CN111500044B - 一种透明静电耗散pc树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透明静电耗散PC树脂组合物，包括以下重量份含量的原料组分：聚碳酸酯树脂70～95份；抗静电剂母粒5～30份；酯交换抑制剂0.5～1.5份；其中，抗静电剂母粒包括以下质量百分含量的原料组分：抗静电剂40‑60％；酯交换促进剂0.5～1.6％；助交联剂1～3％；余量为聚碳酸酯树脂。与现有技术相比，本发明具有静电耗散性优异、表面电阻率低、透明性优异、韧性和耐热性能好、透明性在不同温度下保持稳定等优点。

Description

一种透明静电耗散PC树脂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种PC树脂组合物及其制备方法，尤其是涉及一种透明静电耗散PC树脂组合物及其制备方法。
背景技术
静电耗散材料指的表面电阻率为106～1012欧姆的材料。表面电阻率为1010～1012欧姆的材料，具有防止静电局部累积的作用，其主要的应用场景是防止静电积灰的家电、电子产品外壳；表面电阻率为106～109欧姆的材料，具有快速耗散静电的作用，其主要是在防止静电放电引起半导体失效、防爆、防火等场景使用。在一些场合，我们希望用到具有高度透明性的静电耗散材料，比如半导体盒子、吸尘器集成盒等。
目前市场上有折射率为1.49的有机大分子抗静电剂，可以与PMMA混合获得抗静电的透明材料。另外可以通过基体的复配获得与抗静电剂的相同折射的树脂组合物，并与相应的抗静电剂混合获得透明产品。
PC材料由于其优异的透明性、韧性和耐热性，成为了不可替代的材料。在用到透明PC材料并需要静电耗散性能时，目前工业上比较常用的方法是在PC表面涂上一层透明抗静电涂层，但这种方法获得的产品表面抗静电涂层容易被摩擦或洗去，因此静电耗散性能往往是短效的，而且成本很高。
将PC和有机大分子抗静电剂复合，可以获得静电耗散级别的PC材料，但这类产品有三大技术问题：
(1)由于有机大分子的抗静电剂——聚醚和聚酰胺的嵌段共聚物的折射率范围一般为1.48～1.52，PC的折射率为1.58，两者不一致的折射率导致将两者经过简单共混难以获得透明的产品。
(2)将PC与折射率更低的树脂，如PMMA混合，调整PC和PMMA比例使其折射率与抗静电剂相同，解决相容性问题后可以获得透明抗静电的PC/PMMA，但这会大大降低PC的耐热性能和冲击性能，限制了这类产品的应用。
(3)有机大分子抗静电和其他聚合物的折射率随温度变化是不一致的，因此往往在常温或某个温度，产品具有优异的透明性，但是升高温度或降低温度后，产品的透明度会大幅度的降低。
CN 101845212B公布了一种透明PC抗静电的树脂薄膜，将PC和大分子抗静电剂混合，获得了1mm厚的薄膜透过率88％以上的抗静电的PC树脂。但这仅仅是因为样品的厚度比较薄才会有这么高的透过率，且此专利没有解决不同温度透明度的变化的问题。
CN 107163537B和CN110452514A公布了一种透明抗静电的聚碳酸酯的制备方法，将PC与抗小分子抗静电剂(离子液体)混合，获得了1010-1012欧姆的材料。但这种小分子型的抗静电剂容易析出，导致抗静电失效，属于短效的抗静电产品。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的静电耗散性能差、透明度以及透明度受温度影响的缺陷而提供一种透明静电耗散PC树脂组合物及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种透明静电耗散PC树脂组合物，包括以下重量份含量的原料组分：
聚碳酸酯树脂(PC树脂) 70～95份；
抗静电剂母粒 5～30份；
酯交换抑制剂 0.5～1.5份。
所述的抗静电剂母粒包括以下质量百分含量的原料组分：
抗静电剂 40-60％；
酯交换促进剂 0.5～1.6％；
助交联剂 1～3％；
余量为聚碳酸酯树脂(PC树脂)。
所述的抗静电剂为聚醚和聚酰胺的嵌段共聚物类的有机大分子抗静电剂。
所述的酯交换促进剂为钛酸四丁酯、对甲基苯磺酸、辛酸亚锡中的一种或几种。
所述的助交联剂选自苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐树脂、苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或聚苯乙烯接枝马来酸酐树脂中的一种或几种。
所述的透明静电耗散PC树脂组合物中，抗静电剂的质量分数为3～12％。
所述的抗静电剂母粒制备方法包括以下步骤：
(1)按照所述的抗静电剂母粒的原料组分的配方进行备料，将各个原料组分混合均匀得到预混料；
(2)将预混料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到所述的抗静电剂母粒；所述双螺杆挤出机的挤出温度为250～280℃，螺杆转速为200～500转/分。
所述的酯交换抑制剂选自正硅酸乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸二氢钠或磷酸二异辛酯中的一种或几种。
本发明还提供了一种透明静电耗散PC树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
(I)按照所述的透明静电耗散PC树脂组合物的原料组分的配方进行备料，将各个原料组分混合均匀得到预混料；
(II)将预混料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，即得到目标产品。
所述的双螺杆挤出机的挤出温度为240～260℃，螺杆转速为200～500转/分。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明获得的透明静电耗散PC树脂组合物，不仅具有优异的静电耗散性能和透明性，表面电阻率达到107-1010欧姆，同时还兼顾了PC优异的透明性、韧性和耐热性能，透过率在85％以上；并且在不同温度下，透明度保持稳定不变；
(2)通过改善抗静电剂和PC相容性的方法获得透明产品：将PC和有机大分子抗静电剂、酯交换促进剂和交联促进剂混合，使PC和抗静电剂中的聚酰胺链段发生酯交换反应，同时使PC和聚酰胺在交联剂作用下反应发生微交联，获得聚醚和PA/PC的嵌段共聚物抗静电剂母粒；有效了改善了抗静电剂和PC树脂的相容性；将抗静电剂与PC共混，由于相容性明显改善，抗静电剂的分散相尺寸明显降低，当分散相尺寸小于可见光波长的一半时，共混物实现了透明；
(3)本发明大大降低抗静电剂的添加量，有效改善了导电性：常规的抗静电产品，有机大分子抗静电剂的添加量往往在10％以上，电阻率一般都在109欧姆以上。但本发明最低的抗静电剂的添加量仅为3％；这是因为抗静电剂分散相的尺寸明显减小，长径比增大，导电通路更易形成；
(4)本发明获得的静电耗散PC材料的透明度在不同温度下保持不变：常规的抗静电产品，大分子抗静电剂在基体树脂中的尺寸在3～800μm，在温度变化时，基体树脂和抗静电剂的折射率变化趋势不同，因此材料透明性会发生明显变化。本发明公开的透明静电耗散PC树脂组合物，由于抗静电剂分散相尺寸小于可见光，即使在不同温度下PC和抗静电剂的折射率偏差变大，树脂组合物的透明性不变。这一特点非常适合用于温度变化的工况下工作的静电耗散产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
一种透明静电耗散PC树脂组合物及其制备方法，通过两步法制备，制备步骤为：
(1)抗静电剂母粒的制备
(1-1)按照抗静电剂母粒的原料组分的配方进行备料：质量分数为40-60％的抗静电剂、质量分数为0.5～1.6％的酯交换促进剂、质量分数为1～3％的助交联剂、余量为PC树脂；将各个原料组分混合均匀得到预混料；
(1-2)将预混料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到所述的抗静电剂母粒；双螺杆挤出机的挤出温度为250～280℃，螺杆转速为200～500转/分。
(2)透明静电耗散PC树脂组合物的制备
(2-1)按照所述的透明静电耗散PC树脂组合物的原料组分的配方进行备料：聚碳酸酯树脂(PC树脂)70～95份，抗静电剂母粒5～30份，酯交换抑制剂0.5～1.5份，将各个原料组分混合均匀得到预混料；
(II)将预混料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，即得到目标产品；双螺杆挤出机的挤出温度为240～260℃，螺杆转速为200～500转/分；获得的明静电耗散PC树脂组合物中，有机大分子抗静电剂的质量分数为3～12％。
以下对本实施例使用的各个原料组分进行说明：
抗静电剂是聚醚和聚酰胺的嵌段共聚物类的有机大分子抗静电剂。这类抗静电剂是市场上易获得的，实施例包括商购自阿科玛公司的MH1657，艾昂飞公司的Ionphase U1。
酯交换促进剂可以为钛酸四丁酯、对甲基苯磺酸、辛酸亚锡。
助交联剂可以为苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐树脂、苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或聚苯乙烯接枝马来酸酐树脂。
酯交换抑制剂可以为正硅酸乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸二氢钠或磷酸二异辛酯。
在添加剂不会不利地影响PC树脂组合物的透明性和静电耗散性的条件下，公开的组合物可以进一步可选地包括常规用于制造包含树脂组合物的一种或多种添加剂。例如，公开的树脂组合物可以包括其他树脂、稳定剂、阻燃剂、冲击改性剂、着色剂、脱模剂中的一种或多种。
以下为本发明的具体实施过程，其中各个实施例和对比例涉及到的抗静电剂的信息如下：
抗静电剂AS-1:阿科玛公司MH1657,表面电阻率109
抗静电剂AS-2：艾昂飞公司Ionphase U1，表面电阻率107
酯交换促进剂ZJH-1：钛酸四丁酯，市售
酯交换促进剂ZJH-2：对甲基苯磺酸，市售
酯交换促进剂ZJH-3：辛酸亚锡，市售
助交联剂ZJL-1：苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂,市售
助交联剂ZJL-2:苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂,市售
酯交换抑制剂YZZ-1:正硅酸乙酯，市售
酯交换抑制剂YZZ-3:磷酸二氢钠，市售。
本发明的实施例和对比例中抗静电剂母粒的配方如表1所示，各个组分的添加量为质量分数。
表1抗静电剂母粒的原料组成
Figure BDA0002477155440000051
Figure BDA0002477155440000061
以上抗静电剂母粒1～8#按照以下方法制备：
(1)按表1所述的重量份数称取，混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料加入双螺杆挤出机中，260℃熔融挤出，冷却造粒。
实施例1～8
实施例1～8为透明静电耗散PC树脂组合物，其配方如表2所示，各个组分的添加量为重量份含量。
表2实施例1～8中透明静电耗散PC树脂组合物的原料组成
Figure BDA0002477155440000062
对比例1～8
对比例1～8为透明静电耗散PC树脂组合物，其配方如表3所示，各个组分的添加量为重量份含量。
表3对比例1～8中透明静电耗散PC树脂组合物的原料组成
Figure BDA0002477155440000071
实施例1～8和对比例1～8的树脂组合物的制备方法均为：
将实施例1～8和对比例1-8中的原料放入高速混合器中预混均匀，得到预混料；将得到的预混料通过双螺杆挤出机，在250℃挤出温度和350转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到最终产品。
其中，对比例4种没有单独制备抗静电母粒，而是按照实施例5相同的组成，将抗静电剂、酯交换剂、助交联剂、酯交换抑制剂和PC树脂一步挤出获得；对比例8是将PC和抗静电剂直接混合。
对实施例1～8和对比例1～8制备得到的树脂组合物进行机械性能测试：
Charpy缺口冲击强度：按照ISO 179-1:2010(E)标准测试，冲击能量为4J；
弯曲模量：按照ISO 178:2010(E)标准测试，测试速度为2mm/min；
电阻率评价：采用ASTM D257测试样板的表面电阻率。
透光率测试：按照GB/T 2410-2008测试3mm厚的样板的透光率，在25℃和80℃两个环境测试。
实施例1～8的测试结果如表4所示，对比例1～8的测试结果如表5所示。
表4实施例的机械性能、电阻率和透光率测定结果
Figure BDA0002477155440000081
表5对比例的机械性能、电阻率和透光率测定结果
Figure BDA0002477155440000082
通过对比实施例和对比例4，先制备静电剂母粒，然后将静电剂母粒与其他组分混合，即两步法制备透明静电耗散PC树脂组合物十分关键；如果采用一步法制备，将导致电阻率大大增加，并且透光率大大降低；将PC树脂和抗静电剂直接混合，透光率仅为10％左右；实施例中23℃和80℃的透光率相差不大，而对比例中不同温度下透光率相差较大，表明本发明的透光率不受温度的影响。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种透明静电耗散PC树脂组合物，其特征在于，包括以下重量份含量的原料组分：
聚碳酸酯树脂 70~95份；
抗静电剂母粒 5~30份；
酯交换抑制剂 0.5~1.5份；
所述的抗静电剂母粒包括以下质量百分含量的原料组分：
抗静电剂 40-60%；
酯交换促进剂 0.5~1.6%；
助交联剂 1~3%；
余量为聚碳酸酯树脂；
所述的抗静电剂为聚醚和聚酰胺的嵌段共聚物类的有机大分子抗静电剂。
2.根据权利要求1所述的一种透明静电耗散PC树脂组合物，其特征在于，所述的酯交换促进剂为钛酸四丁酯、对甲基苯磺酸、辛酸亚锡中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种透明静电耗散PC树脂组合物，其特征在于，所述的助交联剂选自苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐树脂、苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或聚苯乙烯接枝马来酸酐树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种透明静电耗散PC树脂组合物，其特征在于，所述的透明静电耗散PC树脂组合物中，抗静电剂的质量分数为3~12%。
5.根据权利要求1所述的一种透明静电耗散PC树脂组合物，其特征在于，所述的抗静电剂母粒制备方法包括以下步骤：
（1）按照所述的抗静电剂母粒的原料组分的配方进行备料，将各个原料组分混合均匀得到预混料；
（2）将预混料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到所述的抗静电剂母粒；所述双螺杆挤出机的挤出温度为250~280℃，螺杆转速为200~500转/分。
6.根据权利要求1所述的一种透明静电耗散PC树脂组合物，其特征在于，所述的酯交换抑制剂选自正硅酸乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸二氢钠或磷酸二异辛酯中的一种或几种。
7.一种如权利要求1所述的透明静电耗散PC树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（I）按照所述的透明静电耗散PC树脂组合物的原料组分的配方进行备料，将各个原料组分混合均匀得到预混料；
（II）将预混料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，即得到目标产品。
8.根据权利要求7所述的一种透明静电耗散PC树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的挤出温度为240~260℃，螺杆转速为200~500转/分。
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