CN111117197B - 一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其原料包括以下质量百分比的各组分：聚碳酸酯81‑94%，聚氨酯2‑10%，阻燃剂2‑8%，抗氧剂0.1‑0.5%，润滑剂0.2‑0.5%；本发明采用聚酯型聚氨酯（TPU）不仅可以提升聚碳酸酯（PC）材料的冲击强度，还可以提升材料的长效耐溶剂性能，且添加适量比例对聚碳酸酯（PC）材料的耐热性能影响不明显，可以满足电工产品耐热要求。

Description

一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及改性高分子材料技术领域，具体讲是一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯(PC)因具有优良的综合性能被广泛应用在电子器件、航天航空、汽车、建筑、医疗器械等领域；随着消费者审美意识的增强和家装、市场产品多元化的需求，喷漆产品已经消费者选择电工电子产品的首要选择。喷漆产品因具有较佳的外观、品质和档次，其工艺现已广泛应用在喷涂电子、电工、家电、汽车等领域。表面拥有金属外观、现代感十足的喷漆开关，采用二次喷涂工艺，底漆赋予产品金属光泽、掩饰产品表面缺陷、隔绝空气和溶剂对产品的接触的目的。当底漆固化后，再喷涂一层透明面漆，赋予材料优异的光泽度、丰满度、增加表面硬度及爽滑性。在喷涂开关产品时，前期工艺调试会造成产品表面有颗粒、毛丝、油点、气纹缺陷不良品，若这些不良品不能较好的被再利用，只能进行报废处理。电工电子产品选用的油漆所用的溶剂主要是苯类、醇类、酯类和醚类等有机溶剂，易引起聚碳酸酯(PC)材料溶胀、溶解、龟裂或者变形等异常，因此要求喷漆产品材料具有高强度、高韧性、较强耐化学溶剂性能，保证产品在喷涂过程中不再发生溶胀应力开裂，在实用安装时不出现断裂且保持产品优美外观。

常用具备耐溶剂性能的聚碳酸酯(PC)材料，主要是在PC中通过共混改性引入PBT、PET、ABS等结晶性材料成分生产合金复合材料方案提升材料的耐溶剂性能,然而PBT、PET、ABS材料由于自身氧指数高易燃烧、耐热较低、冲击强度低，导致合金材料阻燃性能、耐热性能以及冲击强度均有下降，且PBT、PET材料的加入会导致材料表面光泽度受到影响，因此在电子电工领域外观件产品中应用受到一定限制。

发明内容

本发明提供一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料及其制备方法，采用本发明制备的聚碳酸酯材料具备了优异的长效耐溶剂性能，保证了产品的质量和使用寿命。

本发明的技术解决方案如下：一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其原料包括以下质量百分比的各组分：聚碳酸酯81-94％，聚氨酯2-10％，阻燃剂2-8％，抗氧剂0.1-0.5％，润滑剂0.2-0.5％。

本发明还提供一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：将聚碳酸酯于110-130℃温度下干燥3-4小时，聚氨酯于80-100℃温度下干燥3-4小时，将阻燃剂、抗氧剂、润滑剂干燥去除水分及易挥发杂质，具体可以为在80℃烘箱中干燥2-3小时后，首先将聚碳酸酯通过主喂料加入双螺杆挤出机，按配比称取聚氨酯、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后通过侧喂料加入双螺杆挤出机，经过熔融剪切共混，冷却切粒即可。

所述双螺杆挤出机螺杆转速250-500rpm，温度范围230-290℃。

所述聚碳酸酯(PC)为双酚A芳香族聚碳酸酯，数均分子量为25000-35000，相对密度为1.20-1.22g/cm³，熔融指数为8-12g/10min，优选科思创M2805牌号PC原料。

所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯。由于聚醚性聚氨酯加工温度较窄，因此选择加工温度范围更大的聚酯型聚氨酯，聚氨酯材料自身硬度间接影响最终PC材料的耐热性能，硬度越高，PC材料的耐热性能相应提高，优选万华化学生产的的WHT-8280H，邵氏硬度为80A。作为优选，所述聚氨酯为万华化学生产的的WHT-8280H。

所述阻燃剂为耐热氮磷系阻燃剂。作为优选，所述阻燃剂为科莱恩OP1230阻燃剂。该类阻燃剂无卤环保，可以扩大材料的使用范围，分解温度＞350℃。

所述抗氧剂为H161抗氧剂。常规1010/168等抗氧剂在200℃开始产生分解，而聚碳酸酯(PC)材料加工温度范围在260℃-300℃，此次选择耐温高的空间受阻酚抗氧剂和膦酸盐的增效混合物，优选布吕格曼H161抗氧剂。

所述润滑剂为硅酮类润滑剂。常用EBS、TAF以及一些小分子蜡类润滑剂耐温较差，在高温条件下易降解不仅会影响材料表面光泽度而且还会影响材料的耐溶剂性能。硅酮类润滑剂不仅具备良好的润滑性，而且耐温高，且可以与聚磷酸铵、次磷酸类、氮磷系类阻燃剂产生协同作用，提高材料阻燃性能，优选中蓝晨光DS101HC硅酮粉，硅化物含量＞98％，分解温度＞300℃。

所述双螺杆挤出机为真空脱挥型双螺杆挤出机，具体为在双螺杆挤出机加热筒体处具有真空脱挥装置。作为优选，在总共具有10段加热的双螺杆挤出机的第五段以及第九段加热筒体处设置真空脱挥装置。

针对现有技术中喷漆工艺及过程易引起聚碳酸酯材料溶胀、溶解、龟裂或者变形等异常，严重影响产品的质量及使用寿命。采用双真空脱挥特殊加工工艺，将聚碳酸酯(PC)、聚酯型聚氨酯(TPU)以及硅酮类润滑剂、氮磷系阻燃剂、高温抗氧剂助剂进行熔融共混改性加工，使得改性后的PC材料不仅保持聚碳酸(PC)材料原有优良的机械性能、高光泽度，同时具备优异的长效溶剂性能。

聚氨酯(TPU)材料由于其硬度范围宽(60HA-85HD)、耐磨、耐油，透明，弹性好，在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用，而聚酯型聚氨酯与聚碳酸酯相容性较好，因此选择聚酯型聚氨酯(TPU)对聚碳酸酯(PC)材料进行耐溶剂性能提升，此外由于聚氨酯优异的韧性还能提升聚碳酸酯材料的冲击强度,且不影响聚碳酸酯(PC)材料的表面光泽度。

常用润滑剂大多为有机小分子助剂，耐温低，高温条件下易产生分解，分散在PC材料中易降低材料的耐溶解性能，而硅酮类润滑剂主要成分为聚硅氧烷以及二氧化硅，耐热性能优异，不仅可以充当润滑剂、提高材料表面光泽度，还能因其与氮磷系阻燃剂共混后发生协同反应，提高氮磷系阻燃剂与聚碳酸酯(PC)材料的互渗性，促进燃烧过程中炭层的形成从而提高材料的阻燃性。

由于PC材料自身阻燃性能优异，因此选择聚酯型聚氨酯(TPU)用高温氮磷系阻燃剂，无卤环保，既能附加提高PC材料的阻燃性能又可以保持高温加工过程的稳定性。

本发明优选采用真空脱挥型双螺杆挤出机的双真空脱挥加工工艺，将聚碳酸酯(PC)、聚酯型聚氨酯以及硅酮类润滑剂、氮磷系阻燃剂、高温抗氧剂助剂进行熔融共混改性加工，使得改性后的聚碳酸酯(PC)材料既保持聚碳酸酯(PC)材料原有的优良机械强度，又赋予材料更好的耐溶剂性能，扩充聚碳酸酯(PC)材料在严酷环境中的应用领域，由于在双螺杆挤出过程中聚碳酸酯(PC)材料加工温度较高，最高温度高达300℃，难免会产生分解生产小分子成分，因此在加工过程中采取双真空脱挥工艺，充分去除影响材料耐溶剂性能的小分子产物。

将本发明材料颗粒在110-120℃温度条件下干燥3-4h，加入到卧式注塑机注塑成型。注塑温度250-290℃，注射速度20-60mm/s，注射压力40-120MPa，模具温度80℃可制备符合上述性能要求的产品制件。

本发明的有益效果是：本发明采用聚酯型聚氨酯(TPU)不仅可以提升聚碳酸酯(PC)材料的冲击强度，还可以提升材料的长效耐溶剂性能，且添加适量比例对聚碳酸酯(PC)材料的耐热性能影响不明显，可以满足电工产品耐热要求，采用硅酮类润滑剂可以与氮磷系阻燃剂形成协效作用，提升材料的阻燃性能；采用双真空脱挥加工工艺可以有效提升材料的长效耐溶剂性能。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

将烘干后的聚碳酸酯(PC)材料通过主喂料加入双螺杆挤出机，烘干处理后的聚酯型聚氨酯(TPU)、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂计量称重在高混机中高速搅拌5-10分钟混合均匀后通过第四段侧喂料加入双螺杆挤出机，经过双螺杆的熔融剪切共混以及冷却切粒即可得到本发明制备的长效耐溶剂PC材料。

实施例一：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占84.7％、聚氨酯10％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％。

实施例二：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占88.7％、聚氨酯6％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％。

实施例三：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占92.7％、聚氨酯2％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％。

实施例四：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占88.2％、聚氨酯6％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％、润滑剂占0.3％，采用第五段区域以及第九段区域添加真空脱挥装置的脱挥型双螺杆挤出机。

实施例五：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占88.3％、聚氨酯6％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％、润滑剂占0.5％，采用第五段区域以及第九段区域添加真空脱挥装置的脱挥型双螺杆挤出机。

实施例六：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占88.5％、聚氨酯6％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％、润滑剂占0.2％，采用第五段区域以及第九段区域添加真空脱挥装置的脱挥型双螺杆挤出机。

对比例一：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占95.7％、聚氨酯占1％、阻燃剂占1％、抗氧剂占0.3％,未添加双真空脱挥装置。

对比例二：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占97.7％、阻燃剂占2％、抗氧剂占0.3％,未添加双真空脱挥装置。

对比例三：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占83.7％、聚氨酯11％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％。

对比例四：配方各组分质量配比为：聚碳酸酯占88.5％、聚氨酯6％、阻燃剂占5％、抗氧剂占0.3％、润滑剂占0.2％，未添加双真空脱挥装置。

其中，拉伸强度按照ISO 527标准进行测试，拉伸速率为50mm/min；弯曲强度与弯曲模量按照ISO 178标准进行测试，样条尺寸(mm):80×10×4，弯曲速率为2mm/min；缺口冲击强度按照ISO 179标准进行测试，样条尺寸(mm):80×10×4，缺口为A类模塑缺口，缺口底部半径为0.25±0.05mm，缺口的保留宽度为8±0.2mm；耐热性能按照GB/T 16915.1-2014标准进行测试，实验温度为125±2℃；灼热丝测试参照IEC60695-2-11标准，测试850℃条件下1.5mm厚度制件阻燃性能；浸泡溶剂缺口冲击强度是指将缺口冲击样条浸泡在甲苯溶液中30分钟，然后用清水冲洗干净，在80℃温度干燥1-2小时，自然冷却24小时后测试缺口冲击强度；开裂时间测试是指将拉伸样条置于跨度可调节弯曲治具上，治具初始跨度为130±5mm，将治具跨度调节为60mm，模拟给材料施加外力，使材料内部产生应力，然后将弯曲治具放置于甲苯溶剂液体中，模拟极端严酷环境中，观察样条表面是否出现裂纹，连续观察30天模拟长期处于严酷环境中材料耐溶剂性能。

实施例一、二、三的益效果：相比对比例一及对比例二、比例三，实施例一、二、三制备的聚碳酸酯(PC)材料冲击强度随着聚氨酯含量的增加相应提升，耐溶剂性能也相应提升。实施例一聚碳酸酯(PC)材料泡溶剂后冲击强度较对比例二制备的聚碳酸酯(PC)材料提升了8倍，长效耐溶剂性能提升明显，且制备的聚碳酸酯(PC)材料125℃耐热球压测试小于2.0mm，可以满足电工行业标准耐热要求。对比例一中聚氨酯添加量为1％，制备的PC材料泡溶剂后冲击强度仅为KJ/m²，说明聚氨酯添加量较低时对于材料耐溶剂性能提升效果有限，对比例三中聚氨酯添加量为11％，制备的PC材料125℃耐热球压测试压痕超过2.0mm，且材料在850℃灼热丝测试过程中延燃时间达到18.5s，表明聚氨酯添加量过多不利于材料的耐热以及阻燃；综合对比聚氨酯含量添加量为6％时，材料的冲击强度、耐溶剂性能、耐热性能、阻燃性能均能达到较优状态；综合以上实施例以及对比例，聚酯型聚氨酯不仅可提高聚碳酸酯(PC)材料抗冲击性能，还能有效提高聚碳酸酯(PC)材料长效耐溶剂性能；

实施例四、五、六的有益效果：随着配方体系中硅酮类润滑剂含量的提升，聚碳酸酯(PC)材料的阻燃性能得到一定增强，灼热丝测试过程中离开850℃灼热丝可提高至无延燃时间，说明添加硅酮类润滑剂对于聚碳酸酯(PC)材料的阻燃效果有一定的提升效果；

实施例六的有益效果：相比对比例四，采用第五段区域以及第九段区域添加真空脱挥装置的脱挥型双螺杆挤出机。即采用双真空脱挥加工工艺后，聚碳酸酯(PC)材料的长效耐溶剂性能延长至30天以上，说明采用双真空脱挥加工工艺可以进一步除去加工过程中产生的小分子等易辉发物质，有助于提升材料的长效耐溶剂性能。

以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其特征在于，其原料包括以下质量百分比的各组分：聚碳酸酯 81-94%，聚氨酯 2-10%，阻燃剂 2-8%，抗氧剂 0.1-0.5%，润滑剂 0.2-0.5%，所述聚氨酯为聚酯型聚氨酯，所述高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料的制备方法包括以下步骤：将聚碳酸酯于110-130℃温度下干燥3-4小时，聚氨酯于80-100℃温度下干燥3-4小时，将阻燃剂、抗氧剂 、润滑剂干燥去除水分及易挥发杂质后，首先将聚碳酸酯通过主喂料加入双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机为真空脱挥型双螺杆挤出机，具体为在双螺杆挤出机加热筒体处具有真空脱挥装置，按配比称取聚氨酯、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后通过侧喂料加入双螺杆挤出机，采用双真空脱挥加工工艺，经过熔融剪切共混，冷却切粒即可。

2.根据权利要求1所述的高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述双螺杆挤出机螺杆转速250-500rpm，温度范围230-290℃。

3.根据权利要求1所述的高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为双酚A芳香族聚碳酸酯，数均分子量为25000-35000，相对密度为1.20-1.22g/cm³，熔融指数为8-12g/10min。

4.根据权利要求1所述的高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述聚氨酯为万华化学生产的WHT-8280H。

5.根据权利要求1所述的高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述阻燃剂为耐热氮磷系阻燃剂。

6.根据权利要求1所述的高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述抗氧剂为H161抗氧剂。

7.根据权利要求1所述的高光泽长效耐溶剂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮类润滑剂。