性，然而目前能用于提高PC韧性的增韧剂不但制备条件苛刻，而且价格高昂。
发明内容
基于此，有必要提供一种抗冲击聚碳酸酯复合材料及其制备方法，不但制备工艺简单，而且制备得到的聚碳酯酯复合材料具备良好的抗冲击性能。
一种抗冲击聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将聚碳酸酯、热塑性淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯混合，得到预混料；其中，所述热塑性淀粉与所述聚碳酸酯的质量比为(10～20):100；
步骤二、将所述预混料经反应挤出，得到所述聚碳酸酯和所述热塑性淀粉交联形成的互穿网络弹性体；
步骤三、将聚碳酸酯与所述互穿网络弹性体混合后，经熔融挤出，得到聚碳酸酯复合材料。
上述方法以聚碳酸酯和热塑性淀粉为主要材料，通过在过氧化二异丙苯存在的条件下将聚碳酸酯和热塑性淀粉接枝马来酸酐，反应挤出得到轻度交联的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体结构，然后与聚碳酸酯共混熔融挤出，得到聚碳酸酯复合材料，制备工艺简单，可以降低生产成本；而且由于弹性体结构具有很大的分子自由空间，当受到外力作用时，能够通过发生大的形变消耗应力，大大地提高了聚碳酸酯复合材料的抗冲击性能，使制备得到的聚碳酸酯复合材料具有良好的抗冲击性能。
在其中一个实施例中，在所述步骤一中，所述马来酸酐与所述聚碳酸酯与所述热塑性淀粉总量的质量比为(1～5):100，所述过氧化二异丙苯与所述聚碳酸酯与所述热塑性淀粉总量的质量比为(0.8～2)：100。
在其中一个实施例中，在所述步骤三中，所述互穿网络弹性体与所述聚碳酸酯的质量比为(10～30):100。
进一步地，所述聚碳酸酯为100份；
在所述步骤三中，所述互穿网络弹性体与所述聚碳酸酯的质量比为(15～25):100。
在其中一个实施例中，在所述步骤一中，所述热塑性淀粉与所述聚碳酸酯的质量比为(12～16):100。
在其中一个实施例中，在所述步骤二的反应挤出过程中，所述反应挤出的温度按物料前进方向依次为：190℃～210℃、215℃～225℃、225℃～235℃、235℃～245℃、245℃～255℃和240℃～250℃。
在其中一个实施例中，所述反应挤出的螺杆转速为90rpm～110rpm。
在其中一个实施例中，所述热塑性淀粉由包括以下重量份的原料经熔融挤出得到的：
Figure BDA0002308515460000031
在其中一个实施例中，所述热塑性淀粉的制备包括如下步骤：将所述酯化淀粉、所述甘油、所述1，6-己二醇、所述丁四醇和所述硬脂酸于40℃～55℃条件下混匀，熔融挤出；
所述熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：80℃～95℃、100℃～120℃、125℃～135℃、135℃～145℃、145℃～155℃和140℃～150℃；所述螺杆的转速为90rpm～110rpm。
上述热塑性淀粉是以酯化淀粉为主要原料熔融挤出得到的，淀粉葡萄糖单元结构上的醇羟基被酯键取代而得到的一种改性淀粉，具有良好的热塑性和疏水性；上述方法以热塑性淀粉与聚碳酸酯按照适宜的比例，通过反应挤出得到轻度交联的互穿网络弹性体，其主体材料为聚碳酸酯，很好的解决了热塑性淀粉与聚碳酸酯的相容性问题；而且，通过引入热塑性淀粉，可以提高复合材料的热稳定性。
本发明另一目的在于提供一种采用上述方法制备得到的抗冲击聚碳酸酯复合材料。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施方式提供的抗冲击聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤一至步骤三。
步骤一、将聚碳酸酯、热塑性淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯混合，得到预混料；其中，热塑性淀粉与聚碳酸酯的质量比为(10～20):100。
进一步地，马来酸酐与所述聚碳酸酯与热塑性淀粉总量的质量比为(1～5):100。
进一步地，过氧化二异丙苯与所述聚碳酸酯与热塑性淀粉总量的质量比为(0.8～2)：100。
在一实施例中，热塑性淀粉由包括以下重量份的原料经熔融挤出得到的：
Figure BDA0002308515460000051
进一步地，热塑性淀粉的制备包括如下步骤：
将酯化淀粉、甘油、1，6-己二醇、丁四醇和硬脂酸于40℃～55℃条件下混匀，熔融挤出；
其中，熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：80℃～95℃、100℃～120℃、125℃～135℃、135℃～145℃、145℃～155℃和140℃～150℃；所述螺杆的转速为90rpm～110rpm。
进一步地，将上述混合料经双螺杆挤出机反应挤出，挤出机的温度参数为：一区90℃、二区110℃、三区130℃、四区140℃、五区150℃、机头145℃，螺杆转速100rpm。
步骤二、将步骤一混合得到的预混料经反应挤出，得到聚碳酸酯和热塑性淀粉交联形成的互穿网络弹性体。
在本实施方式中，上述反应挤出在双螺杆挤出机中进行。
具体地，将预混料经双螺杆挤出机反应挤出，挤出机的温度参数为：一区190℃～210℃、二区215℃～225℃、三区225℃～235℃、四区235℃～245℃、五区245℃～255℃、机头240℃～250℃。
进一步地，挤出机的温度参数为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃。
进一步地，反应挤出过程中，螺杆的转速为90rpm～110rpm。
进一步地，反应挤出过程中，螺杆的转速为100rpm。
步骤三、将步骤二制备得到的互穿网络弹性体与聚碳酸酯混合后，经熔融挤出，得到聚碳酸酯复合材料。
进一步地，互穿网络弹性体与聚碳酸酯的质量比为(10～30):100。
进一步地，聚碳酸酯为100份；互穿网络弹性体与聚碳酸酯的质量比为(15～20):100。
具体地，在上述熔融挤出过程中，熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：一区190℃～210℃、二区215℃～225℃、三区225℃～235℃、四区235℃～245℃、五区245℃～255℃、机头240℃～250℃。
进一步地，熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃。
进一步地，熔融挤出的螺杆转速为90rpm～110rpm。
在本实施例中，将聚碳酸酯与步骤二制备得到的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体混合之前，还包括将聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体进行粉碎的操作。
具体地，将聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体粉碎至粒径小于等于2mm。如此，便于混料，使混料更加均匀。
以下为具体实施例
除特别声明外，本申请所采用原材料均为普通市售材料。
实施例1制备热塑性淀粉
1)以重量份计，称取80份酯化淀粉、10份甘油、5份1，6-己二醇、3份丁四醇和2份硬脂酸，备用。
2)将上述原料在50℃的高混机中混合10分钟，得预混物。
3)将上述预混物经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出的温度参数设置为：一区90℃、二区110℃、三区130℃、四区140℃、五区150℃、机头145℃，螺杆的转速为100rpm，得到热塑性淀粉。
实施例2～5抗冲击聚碳酸酯复合材料的制备，步骤如下：
1)按照表1称取各原材料，备用；其中热塑性淀粉为实施例1制备的。
2)制备聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体
将聚碳酸酯(a)、热塑性淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯在高混机中混合均匀，得到预混料；然后将预混料经双螺杆挤出机反应挤出，反应挤出的温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到轻度交联的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体；将聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体于破碎机中破碎(破碎后弹性体的尺寸要求小于2mm)后包装备用。
3)制备聚碳酸酯复合材料
将破碎后的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体和聚碳酸酯(b)在高混机中混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到聚碳酸酯复合材料。
表1
Figure BDA0002308515460000071
Figure BDA0002308515460000081
对比例1
(1)按照表1中对比例1的配方称取各原材料，备用。
(2)将聚碳酸酯(a)、聚碳酸酯(b)、热塑性淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯在高混机中混合均匀，得到预混料；然后将预混料经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到聚碳酸酯复合材料。
对比例2
(1)按照表1中对比例1的配方称取各原材料，备用。
(2)将聚碳酸酯(a)、其他淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯在高混机中混合均匀，得到预混料；然后将预混料经双螺杆挤出机反应挤出，反应挤出的温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到轻度交联的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体；将聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体于破碎机中破碎(破碎后弹性体的尺寸要求小于2mm)后包装备用。
3)将破碎后的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体和聚碳酸酯(b)在高混机中混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到聚碳酸酯复合材料。
对比例3
(1)按照表1中对比例1的配方称取各原材料，备用。
(2)将聚碳酸酯(a)、热塑性淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯在高混机中混合均匀，得到预混料；然后将预混料经双螺杆挤出机反应挤出，反应挤出的温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到轻度交联的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体；将聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体于破碎机中破碎(破碎后弹性体的尺寸要求小于2mm)后包装备用。
3)将破碎后的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体和聚碳酸酯(b)在高混机中混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到聚碳酸酯复合材料。
对比例4
(1)按照表1中对比例1的配方称取各原材料，备用。
(2)将聚碳酸酯(a)、热塑性淀粉、交联剂和过氧化二异丙苯在高混机中混合均匀，得到预混料；然后将预混料经双螺杆挤出机反应挤出，反应挤出的温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到轻度交联的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体；将聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体于破碎机中破碎(破碎后弹性体的尺寸要求小于2mm)后包装备用。
3)将破碎后的聚碳酸酯-淀粉互穿网络弹性体和聚碳酸酯(b)在高混机中混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度从加料段至机头依次为：一区200℃、二区220℃、三区230℃、四区240℃、五区250℃、机头245℃，螺杆转速为100rpm，得到聚碳酸酯复合材料。
性能检测
对实施例2～6和对比例1～4制备得到的聚碳酸酯复合材料的综合性能进行检测，结果见表2。
其中，冲击强度的检测方法参照GB/T 8802-2001
拉伸强度的检测方法参照GB/T 1040—2006
热变形温度的检测方法参照GB/T 1843-2008
表2
Figure BDA0002308515460000101
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种抗冲击聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将聚碳酸酯、热塑性淀粉、马来酸酐和过氧化二异丙苯混合，得到预混料；其中，所述热塑性淀粉与所述聚碳酸酯的质量比为(10～20):100；
步骤二、将所述预混料经反应挤出，得到所述聚碳酸酯和所述热塑性淀粉交联形成的互穿网络弹性体；
步骤三、将聚碳酸酯与所述互穿网络弹性体混合后，经熔融挤出，得到聚碳酸酯复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述马来酸酐与所述聚碳酸酯与所述热塑性淀粉总量的质量比为(1～5):100，所述过氧化二异丙苯与所述聚碳酸酯与所述热塑性淀粉总量的质量比为(0.8～2)：100。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述互穿网络弹性体与所述聚碳酸酯的质量比为(10～30):100。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚碳酸酯为100；
在所述步骤三中，所述互穿网络弹性体与所述聚碳酸酯的质量比为(15～25):100。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述热塑性淀粉与所述聚碳酸酯的质量比为(12～16):100。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤二的反应挤出过程中，所述反应挤出的温度按物料前进方向依次为：190℃～210℃、215℃～225℃、225℃～235℃、235℃～245℃、245℃～255℃和240℃～250℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述反应挤出的螺杆转速为90rpm～110rpm。
8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性淀粉由包括以下重量份的原料经熔融挤出得到的：
Figure FDA0002308515450000021
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性淀粉的制备包括如下步骤：
将所述酯化淀粉、所述甘油、所述1，6-己二醇、所述丁四醇和所述硬脂酸于40℃～55℃条件下混匀，熔融挤出；
其中，所述熔融挤出的温度按物料前进方向依次为：80℃～95℃、100℃～120℃、125℃～135℃、135℃～145℃、145℃～155℃和140℃～150℃；所述螺杆的转速为90rpm～110rpm。
10.一种权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的抗冲击聚碳酸酯复合材料。
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