CN112778735A - 一种新型pc耐磨剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型PC耐磨剂及其制备方法和应用，按重量百分比计，包括75wt%~85wt%的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯和15wt%~25wt%的马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯。本发明通马来酸酐接枝特定量的超高分子量聚乙烯与超低分子量聚乙烯，并控制马来酸酐接枝率，制得的新型PC耐磨剂，与聚碳酸酯树脂具有很好的相容性，能够显著改善聚碳酸酯材料的耐磨性能，同时有效降低材料的磨耗。
Description
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种新型PC耐磨剂及其制备方法和应用。
背景技术
晶圆是制造半导体器件的基础性原材料，随着半导体行业的发展，半导体的精度和精密性越来越高，在搬运和储存过程中极易受到损伤，故对于其包装运输的器具晶圆盒也有更高的要求。耐磨性差的材料在运输和装卸过程中由于相对滑动容易产生大量粉末，会使晶圆受到粉尘污染，因此，要求用于晶圆盒的材料需具有良好的耐磨性，防止运输和装卸过程产生粉末污染晶圆。
PC（聚碳酸酯）综合性能优异，其机械强度高，耐冲击性能好，尺寸精度高，被广泛应用于半导体封装行业，其中最重要的产品就是晶圆盒。但是PC的缺点是耐磨性差，磨耗高；要达到晶圆盒的使用要求，需对PC进行耐磨改性。现有技术有通过加入含氟聚合物，如乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)，作为耐磨改性剂提高PC材料的耐磨性，中国专利申请CN10804767A公开了一种高耐磨高强度聚碳酸酯复合材料，通过在PC树脂中加入含氟聚合物微粉蜡，降低材料的摩擦系数和磨损率，但含氟聚合物的价格较高，而一般需有较大的添加量才对耐磨性有改善效果，使得材料成本高；且由于含氟聚合物为非极性，与极性树脂的相容性比较差，在一定程度上可以改善材料的耐磨性，但是无法降低材料的磨耗。目前还没有能够很好改善PC材料的耐磨改性剂。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新型PC耐磨剂，与聚碳酸酯树脂具有很好的相容性，能够显著改善聚碳酸酯材料的耐磨性能，同时有效降低材料的磨耗。
本发明的另一目的在于提供上述新型PC耐磨剂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种新型PC耐磨剂，按重量百分比计，包括75%~85%的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯和15%~25%的马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯。
所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯和马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯中，马来酸酐的接枝率为0.6wt%~1.2wt%。
超高分子量聚乙烯由于分子量高，具有良好的耐磨性，但是其流动性非常差，高温下也很难呈现出粘流态，因此难以用常规的设备进行加工；而超低分子量聚乙烯由于分子量低，流动性好。超高分子量聚乙烯和超低分子量聚乙烯同属聚乙烯具有非常好的相容性，两者混合后，超高分子量聚乙烯提供耐磨性，超低分子量聚乙烯改善流动性，通过控制两者的相对比例，使得耐磨剂同时具有良好的耐磨性和流动性。通过马来酸酐接枝，能够很好的提高超高分子量聚乙烯与聚碳酸酯树脂的相容性；马来酸酐接枝率越高，耐磨剂与聚碳酸酯的相容性越好，有利于提高材料的耐磨性和降低材料的磨耗；但是当接枝率高于一定值后，其相容性不会进一步提高，相应其耐磨性也不会进一步提高。
本发明所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯中，超高分子量聚乙烯的重均分子量为100万~200万；在该分子量范围的超高分子量聚乙烯既有一定的流动性，又有很好的耐磨性。分子量过高，流动性太差，无法通过双螺杆进行挤出加工；分子量过低，耐磨性不够。优选的，所述的超高分子量聚乙烯的重均分子量为120万~160万。
本发明所述的以马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯中，超低分子量聚乙烯的重均分子量为1500~5000；本发明要求分子量范围内的超低分子量聚乙烯具有良好的流动性，且对PC材料的力学性能影响较小。分子量太高，无法改善超高分子量聚乙烯的加工性；分子量太低，会降低PC材料的力学性能。优选的，所述的超低分子量聚乙烯的重均分子量为2000~3500。
本发明还提供了上述新型PC耐磨剂的制备方法，包括以下步骤：
将73.5wt%~84.5wt%超高分子量聚乙烯、14.5wt%~24.5wt%超低分子量聚乙烯、0.6wt%~1.6wt%马来酸酐和0.2wt%~0.5wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在温度150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂；
其中，各原料的重量百分比之和为100wt%。
可以通过马来酸酐和过氧化二异丙苯的用量来调整该耐磨剂的马来酸酐接枝率。
本发明还提供了一种低磨耗聚碳酸酯复合材料，按重量份数计，包括聚碳酸酯100份；新型PC耐磨剂10~20份。
所述的低磨耗聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按照配比，将聚碳酸酯、新型PC耐磨剂通过双螺杆挤出机在温度260℃～290℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，得到低磨耗聚碳酸酯复合材料。
本发明还提供了上述的低磨耗聚碳酸酯复合材料的应用，具体可用于高精度半导体的封装。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的新型PC耐磨剂，通过马来酸酐接枝特定量的超高分子量聚乙烯与超低分子量聚乙烯，并控制马来酸酐接枝率，与聚碳酸酯树脂具有很好的相容性，能够显著改善聚碳酸酯材料的耐磨性能，同时有效低降低材料的磨耗。
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。
实施例1：
将78.6wt%超高分子量的聚乙烯（重均分子量为145万）、20.0wt%超低分子量聚乙烯（重均分子量为3000）、1.0wt%马来酸酐和0.4wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂1，其中，马来酸酐接枝超高分子量的聚乙烯和马来酸酐接枝率超低分子量的聚乙烯的马来酸酐接枝率为0.76wt%。
实施例2：
将83.6wt%超高分子量的聚乙烯（重均分子量为145万）、15.0wt%超低分子量聚乙烯（重均分子量为3000）、1.0wt%马来酸酐和0.4wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂2，其中，马来酸酐接枝超高分子量的聚乙烯和马来酸酐接枝率超低分子量的聚乙烯的马来酸酐接枝率为0.76wt%。
实施例3：
将78.1wt%超高分子量的聚乙烯（重均分子量为145万）、20.0wt%超低分子量聚乙烯（重均分子量为3000）、1.4wt%马来酸酐和 0.5wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂3，其中，马来酸酐接枝超高分子量的聚乙烯和马来酸酐接枝率超低分子量的聚乙烯的马来酸酐接枝率为1.10wt%。
实施例4：
将78.1wt%超高分子量的聚乙烯（重均分子量为100万）、20.0wt%超低分子量聚乙烯（重均分子量为4000）、1.4wt%马来酸酐和0.5wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂4，其中，马来酸酐接枝超高分子量的聚乙烯和马来酸酐接枝率超低分子量的聚乙烯的马来酸酐接枝率为1.10wt%。
对比例1：
将88.4wt%超高分子量的聚乙烯（重均分子量为145万）、10.0wt%超低分子量聚乙烯（重均分子量为3000）、1.0wt%马来酸酐和0.4wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂5，其中，马来酸酐接枝超高分子量的聚乙烯和马来酸酐接枝率超低分子量的聚乙烯的马来酸酐接枝率为0.76wt%。
对比例2：
将63.6wt%超高分子量的聚乙烯（重均分子量为145万）、35.0wt%超低分子量聚乙烯（重均分子量为3000）、1.0wt%马来酸酐和0.4wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂6，其中，马来酸酐接枝超高分子量的聚乙烯和马来酸酐接枝率超低分子量的聚乙烯的马来酸酐接枝率为0.76wt%。
对比例3：
将78.9wt%超高分子量的聚乙烯（重均分子量为145万）、20wt%超低分子量聚乙烯（重均分子量为3000）、0.8wt%马来酸酐和0.3wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂7，其中，马来酸酐接枝超高分子量的聚乙烯和马来酸酐接枝率超低分子量的聚乙烯的马来酸酐接枝率为0.65wt%；
将上述实施例1~4和对比例1~3制得的新型PC耐磨剂添加到聚碳酸酯树脂中，制得聚碳酸酯复合材料，并进行耐磨性能测试，具体制备方法为：按照表1配比，将聚碳酸酯、新型PC耐磨剂通过双螺杆挤出机在温度260℃～290℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯复合材料。
表1：实施例1~5和对比例1~4的聚碳酸酯复合材料各组分配比（按重量份计）及相关性能测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | |
| 聚碳酸酯1 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 新型PC耐磨剂1 | 15 | 20 | |||||||
| 新型PC耐磨剂2 | 15 | ||||||||
| 新型PC耐磨剂3 | 15 | ||||||||
| 新型PC耐磨剂4 | 15 | ||||||||
| 新型PC耐磨剂5 | 15 | ||||||||
| 新型PC耐磨剂6 | 15 | ||||||||
| 新型PC耐磨剂7 | 15 | ||||||||
| 磨耗/mg | 17 | 16 | 17 | 19 | 16 | 27 | 31 | 29 | 360 |
由上述实施例看出，本发明的新型PC耐磨剂，能够显著改善聚碳酸酯材料的耐磨性能，有效低降低材料的磨耗。具体的，对比例1，马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯含量过高，反而会提高材料的磨耗；对比例2，马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯含量过低，材料的耐磨性能差，磨耗高；对比例3，马来酸酐接枝率过低，耐磨剂与聚碳酸酯树脂相容性差，对材料耐磨性能的改善效果较差，材料磨耗较高；对比例4，不添加本发明的新型PC耐磨剂，聚碳酸酯的磨耗达到360mg，说明本发明的新型PC耐磨剂，能够有效低降低聚碳酸酯材料的磨耗，提高材料的耐磨性能。
Claims (8)
1.一种新型PC耐磨剂，其特征在于，按重量百分比计，包括75wt%~85wt%的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯和15wt%~25wt%的马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的新型PC耐磨剂，其特征在于，所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯和马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯中，马来酸酐的接枝率为0.6wt%~1.2wt%。
3.根据权利要求1所述的新型PC耐磨剂，其特征在于，所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯中，超高分子量聚乙烯的重均分子量为100万~200万；优选的，所述的超高分子量聚乙烯的重均分子量为120万~160万。
4.根据权利要求1所述的新型PC耐磨剂，其特征在于，所述的以马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯中，超低分子量聚乙烯的重均分子量为1500~5000；优选的，所述的超低分子量聚乙烯的重均分子量为2000~3500。
5.根据权利要求1~4任一项所述的新型PC耐磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将73.5wt%~84.5wt%超高分子量聚乙烯、14.5wt%~24.5wt%超低分子量聚乙烯、0.6wt%~1.6wt%马来酸酐和0.2wt%~0.5wt%过氧化二异丙苯通过双螺杆挤出机在温度150℃～200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，制得新型PC耐磨剂；
其中，各原料的重量百分比之和为100wt%。
6.一种低磨耗聚碳酸酯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括聚碳酸酯100份；权利要求1~4任一项所述的新型PC耐磨剂10~20份。
7.根据权利要求6所述的低磨耗聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比，将聚碳酸酯、新型PC耐磨剂通过双螺杆挤出机在温度260℃～290℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，得到低磨耗聚碳酸酯复合材料。
8.根据权利要求6所述的低磨耗聚碳酸酯复合材料的应用，其特征在于，用于高精度半导体的封装。
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