CN112759888B - 一种低温抗冲的增强axs/pbat合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温抗冲的增强AXS/PBAT合金及其制备方法和应用。该一种低温抗冲的增强AXS/PBAT合金,包括如下重量份的组分:AXS树脂35~70份,PBAT树脂15~45份,麻纤维5~30份,相容剂0.5~10份,偶联剂0.5~5份,润滑剂0.5~5份,其他助剂0.1~5份;所述麻纤维经过溶剂表面处理,所述溶剂为碱液、亚氯酸钠溶液、丙烯酸溶液或苯甲酰氯溶液中一种。通过AXS树脂、PBAT树脂、麻纤维及其他组分的协同增效作用,在保持AXS/PBAT合金良好刚性的前提下,提高了低温抗冲击性能。AXS/PBAT合金在‑20℃环境中可承受质量1KG的钢球冲击下未产生裂痕的最高高度≥1.25m。并且,本发明的AXS/PBAT合金采用可降解的PBAT树脂和麻纤维,具有良好的可生物降解性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域,更具体的,涉及一种低温抗冲的增强AXS/PBAT合金及其制备方法和应用。
背景技术
苯乙烯基树脂(AXS树脂,包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-氯化聚乙稀-苯乙烯共聚物、丙烯腈-EPDM橡胶-苯乙烯共聚物)是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑性高分子材料。聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT树脂)是一种具有高韧性的可生物降解树脂。在AXS树脂中添加部分PBAT树脂,配合相容剂,制得的AXS/PBAT合金具有优异的韧性和流动性,且具有良好的外观光泽。
为了提高AXS/PBAT合金的刚性及尺寸稳定性,通常对AXS/PBAT合金进行无机纤维增强改性。但有报道指出,合金材料通过无机纤维如玻璃纤维或碳纤维增强改性后,虽然合金的尺寸稳定性、刚性等都大幅提升,但是材料的低温抗冲性能相比于未增强的AXS/PBAT合金有所下降,材料的可降解性也受到严重的影响。
中国专利申请CN111117185A公开了一种高抗冲玻纤增强PC/ABS合金材料,针对玻纤组分的引入使材料抗冲击韧性明显下降的难题,选用增韧剂RX2700和S-2001以提高玻纤增强PC/ABS合金的冲击性能。但该合金材料并非AXS/PBAT合金,且增韧剂S-2001为特殊的核-壳结构,成本较高。同时,现有技术中只关注了材料初期的力学性能的稳定和提高,没有涉及材料的低温特性,而一般的制件在低温过程中也有强度要求,家电制件、电动工具和包装制品在低温条件下有跌落和冲击要求。
因此,需要开发出一种具有良好低温抗冲的增强AXS/PBAT合金。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的低温抗冲性能差的缺陷,提供一种增强AXS/PBAT合金,该增强AXS/PBAT合金具有良好的低温抗冲性能。
本发明的另一目的在于提供上述增强AXS/PBAT合金的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述增强AXS/PBAT合金的应用。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种低温抗冲的增强AXS/PBAT合金,包括如下重量份的组分:
苯乙烯基树脂(AXS树脂)35~70份,
聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT树脂)15~45份,
麻纤维5~30份,
相容剂0.5~10份,
偶联剂0.5~5份,
润滑剂0.5~5份,
其他助剂0.1~5份;
所述麻纤维经过溶剂表面处理,
所述溶剂为碱液、亚氯酸钠溶液、丙烯酸溶液或苯甲酰氯溶液中一种。
麻纤维表面处理的方法为:将麻纤维在碱液、亚氯酸钠溶液、丙烯酸溶液或苯甲酰氯溶液中的一种浸泡处理后,采用水洗至中性并烘干。
发明人研究发现,在AXS/PBAT体系中,通过添加麻纤维作为增强填料,替代现有技术中常用的玻璃纤维或碳纤维,可在有效提高AXS/PBAT合金的低温抗冲性能。
麻纤维是指从各类麻类植物中取得的纤维,大部分属于韧皮纤维,具有可降解、脆化温度低、富有弹力和吸能的特性。发明人研究发现,作为增强填料,相比于常用的无机纤维,如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维及玄武岩纤维,麻纤维作为有机纤维,在断裂伸长率和弹性回复能力方面的性能显著更优。
经过适当工艺处理的麻纤维,其表面的不利于和聚合物形成良好界面的基团和物质被去除,赋予麻纤维和AXS/PBAT间良好的相容性;同时麻纤维表面粗糙度增加,导致纤维和AXS/PBAT基体之间实现更好的互锁,麻纤维和聚合物之间相容性进一步提升,界面强度大幅提高。
使用麻纤维增强的AXS/PBAT合金,在受到外界作用力时,载荷能有效的通过界面传递给麻纤维,麻纤维能更好的吸收外界能量,消耗能量的同时,终止材料裂纹的扩展,特别是在低温下,麻纤维和AXS/PBAT基体树脂之间互锁结构及麻纤维自身的形变有利于消耗外界的作用力,从而导致增强AXS/PBAT合金抗冲性能的提升。
优选地,所述麻纤维的直径为6~50μm。
发明人研究发现,麻纤维的直径对增强AXS/PBAT合金的低温抗冲性能有显著影响。当麻纤维的直径过小,麻纤维不易分散均匀,易形成应力集中点,影响合金的抗冲性能;当麻纤维的直径过大,相应的,比表面积降低,合金受到外部冲击时,对能量的耗散较弱。综合考虑,麻纤维的直径为6~50μm时,增强AXS/PBAT合金的抗冲性能更优。
更优选地,所述麻纤维的直径为6~20μm。。
优选地,所述麻纤维为苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、汉麻纤维、苘麻纤维、黄麻纤维或焦麻纤维中的一种或几种。
更优选地,所述麻纤维更优选为亚麻纤维。
亚麻纤维的直径小,木质素含量低,可分离为单纤维,对于本发明的AXS/PBAT合金的增强效果最优。
优选地,所述麻纤维经过碱液表面处理。
优选地,所述AXS树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、丙烯腈-氯化聚乙稀-苯乙烯共聚物(ACS树脂)或丙烯腈-EPDM橡胶-苯乙烯共聚物(AES树脂)中的一种或几种。
优选地,所述PBAT树脂的熔体流动速率按照ISO 1133-2011标准,在温度为190℃,负荷为2.16Kg条件下为3~15g/10min。
熔体流动速率高于15g/10min或低于3g/10min,AXS/PBAT合金加工过程中AXS树脂与PBAT树脂粘度不匹配,相态结构不稳定,综合力学性能较差。
优选地,所述相容剂为SMA、AS-g-MAH、苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或几种。
更优选地,所述相容剂为AS-g-MAH。
优选地,所述偶联剂为硅烷偶联剂、配位体型钛酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的一种或几种。
更优选地,所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选地,所述润滑剂为脂肪酸盐、脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸盐、硅酮、N,N'-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
优选地,所述其他助剂为抗氧剂、热稳定剂或耐候剂中的一种或几种。
优选地,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸脂类抗氧剂。
可选的,所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季茂四醇脂和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物。
优选地,所述热稳定剂为硫醇甲基锡、丁基锡、钙锌稳定剂、马来酸甲基锡中的一种或几种。
优选地,所述耐候剂为受阻胺类光稳定剂和/或苯并三唑类紫外光吸收剂。可选的,所述耐候剂为光稳定剂770、紫外光吸收剂234。
本发明还保护上述AXS/PBAT合金的制备方法,包括如下步骤:
将AXS树脂、PBAT树脂、相容剂、偶联剂、润滑剂、其他助剂混合后加至挤出机的主喂料口,将麻纤维加至挤出机的第一排气孔或侧喂料口,经熔融造粒,得到所述低温抗冲的增强AXS/PBAT合金。
优选地,所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选地,所述双螺杆挤出机的喂料转速为200~350rpm;双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区120~160℃,二区170~210℃,三区170~210℃,四区170~210℃,五区170~210℃,口模温度190~230℃,主机转速100~500r/min,真空度≤0.1MPa。
本发明还保护上述AXS/PBAT合金在制备家电制件、电动工具或包装制品中的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明开发了一种具有良好低温抗冲击性能的AXS/PBAT合金。通过AXS树脂、PBAT树脂、麻纤维及其他组分的协同增效作用,在保持AXS/PBAT合金良好刚性的前提下,提高了低温抗冲击性能。AXS/PBAT合金在-20℃环境中可承受质量1KG的钢球冲击下未产生裂痕的最高高度≥1.25m。并且,本发明的AXS/PBAT合金采用可降解的PBAT树脂和麻纤维,具有良好的可生物降解性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到:
实施例1~22
实施例1~22的AXS/PBAT合金中各组分的含量如表1所示。
其制备方法为:
根据表1将AXS树脂、PBAT树脂、相容剂、偶联剂、润滑剂、其他助剂混合后加至双螺杆挤出机的主喂料口,将麻纤维加至双螺杆挤出机的侧喂料口,经熔融造粒,得到低温抗冲的增强AXS/PBAT合金。
双螺杆挤出机的喂料转速为200~350rpm;双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区120~160℃,二区170~210℃,三区170~210℃,四区170~210℃,五区170~210℃,口模温度190~230℃,主机转速100~500r/min,真空度≤0.1MPa。
表1实施例1~22的AXS/PBAT合金的组分含量(重量份)
对比例1~6
对比例1~6的AXS/PBAT合金中各组分的含量如表2所示。
其制备方法为:
根据表2将AXS树脂、PBAT树脂、相容剂、偶联剂、润滑剂、其他助剂混合后加至双螺杆挤出机的主喂料口,将麻纤维加至双螺杆挤出机的侧喂料口,经熔融造粒,得到AXS/PBAT合金。
双螺杆挤出机的喂料转速为200~350rpm;双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区120~160℃,二区170~210℃,三区170~210℃,四区170~210℃,五区170~210℃,口模温度190~230℃,主机转速100~500r/min,真空度≤0.1MPa。
表2对比例1~6的AXS/PBAT合金的组分含量(重量份)
性能测试
对上述实施例及对比例制备的AXS/PBAT合金进行性能测试。
具体测试方法如下:
低温缺口冲击强度:将AXS/PBAT合金注塑成型为ISO标准缺口冲击测试用样条,注塑温度设定为190-200-210-210℃,样条在-20℃环境下放置24小时后,按照ISO180-2019,测试其缺口冲击强度,单位为KJ/m2。
低温落球冲击高度:将AXS/PBAT合金注塑成型为2.0mm×100mm×100mm的方板,注塑温度设定为190-200-210-210℃,方板在-20℃环境下放置24小时后,将质量为1KG的钢球从不同高度落下,记录方板在承受钢球冲击下未产生裂痕的最高高度,即为低温落球冲击高度,单位为m。
实施例1~22的测试结果见表3;对比例1~6的测试结果见表4。
表3实施例1~20性能测试结果
根据表3的测试结果,本发明各实施例的AXS/PBAT合金在-20℃环境下,低温缺口冲击强度≥10KJ/m2,低温落球冲击高度≥1.25m。
由实施例1~4可以看出,经碱液表面处理的麻纤维能为AXS/PBAT合金带来更优的低温韧性。由实施例1、实施例5~6,麻纤维的直径为6~20μm时,AXS/PBAT合金的在-20℃下缺口冲击强度更高,落球冲击高度更大。由实施例1、实施例7~8,麻纤维中优选亚麻纤维,亚麻纤维对AXS/PBAT合金的低温韧性增强效果更好。
由实施例1、实施例11~13,PBAT树脂的熔体流动速率在190℃,2.16Kg条件下3~15g/10min,AXS树脂为ABS树脂、ACS树脂或AES树脂时,AXS/PBAT合金均能具有良好的低温韧性。
表4对比例1~6的测试结果
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
低温缺口冲击强度 | 6.5 | 6.1 | 5.9 | 5.1 | 9.5 | 8.6 |
低温落球冲击高度 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.5 | 1 | 0.9 |
对比例1的AXS/PBAT合金不含麻纤维,而是使用玻璃纤维增强,对比例2是使用碳纤维增强,对比例1~2制得的AXS/PBAT合金均低温韧性较差,-20℃下低温缺口冲击强度≤7KJ/m2,低温落球冲击高度≤0.6m。对比例3中麻纤维未经表面处理,无法对AXS/PBAT合金的低温韧性有效增强,合金的低温缺口冲击强度仅为5.9KJ/m2,低温落球冲击高度为0.6m。
对比例4中不含PBAT树脂,对比例5~6中麻纤维含量过少或过多,AXS/PBAT合金的低温韧性均较差,难以达到实际要求。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低温抗冲的增强AXS/PBAT合金,其特征在于,包括如下重量份的组分:
AXS树脂35~70份,PBAT树脂15~45份,麻纤维5~30份,相容剂0.5~10份,偶联剂0.5~5份,润滑剂0.5~5份,其他助剂0.1~5份;
所述麻纤维为亚麻纤维,麻纤维的直径为6~20μm;
所述麻纤维经过溶剂表面处理,
所述溶剂为碱液、亚氯酸钠溶液、丙烯酸溶液或苯甲酰氯溶液中一种。
2.根据权利要求1所述增强AXS/PBAT合金,其特征在于,所述麻纤维经过碱液表面处理。
3.根据权利要求1所述增强AXS/PBAT合金,其特征在于,所述AXS树脂为ABS树脂、ACS树脂或AES树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述增强AXS/PBAT合金,其特征在于,所述PBAT树脂的熔体流动速率为190℃,2.16Kg条件下3~15g/10min。
5.权利要求1~4任一项所述增强AXS/PBAT合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将AXS树脂、PBAT树脂、相容剂、偶联剂、润滑剂、其他助剂混合后加至挤出机的主喂料口,将麻纤维加至挤出机的第一排气孔或侧喂料口,经熔融造粒,得到所述低温抗冲的增强AXS/PBAT合金。
6.权利要求1~4任一项所述增强AXS/PBAT合金在制备家电制件、电动工具或包装制品中的应用。
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