CN112029258A - 一种环保增强pc、abs复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种环保增强PC、ABS复合材料及其制备方法，该PC/ABS复合材料包括如下重量份的原料：PC 50‑60份、ABS 12‑18份、三元乙丙橡胶5‑9份、抗氧剂0.2‑0.7份、润滑剂0.2‑0.5份、无机填料6‑10份、改性硅藻土3‑7份、增效助剂8‑15份。该PC/ABS复合材料具有优异的力学性能、尺寸稳定性和耐候性，且具有气味低，VOC挥发低，环保等优点，加工性能好；其制备方法简单高效，操作控制方便，有利于大规模大生产。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种环保增强PC/ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
PC/ABS材料是由聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)混炼而成的热可塑性塑胶，结合了两种材料的优异特性。目前PC/ABS材料已广泛的应用在汽车内外饰件、电子设备、包装材料、建筑材料等领域。但是现有的PC/ABS材料在应用时，例如用作汽车内外饰件时，常存在机械强度不高、耐候性不好的缺点，且气味、TVOC不能使人满意，限制了其使用。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的之一在于提供一种环保增强PC/ABS复合材料，该PC/ABS复合材料具有优异的力学性能、尺寸稳定性和耐候性，且具有气味低，VOC挥发低，环保等优点，加工性能好。
本发明的另一目的在于提供一种环保增强PC/ABS复合材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，有利于规模化大生产。
本发明的目的之一通过下述技术方案实现：一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：PC 50-60份、ABS 12-18份、三元乙丙橡胶5-9份、抗氧剂0.2-0.7 份、润滑剂0.2-0.5份、无机填料6-10份、改性硅藻土3-7份、增效助剂8-15 份。
本发明的PC/ABS复合材料以PC和ABS为主料，性能上可形成互补，并加入三元乙丙橡胶、无机填料、改性硅藻土、增效助剂等进行优化，使制得的ABS/PC 复合材料具有优异的力学性能、尺寸稳定性和耐候性，且具有气味低，VOC挥发低，环保等优点。
进一步的，所述相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。优选的，所述相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯按照重量比1-1.5:1组成。本发明通过采用上述相容剂，可降低PC、ABS、三元乙丙橡胶等之间的表面张力，提高PC、ABS、三元乙丙橡胶与无机填料、改性硅藻土等原料之间的结合力，各原料分散性好，复合材料的组成均一稳定，使 PC/ABS复合材料的机械强度明显提高。所述乙烯-马来酸酐共聚物优选但不限于凡特鲁斯ZeMac E60。所述聚甲基丙烯酸甲酯优选但不限于阿科玛V040。所述三元乙丙橡胶优选但不限于杜邦-陶氏3670。进一步的，所述PC优选但不限于奇美PC6600。所述ABS优选但不限于宁波台化AG12A1。
进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT中的至少一种。优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT按重量比 1.4-2:0.5-0.9:1组成。本发明通过采用抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT 复配，具有良好的协同左右，可高效抑制PC/ABS复合材料的热降解和氧化降解, 使PC/ABS复合材料具有良好且长效的抗氧化作用。
进一步的，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取硅藻土20-25份、N,N-二甲基甲酰胺30-36份、羟甲基纤维素3-5份、乙烯基三(β -甲氧乙氧基)硅烷2-4份，均匀混合，在60-70℃温度下保温60-120min，即得改性硅藻土。本发明通过加入硅藻土，并对硅藻土进行改性，有助于得到气味低，VOC挥发低的复合材料，促进了硅藻土在PC/ABS复合材料中均匀分散，使其在复合材料中不易团聚，硅藻土具有吸附性，与其他原料结合力好，起到了良好的协同作用，使复合材料具有优异的力学性能、耐候性、尺寸稳定性，且具有VOC挥发低的优点。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、油酸酰胺、聚乙烯蜡和乙烯基双硬脂酰胺中的至少一种。本发明通过采用上述润滑剂，在PC/ABS复合材料的制备过程中起到润滑和脱模的效果，防止材料表面产生缺陷，提高加工性能、和力学强度。
进一步的，所述无机填料为云母粉、碳酸钙和滑石粉中的至少一种。所述无机填料的粒径为30-60nm。优选地，所述无机填料由云母粉、碳酸钙和滑石粉按重量比0.6-1.2：2-3：1组成。本发明通过在PC/ABS复合材料中添加无机填料，可以部分降低生产成本,并提高复合材料的力学性能、耐摩性和耐候性，提高制品尺寸稳定及表面光洁性；使用尺寸小的无机填料是可增加比表面积及表面吸附能力，提高分散效果。
进一步的，所述增效助剂的制备方法包括如下步骤：
A1、按重量份计，将纳米氧化锌10-15份、改性石墨烯8-12份、偶联剂4-7 份加入聚乙二醇70-80份中，搅拌混合均匀后，制得混合物A1；
A2、将混合物A1在80-90℃搅拌，保温120-180min，然后加入竹粉7-11份、聚乳酸11-15份，进行超声分散,然后离心洗涤，烘干，制得增效助剂。
本发明通过精心选择增效助剂的原料，并控制其用量配比、制备步骤及工艺参数，制得的高分子改性纳米碳酸钙可以提高聚碳酸酯的加工热稳定性和力学性能，纳米氧化锌、改性石墨烯、竹粉预先与聚乙二醇、聚乳酸相混合，促进了纳米氧化锌、改性石墨烯、竹粉在PC/ABS复合材料中的分散，使其在复合材料中不易团聚，起到了良好的协同作用，有效提高复合材料的力学性能、耐候性、尺寸稳定性和低气味性，复合材料的加工性能好。所述聚乳酸优选但不限于NatureWorks PLA 3801X。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560和硅烷偶联剂KH-570中的至少一种。
本发明还提供一种上述的环保增强PC/ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将各原料按比例混合后，得到混合物；
(2)、将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，得到PC/ABS复合材料。
进一步的，所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的各区温度分别为：一区温度为200-220℃，二区温度为210-230℃，三区温度为230-240℃，四区温度为 230-240℃，五区温度为240-250℃，六区温度为240-250℃，七区温度为 250-260℃，八区温度为250-260℃，九区温度为240-250℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500r/min。本发明通过严格控制双螺杆挤出机的各区温度各区温度，能使PC/ABS复合材料性能稳定均一、外观平整有光泽，具有优异的综合性能。本发明PC/ABS复合材料的制备方法简单高效，操作控制方便，有利于大规模生产。
本发明的有益效果在于：本发明的PC/ABS复合材料以PC和ABS为主料，性能上可形成互补，并加入三元乙丙橡胶、无机填料、改性硅藻土、增效助剂等进行优化，使制得的ABS/PC复合材料具有优异的力学性能和耐候性，且具有气味低，VOC挥发低，环保等优点。本发明PC/ABS复合材料的制备方法简单高效，操作控制方便，有利于大规模生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
本实施例中，一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：PC 55份、ABS 15 份、三元乙丙橡胶6份、抗氧剂0.4份、润滑剂0.3份、无机填料8份、改性硅藻土4份、增效助剂10份。
进一步的，所述相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯按照重量比1.2:1组成。所述乙烯-马来酸酐共聚物为凡特鲁斯ZeMac E60。所述聚甲基丙烯酸甲酯为阿科玛V040。所述三元乙丙橡胶为杜邦-陶氏3670。进一步的，所述PC为奇美PC6600。所述ABS为宁波台化AG12A1。
进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT按重量比 1.7:0.7:1组成。
进一步的，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取硅藻土22份、N,N-二甲基甲酰胺32份、羟甲基纤维素4份、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷3份，均匀混合，在65℃温度下保温90min，即得改性硅藻土。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸锌和乙烯基双硬脂酰胺按重量比2:1组成。所述无机填料由云母粉、碳酸钙和滑石粉按重量比0.8：2.5：1组成。所述无机填料的粒径为30-60nm。
进一步的，所述增效助剂的制备方法包括如下步骤：
A1、按重量份计，将纳米氧化锌12份、改性石墨烯9份、偶联剂5份加入聚乙二醇75份中，搅拌混合均匀后，制得混合物A1；
A2、将混合物A1在85℃搅拌，保温150min，然后加入竹粉9份、聚乳酸12 份，进行超声分散,然后离心洗涤，烘干，制得增效助剂。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
上述的环保增强PC/ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将各原料按比例混合后，得到混合物；
(2)、将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，得到PC/ABS复合材料。
进一步的，所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的各区温度分别为：一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为235℃，四区温度为235℃，五区温度为245℃，六区温度为245℃，七区温度为255℃，八区温度为255℃，九区温度为245℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400r/min。
实施例2
本实施例中，一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：PC 50份、ABS 12 份、三元乙丙橡胶5份、抗氧剂0.2份、润滑剂0.2份、无机填料6份、改性硅藻土3份、增效助剂8份。
进一步的，所述相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯按照重量比1:1组成。所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT按重量比 1.4:0.5:1组成。
进一步的，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取硅藻土20份、N,N-二甲基甲酰胺30份、羟甲基纤维素3份、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷2份，均匀混合，在60℃温度下保温120min，即得改性硅藻土。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸钙和乙烯基双硬脂酰胺按重量比2:1组成。所述无机填料由云母粉、碳酸钙和滑石粉按重量比0.6：2：1组成。
进一步的，所述增效助剂的制备方法包括如下步骤：
A1、按重量份计，将纳米氧化锌10份、改性石墨烯8份、偶联剂4份加入聚乙二醇70份中，搅拌混合均匀后，制得混合物A1；
A2、将混合物A1在80℃搅拌，保温180min，然后加入竹粉7份、聚乳酸11 份，进行超声分散,然后离心洗涤，烘干，制得增效助剂。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-560。
上述的环保增强PC/ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将各原料按比例混合后，得到混合物；
(2)、将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，得到PC/ABS复合材料。
进一步的，所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的各区温度分别为：一区温度为200℃，二区温度为210℃，三区温度为230℃，四区温度为230℃，五区温度为240℃，六区温度为240℃，七区温度为250℃，八区温度为250℃，九区温度为240℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500r/min。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
本实施例中，一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：PC 60份、ABS 18 份、三元乙丙橡胶9份、抗氧剂0.7份、润滑剂0.5份、无机填料10份、改性硅藻土7份、增效助剂15份。
进一步的，所述相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯按照重量比1.5:1组成。所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT按重量比2:0.9:1组成。
进一步的，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取硅藻土25份、N,N-二甲基甲酰胺36份、羟甲基纤维素5份、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷4份，均匀混合，在70℃温度下保温60min，即得改性硅藻土。
进一步的，所述无机填料由云母粉、碳酸钙和滑石粉按重量比1.2：3：1 组成。
进一步的，所述增效助剂的制备方法包括如下步骤：
A1、按重量份计，将纳米氧化锌15份、改性石墨烯12份、偶联剂7份加入聚乙二醇80份中，搅拌混合均匀后，制得混合物A1；
A2、将混合物A1在90℃搅拌，保温120min，然后加入竹粉11份、聚乳酸15 份，进行超声分散,然后离心洗涤，烘干，制得增效助剂。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。
本发明还提供一种上述的环保增强PC/ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将各原料按比例混合后，得到混合物；
(2)、将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，得到PC/ABS复合材料。
进一步的，所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的各区温度分别为：一区温度为220℃，二区温度为230℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为250℃，六区温度为250℃，七区温度为260℃，八区温度为260℃，九区温度为250℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500r/min。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
本实施例中，一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：一种环保增强PC/ABS复合材料，包括如下重量份的原料：PC 52份、ABS 14 份、三元乙丙橡胶6份、抗氧剂0.4份、润滑剂0.3份、无机填料7份、改性硅藻土4份、增效助剂11份。
进一步的，所述相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯按照重量比1.3:1组成。所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT按重量比1.8:0.6:1组成。
进一步的，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取硅藻土23份、N,N-二甲基甲酰胺31份、羟甲基纤维素3.5份、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷2.5份，均匀混合，在65℃温度下保温80min，即得改性硅藻土。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸锌、油酸酰胺和聚乙烯蜡和按重量比1:1:2 组成。所述无机填料由云母粉、碳酸钙和滑石粉按重量比1：2.5：1组成。
进一步的，所述增效助剂的制备方法包括如下步骤：
A1、按重量份计，将纳米氧化锌13份、改性石墨烯9份、偶联剂6份加入聚乙二醇74份中，搅拌混合均匀后，制得混合物A1；
A2、将混合物A1在85℃搅拌，保温150min，然后加入竹粉8份、聚乳酸12 份，进行超声分散,然后离心洗涤，烘干，制得增效助剂。
本实施例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：本实施例不包括增效助剂的制备方法；本实施例将组成实施例1中增效助剂的原料，纳米氧化锌、改性石墨烯、偶联剂、聚乙二醇、竹粉、聚乳酸等与PC/ABS复合材料中的其他各原料混合，纳米氧化锌、偶联剂、聚乙二醇、竹粉、聚乳酸的添加量与实施例1中环保增强PC/ABS 复合材料的添加量相同；采用等量的硅藻土替换改性硅藻土。
本对比例中，环保增强PC/ABS复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)、将纳米氧化锌、改性石墨烯、偶联剂、聚乙二醇、竹粉、聚乳酸与 PC/ABS复合材料中的其他各原料按比例混合后，得到混合物；
(2)、将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，得到PC/ABS复合材料。
本对比例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中不含改性硅藻土和三元乙丙橡胶，三元乙丙橡胶替换成PC和ABS，增效助剂中采用石墨烯替代改性石墨烯，增效助剂中不含有纳米氧化锌；替换后PC和ABS的比例与实施例1相同，环保增强PC/ABS复合材料的其余材料与PC的重量比与实施例1相同，
对实施例1-4和对比例1-2的环保增强PC PC/ABS复合材料进行性能测试：拉伸强度测试按GB/T 1040.2-2006，测试速度：50mm/min；弯曲强度测按GB/T 9341-2008；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-2008测定，测试环境为23℃；TVOC 按HJ/T 400-2007测定；紫外老化按照ASTM G154-2006测试。
紫外处理前和紫外处理后的弯曲强度测试结果如下表所示：
紫外处理前和紫外处理后的拉伸强度测试结果如下表所示：
悬臂梁缺口冲击强度(23℃)和的测定寄过如下：
综上所述，本发明实施例1-4制得的ABS/PC复合材料具有优异的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度，且具有耐紫外性强、气味低，VOC挥发低，环保等优点。本发明PC/ABS复合材料的制备方法简单高效，操作控制方便，有利于大规模生产。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种环保增强PC、ABS复合材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
PC 50-60份
ABS 12-18份
三元乙丙橡胶 5-9份
抗氧剂 0.2-0.7份
润滑剂 0.2-0.5份
无机填料 6-10份
改性硅藻土 3-7份
增效助剂 8-15份。
2.根据权利要求1所述的一种环保增强PC、ABS复合材料，其特征在于：所述相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种环保增强PC、ABS复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂BHT中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种环保增强PC、ABS复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、油酸酰胺、聚乙烯蜡和乙烯基双硬脂酰胺、中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种环保增强PC、ABS复合材料，其特征在于：所述无机填料为云母粉、碳酸钙和滑石粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种环保增强PC、ABS复合材料，其特征在于：所述无机填料的粒径为30-60nm。
7.根据权利要求1所述的一种环保增强PC、ABS复合材料，其特征在于：所述增效助剂的制备方法包括如下步骤：
A1、按重量份计，将纳米氧化锌10-15份、改性石墨烯8-12份、偶联剂4-7份加入聚乙二醇60-70份中，搅拌混合均匀后，制得混合物A1；
A2、将混合物A1在80-90℃搅拌，保温120-180min，然后加入竹粉7-11份、、聚乳酸11-15份，进行超声分散,然后离心洗涤，烘干，制得增效助剂。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的环保增强PC、ABS复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、将各原料按比例混合后，得到混合物；
（2）、将步骤（1）得到的混合物加入到双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，得到PC/ABS复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种环保增强PC、ABS复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，双螺杆挤出机的各区温度分别为：一区温度为200-220℃，二区温度为210-230℃，三区温度为230-240℃，四区温度为230-240℃，五区温度为240-250℃，六区温度为240-250℃，七区温度为250-260℃，八区温度为250-260℃，九区温度为240-250℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500r/min。
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