CN110862666A - 高抗冲聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

高抗冲聚碳酸酯复合材料及其制备方法 Download PDF

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李元祥
张再兴
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Abstract

本发明涉及一种高抗冲聚碳酸酯复合材料及其制备方法，所述高抗冲聚碳酸酯复合材料由聚碳酸酯和互穿网络弹性体熔融共混而成，所述聚碳酸酯与所述互穿网络弹性体的质量比为100:(10～40)；其中，所述互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：聚丁二酸丁二醇酯和/或聚己内酯100～110份、热塑性淀粉10～30份、马来酸酐1～5份和过氧化二异丙苯0.8～2份。该复合材料不但抗冲击性能良好，而且不需要添加价格高昂的增韧剂，可以降低生产成本。

Description

高抗冲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，特别是涉及一种高抗冲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，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PC也具有易断裂、易磨损和价格偏高等缺点，这限制了它在许多领域的应用。
为了改善PC的性能，通常将PC与其他高分子材料或者填充增强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，有必要提供一种成本较低且具有良好抗冲击性能的生物降解复合材料及其制备方法。
本发明提供一种高抗冲聚碳酸酯复合材料，所述高抗冲聚碳酸酯复合材料由聚碳酸酯和互穿网络弹性体熔融共混而成，所述聚碳酸酯与所述互穿网络弹性体的质量比为100:(10～40)；
其中，所述互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：
Figure BDA0002308515950000021
上述聚碳酸酯复合材料以聚碳酸酯为主体材料，通过熔融共混引入互穿网络弹性体，由于该互穿网络弹性体具有很大的分子自由空间，当受到外力作用时，弹性体能够通过发生在的形变消除应力，加上聚丁二酸丁二醇酯和聚己内酯的分子链均具有良好的柔韧性，可以进一步提高复合材料的韧性，从而，上述聚碳酸酯复合材料的抗冲击性能良好；同时，互穿网络弹性体以聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯为主体材料，通过与热塑性淀粉反应挤出而轻度交联，外加接枝了马来酸酐，可以进一步提高弹性体的相容性，因此该互穿网络弹性体与聚碳酸酯具有良好的相容性，在使用过程中不会出传统填充料析出的问题，使得上述复合材料的稳定性好。
在其中一个实施例中，所述互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：
Figure BDA0002308515950000022
在其中一个实施例中，所述互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：
Figure BDA0002308515950000031
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制备而成：
Figure BDA0002308515950000032
进一步地，所述热塑性淀粉由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure BDA0002308515950000033
本发明另一目的在于提供一种上述高抗冲聚碳酸酯复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
按照所述互穿网络弹性体的原料组成称取各原料组分，然后将各原料组分混合均匀，得到预混料；
将所述预混料经反应挤出，得到所述互穿网络弹性体；
将所述互穿网络弹性体与所述聚碳酸酯混均后，经熔融挤出，得到所述高抗冲聚碳酸酯复合材料。
上述制备方法工艺简单，整个工艺过程通过高混机、粉碎机及双螺杆挤出机就能完成，可降低生产成本，制备得到的聚碳酸酯复合材料具备抗冲击性能好、稳定性好等优点。
在其中一个实施例中，所述互穿网络弹性体由所述聚丁二酸丁二醇酯、所述热塑性淀粉、所述马来酸酐和所述过氧化二异丙苯经反应挤出而得；
所述反应挤出采用双螺杆挤出机，所述反应挤出的温度参数为：一区90℃～110℃、二区110℃～130℃、三区130℃～150℃、四区140℃～160℃、五区140℃～160℃、机头135℃～155℃。
在其中一个实施例中，所述互穿网络弹性体由所述聚己内酯、所述热塑性淀粉、所述马来酸酐和所述过氧化二异丙苯经反应挤出而得；
所述反应挤出采用双螺杆挤出机，所述反应挤出的温度参数为：一区35℃～45℃、二区45℃～55℃、三区70℃～90℃、四区100℃～120℃、五区120℃～135℃、机头110℃～125℃。在其中一个实施例中，所述熔融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℃；所述熔融挤出的螺杆转速为90rpm～110rpm。
在其中一个实施例中，所述热塑性淀粉是由所述原料于40℃～55℃条件下混匀、熔融挤出制备而成；
所述热塑性淀粉的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。
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一种高抗冲聚碳酸酯复合材料，该复合材料由聚碳酸酯和互穿网络弹性体熔融共混而成，聚碳酸酯与互穿网络弹性体的质量比为100:(10～40)。
其中，互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：
Figure BDA0002308515950000051
具体地，该聚碳酸酯复合材料的制备方法包括如下步骤1～步骤3。
步骤1、按照上述互穿网络弹性体的原料组成称取各原料组分，然后将各原料组分混合均匀，得到预混料。
具体地，将各原料组分在高混机中进行混合。
步骤2、将上述预混料经反应挤出，得到互穿网络弹性体。
在本实施方式中，上述反应挤出在双螺杆挤出机中进行。
在一实施例中，上述预混料包括以下重量份的原料：
Figure BDA0002308515950000052
Figure BDA0002308515950000061
进一步地，挤出机的温度参数为：一区90℃～110℃、二区110℃～130℃、三区130℃～150℃、四区140℃～160℃、五区140℃～160℃、机头135℃～155℃，螺杆的转速为90rpm～110rpm。
进一步地，挤出机的温度参数为：一区100℃、二区120℃、三区140℃、四区150℃、五区150℃、机头145℃，螺杆的转速100rpm。
如此，通过聚丁二酸丁二醇酯和热塑性淀粉按照特定配比组合，并严格控制各区的挤出温度，在过氧化二异丙苯的引发下与马来酸酐交联，经反应挤出得到轻度交联的聚丁二酸丁二醇酯-淀粉互穿网络弹性体，该弹性体具有很大的分子自由空间，且聚丁二酸丁二醇脂韧性非常好，能够很好的消除外界应力，可以大大提高聚碳酸酯基材的抗冲击性能。
在一实施例中，上述预混料包括以下重量份的原料：
Figure BDA0002308515950000062
进一步地，挤出机的温度参数为：一区35℃～45℃、二区45℃～55℃、三区70℃～90℃、四区100℃～120℃、五区120℃～135℃、机头110℃～125℃，螺杆的转速为90rpm～110rpm。
进一步地，挤出机的温度参数为：一区40℃、二区50℃、三区80℃、四区110℃、五区130℃、机头120℃，螺杆的转速为100rpm。
步骤3、将上述互穿网络弹性体与聚碳酸酯混均后，经熔融挤出，得到高抗冲聚碳酸酯复合材料。
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2制备得到的互穿网络弹性体混合之前，还包括将互穿网络弹性体进行粉碎的操作。
具体地，将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。
在一实施例中，聚碳酸酯为100份，聚碳酸酯与互穿网络弹性体的质量比为100:(20～30)。
在一实施例中，热塑性淀粉由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure BDA0002308515950000071
进一步地，热塑性淀粉由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure BDA0002308515950000072
Figure BDA0002308515950000081
进一地，热塑性淀粉是由上述原料于40℃～55℃条件下混匀、熔融挤出制备而成。
具体地，将上述原料于40℃～55℃条件下混匀后，在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出的温度参数为：一区80℃～95℃、二区100℃～120℃、三区125℃～135℃、四区135℃～145℃、五区145℃～155℃、机头140℃～150℃；螺杆的转速为90rpm～110rpm。
进一步地，挤出的温度参数为：一区90℃、二区110℃、三区130℃、四区140℃、五区150℃、机头145℃，主机转速100rpm。
以下为具体实施例
制备热塑性淀粉
1)按照下表1中各原料的重量份数分别称取各组原料，备用。
表1
酯化淀粉 甘油 1，6-己二醇 丁四醇 硬脂酸
热塑性淀粉1 80 10 5 3 2
热塑性淀粉2 85 15 3 3 3
热塑性淀粉3 80 8 8 5 1
2)分别将上述各组原料在50℃的高混机中混合10分钟，得预混物。
3)分别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1～3。
经过试验表明，热塑性淀粉1～3均可与聚丁二酸丁二醇酯或聚己内酯制成互穿网络弹性体，提高聚碳酸酯复合材料的力学性能，但以热塑性淀粉1最佳。
制备聚碳酸酯复合材料
1)按照下表2中实施例1～8和对比例1～4的各原料的重量份数分别称取各弹性体的原料和聚碳酸酯，备用。
表2
Figure BDA0002308515950000091
Figure BDA0002308515950000101
注：“-”表示不添加。
2)分别将上述各组弹性体的原料在高混机中混合均匀，得预混料；分别将上述预混料经双螺杆挤出机熔融挤出得到12组弹性体，相应依次记为实施例弹性体1～8和对比例弹性体1～4。其中，实施例弹性体1～4和对比例弹性体3～4的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℃，主机转速100rpm；实施例弹性体5～8和对比例弹性体1～2的挤出的温度参数设置为：一区40℃、二区50℃、三区80℃、四区110℃、五区130℃、机头120℃，主机转速100rpm。
3)分别将上述实施例弹性体1～8和对比例弹性体1～4于破碎机中破碎，破碎后弹性体的尺寸要求小于2mm，包装备用。
4)分别将上述破碎后的弹性体与表2中对应的聚碳酸酯在高混机中混合均匀，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，得到抗冲击生物降解复合材料。
性能检测
对实施例1～8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3。
表3
Figure BDA0002308515950000111
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
热稳定性的检测方法参照GB/T 1843-2008
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)

1.一种高抗冲聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述高抗冲聚碳酸酯复合材料由聚碳酸酯和互穿网络弹性体熔融共混而成，所述聚碳酸酯与所述互穿网络弹性体的质量比为100:(10～40)；
其中，所述互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：
Figure FDA0002308515940000011
2.根据权利要求1所述的高抗冲聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：
Figure FDA0002308515940000012
3.根据权利要求1所述的高抗冲聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述互穿网络弹性体由以下重量份的原料经反应挤出而得：
Figure FDA0002308515940000013
4.根据权利要求1～3任一项所述的高抗冲聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述热塑性淀粉由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure FDA0002308515940000014
Figure FDA0002308515940000021
5.根据权利要求4所述的高抗冲聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述热塑性淀粉由包括以下重量份的原料制备而成：
Figure FDA0002308515940000022
6.一种权利要求1～5任一项所述高抗冲聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述互穿网络弹性体的原料混合均匀，得到预混料；
将所述预混料经反应挤出，得到所述互穿网络弹性体；
将所述互穿网络弹性体与所述聚碳酸酯混均后，经熔融挤出，得到所述高抗冲聚碳酸酯复合材料。
7.根据权利要求6所述的高抗冲聚碳酯复合材料，其特征在于，所述互穿网络弹性体由所述聚丁二酸丁二醇酯、所述热塑性淀粉、所述马来酸酐和所述过氧化二异丙苯经反应挤出而得；
所述反应挤出采用双螺杆挤出机，所述反应挤出的温度参数为：一区90℃～110℃、二区110℃～130℃、三区130℃～150℃、四区140℃～160℃、五区140℃～160℃、机头135℃～155℃。
8.根据权利要求6所述的高抗冲聚碳酯复合材料，其特征在于，所述互穿网络弹性体由所述聚己内酯、所述热塑性淀粉、所述马来酸酐和所述过氧化二异丙苯经反应挤出而得；
所述反应挤出采用双螺杆挤出机，所述反应挤出的温度参数为：一区35℃～45℃、二区45℃～55℃、三区70℃～90℃、四区100℃～120℃、五区120℃～135℃、机头110℃～125℃。
9.根据权利要求6～8任一项所述的高抗冲聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述熔融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℃；所述熔融挤出的螺杆转速为90rpm～110rpm。
10.根据权利要求9所述的高抗冲聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述热塑性淀粉是由酯化淀粉、甘油、1，6-己二醇、丁四醇和硬脂酸于40℃～55℃条件下混匀、熔融挤出制备而成；
所述热塑性淀粉的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。
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