CN112812531B - 一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用，按重量份计，包括组分：聚碳酸酯100份；马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯15份~35份；马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯1.5份~7份；碳纳米管3份~15份；所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯中，马来酸酐的接枝率为0.2wt%~0.93wt%。本发明通过采用特定接枝率的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯与马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯，能够促进碳纳米管在聚碳酸酯树脂基体中的分散，制得聚碳酸酯组合物具有良好的抗静电性能和优异的抗冲击性能。

Description

一种聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯复合材料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，为了解决这个问题，要求其包装运输的器具晶圆盒具有良好的抗静电功能，保护晶圆在运输盒储存中免受静电破坏和积聚灰尘。
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的表面电阻较高，抗静电性能差；需要对PC进行抗静电改性，以达到晶圆盒的使用要求。中国专利申请CN110551378A公开了无卤阻燃PC/碳纳米管导电材料及其产品，通过添加4%的碳纳米管，来降低材料的电阻率；但是，碳纳米管在PC中的分散性差，会影响材料的力学性能，尤其是材料的冲击性能。
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聚碳酸酯复合材料，具有良好的抗静电性能，且力学性能优。
本发明的另一目的在于提供上述聚碳酸酯复合材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种聚碳酸酯复合材料，按重量份计，包括以下组分：
聚碳酸酯 100份；
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯 15份~35份；
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯 1.5份~7份；
碳纳米管 3份~15份；
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0.2wt%~0.93wt%。
本发明的目的是提高碳纳米管在聚碳酸酯树脂基体中的分散性，因此对于聚碳酸酯的规格和参数没有特别的限定。经试验，本发明对于重均分子量为14000~35000聚碳酸酯具有良好的技术效果；优选的，一般的用于晶圆盒的聚碳酸酯的重均分子量为18000~22000。
所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的重均分子量为100万~200万；所述的马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯的重均分子量为1500~5000。本发明通过采用特定接枝率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，马来酸酐易与碳纳米管表面的羧基、羟基等极性基团发生反应，提高了碳纳米管与超高分子量聚乙烯和超低分子量聚乙烯的相容性；由于超低分子量聚乙烯的分子量非常小，分子链段运动能力非常强，可以很好的浸润碳纳米管，打开相互缠结的碳纳米管；而马来酸酐接枝使超高分子量聚乙烯与聚碳酸酯具有很好的相容性，超高分子量聚乙烯在聚碳酸酯中的分散相达到了亚微米级。由于碳纳米管与马来酸酐接枝的超高分子量聚乙烯具有良好的亲和性，分散在聚碳酸酯中的超高分子量聚乙烯对碳纳米管起到锚定作用，阻止碳纳米管的再次积聚，进而促进碳纳米管在聚碳酸酯树脂基体中的分散。
本发明的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯可采用过氧化物（过氧化二异丙苯DCP）、马来酸酐与超高分子量聚乙烯熔融接枝制得；马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯可采用过氧化物（过氧化二异丙苯DCP）、马来酸酐与超低分子量聚乙烯熔融接枝制得；通过调节DCP、马来酸酐含量和熔融接枝工艺来控制接枝率。
优选的，本发明所述的碳纳米管选自阵列型的多壁碳纳米管、阵列型的单壁碳纳米管、阵列型的双壁碳纳米管中的至少一种。阵列型的碳纳米管具有良好的导电性和分散性，更易于在聚碳酸酯材料中实现分散，提升材料的导电性；更优选的，所述的碳纳米管选自阵列型的多壁碳纳米管。
根据材料性能需求，本发明所述的聚碳酸酯复合材料，按重量份计，还包括0~1份的助剂；所述助剂选自抗氧剂或润滑剂中的至少一种；所述的抗氧剂选自抗四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三（ 2.4-二叔丁级苯级）亚磷酸酯或N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的任意一种或几种；所述的润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、硅酮、芥酸酰胺或乙撑双硬脂酰中的任意一种或几种。
本发明还提供了上述聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按照配比称量马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯、碳纳米管混合均匀后加入双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机挤出，得到母粒；再将母粒与聚碳酸酯混合均匀，通过双螺杆挤出机在260℃～290℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯复合材料。
本发明还提供了上述聚碳酸酯复合材料的应用，可用于制备晶圆盒。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的聚碳酸酯复合材料包括组分：聚碳酸酯、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯、碳纳米管，通过采用特定接枝率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，可以使碳纳米管在聚碳酸酯树脂基体中能够很好的分散，实现良好抗静电性能的同时，具有优异的抗冲击性能。
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。
现对实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：
聚碳酸酯1：PC H-2000F，重均分子量为18000；
聚碳酸酯2：PC S-2000F，重均分子量为22000；
聚碳酸酯3：PC H-3000F，重均分子量为15000；
聚碳酸酯4：PC E-1000F，重均分子量为25000；
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯1：马来酸酐接枝率0.05wt%；
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯2：马来酸酐接枝率0.5wt%；
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯3：马来酸酐接枝率0.8wt%；
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯1：马来酸酐接枝率0.05wt%；
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯2：马来酸酐接枝率0.5wt%；
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯3：马来酸酐接枝率0.8wt%；
碳纳米管1：阵列型的多壁碳纳米管，市售；
碳纳米管2：普通碳纳米管，市售；
抗氧剂：抗氧剂 1010，市售；
润滑剂：季戊四醇硬脂酸酯，市售。
实施例和对比例的聚碳酸酯复合材料的制备方法：按照表1配比称量马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯、碳纳米管混合均匀后加入双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机挤出，得到母粒；再将母粒与聚碳酸酯混合均匀，通过双螺杆挤出机在260℃～290℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯复合材料。
相关性能测试标准：
悬臂梁缺口冲击强度：ISO 180-2000；
表面电阻率：ASTM D 257-2014。
表1：实施例1~8和对比例1~6中各组分的具体配比（重量份）及各性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
聚碳酸酯1 100 100 100
聚碳酸酯2 100 100
聚碳酸酯3 100
聚碳酸酯4 100 100
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯1
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯2 20 15 20 20 20 28
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯3 20 25
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯1
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯2 5 5 5 5 5 6
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯3 5 5
碳纳米管1 3 3 3 3 3 3 5 4
碳纳米管2
抗氧剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 / /
润滑剂 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 / /
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup> 43 45 39 42 41 44 40 37
表面电阻率/Ω 10<sup>3</sup> 10<sup>3</sup> 10<sup>3-4</sup> 10<sup>3</sup> 10<sup>3</sup> 10<sup>3</sup> 10<sup>2</sup> 10<sup>2-3</sup>
接表1：
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6
聚碳酸酯1 100 100 100 100 100 100
聚碳酸酯2
聚碳酸酯3
聚碳酸酯4
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯1 20
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯2 20 20 / 20
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯3
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯1 5
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯2 5 / 5 5
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯3
碳纳米管1 3 3 3 3
碳纳米管2 3
抗氧剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
润滑剂 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup> 23 18 27 13 30 9
表面电阻率/Ω 10<sup>5</sup> 10<sup>4</sup> 10<sup>4-5</sup> 10<sup>5-6</sup> 10<sup>15</sup> 10<sup>6-7</sup>
由上述实施例和对比例看出，本发明通过添加特定接枝率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，可以使碳纳米管在聚碳酸酯树脂基体中能够很好的分散，制得的PC复合材料在实现良好抗静电性能的同时，提高材料的抗冲击性能。
对比例1与实施例1比较，采用普通碳纳米管，分散性差，材料的冲击强度低、表面电阻率较高。对比例2与实施例1比较，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的接枝率过低，对碳纳米管的分散效果差，材料的冲击强度低；对比例3/4与实施例1比较，单独添加马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯或单独添加马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯，碳纳米管在聚碳酸酯树脂基体中很好的分散，材料的冲击强度低，且表面电阻率较高；由对比例5/6与实施例1比较可看出，不添加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，碳纳米管在聚碳酸酯树脂基体中的分散性差，并不能很好的改善材料的抗静电性能，且材料的冲击强度低。

Claims (7)

1.一种聚碳酸酯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
聚碳酸酯 100份；
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯 15份~35份；
马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯 1.5份~7份；
碳纳米管 3份~15份；
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0.2wt%~0.93wt%；
所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的重均分子量为100万~200万；
所述的马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯的重均分子量为1500~5000；
所述的碳纳米管选自阵列型的多壁碳纳米管、阵列型的单壁碳纳米管、阵列型的双壁碳纳米管中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯的重均分子量为14000~35000。
3.根据权利要求2所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯重均分子量为18000~22000。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管选自阵列型的多壁碳纳米管。
5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，按重量份计，还包括0~1份的助剂；所述助剂选自抗氧剂或润滑剂中的至少一种。
6.根据权利要求1~5任一项所述的聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配比称量马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯、马来酸酐接枝超低分子量聚乙烯、碳纳米管混合均匀后加入双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机挤出，得到母粒；再将母粒与聚碳酸酯混合均匀，通过双螺杆挤出机在260℃～290℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，得到聚碳酸酯复合材料。
7.根据权利要求1~5任一项所述的聚碳酸酯复合材料的应用，其特征在于，用于制备晶圆盒。
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