CN112940477A - 耐刮擦耐uv阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物及其制备方法 - Google Patents

耐刮擦耐uv阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，包括聚碳酸酯100份，聚硅氧烷粉末0.3‑1份，耐候剂0‑0.5份，耐刮擦剂0.1‑0.4份以及抗氧剂0.1‑0.3份。所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯、硅氧烷共聚聚碳酸酯和苯甲酸酯共聚聚碳酸酯中的一种或几种的组合，其中有大于等于10质量份的聚碳酸酯为粉料，粉料是确保能够和其他原料进行充分的混合。上述组合物的制备方法，包括以下步骤：按照质量比分别称取上述所述各组分材料，然后经高混、熔融挤出、冷却、切粒后即可制得。本发明中，该聚碳酸酯聚组合物的生产方法简单有效，工艺复杂度低，对生产设备要求低，适合于各大中小企业使用，生产成本较低，市场前景好。

Description

耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于聚碳酸酯加工生产技术领域，具体为一种耐刮擦耐UV 阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯由于其优异的光学和力学性能，同时不用添加阻燃剂即可达到UL94 V2级别，长期以来被广泛应用于汽车，家电，照明，手机通讯等领域，通过对聚碳酸酯进行特殊改性或者与其他分子链进行共聚，使其具有更为优异的综合性能，甚至可应用于轨道交通、航空航天等领域。
聚碳酸酯透光率达到89％，仅次于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，同时长期使用温度可达120℃，是作为光扩散材料的良好基材。专利“CN 105542424 B”一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料及其制备方法公开了一种共聚有机硅氧烷微球、耐候剂等制备阻燃耐候光扩散聚碳酸酯复合材料的方法，该发明添加的耐候剂较多，对聚碳酸酯性能有影响，同时该发明复合材料不具备耐刮性能，仅可用于LED灯罩领域，对耐刮擦有要求的领域并不适用。专利“CN 108431115 B”包含UV稳定的聚碳酸酯的滥用性模塑的制品公开了使用酸稳定剂、热稳定性和UV吸收剂等制备UV稳定的聚碳酸酯的方法，该发明只涉及耐候处理，并不满足阻燃和耐刮擦等要求，应用范围较窄。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有聚碳酸酯不耐刮擦和UV照射的问题，提供一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，该组合物包括如下以质量计的组分：聚碳酸酯100份，聚硅氧烷粉末0.3-1份，耐候剂0-0.5份，耐刮擦剂0.1-0.4份以及抗氧剂0.1-0.3份。
其中，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯、硅氧烷共聚聚碳酸酯和苯甲酸酯共聚聚碳酸酯中的一种或几种的组合，其中有大于等于 10质量份的聚碳酸酯为粉料，粉料是确保能够和其他原料进行充分的混合。
其中，所述聚硅氧烷粉末为单分散SiO2纳米微球和八苯基环四硅氧烷按照质量比1:1的混合物，以保证阻燃效果和光扩散效果的平衡。
其中，所述耐候剂为苯并三氮唑，用于吸收光线中的紫外线部分，从而避免与材料进行化学氧化还原反应，使材料的颜色分子发生褪色现象。
其中，所述耐刮擦剂为氯化胆脂包覆的纳米无机盐。
其中，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂，在满足聚碳酸酯抗氧化的同时，在进行高混与挤出时同时充当辅助热稳定剂，改善聚合物的颜色以及加工热稳定性，同时亚磷酸酯自身有引入抗紫外老化以及 UV吸收性，因此在添加的耐候剂的基础上，进一步提升聚碳酸酯的抗老化抗紫外性能。
上述组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1：先制备由单分散SiO2纳米微球和八苯基环四硅氧烷混合而成的聚硅氧烷粉末；
S2：然后按照质量份分别称取聚碳酸酯、聚硅氧烷粉末、耐候剂、耐刮擦剂以及抗氧剂；
S3：再将10份的聚碳酸酯和聚硅氧烷粉末、耐候剂、耐刮擦剂和抗氧剂一起在高混机中混合，然后再加入剩余质量份聚碳酸酯后继续混合，得到混合物料；
S4：最后将上述混合物料加入双螺杆挤出机进行熔融挤出，经水冷、风冷和切粒后制得所述耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物。
其中，所述S3中高混机两次混合时间均为3-5min，双螺杆挤出机转速为200-500r/min，挤出温度为270-290℃。
其中，所述的单分散SiO2纳米微球的制备方法包括如下步骤：
S10：在烧瓶中加入一定量乙醇、氨水以及去离子水使其混合均匀；
S11：在30℃下将混合液进行强烈机械搅拌，半小时后迅速加入适量的正硅酸四乙酯，继续搅拌反应24h，然后加入γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷进行表面处理；
S12：反应完成后，将反应所得产物进行离心分离、并用乙醇反复洗涤，最后60℃下真空干燥至恒重，制备得到单分散SiO2纳米微球。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，使用双酚A型聚碳酸酯、硅氧烷共聚聚碳酸酯、苯甲酸酯共聚聚碳酸酯三种聚碳酸酯进行复配，硅氧烷共聚碳酸酯可以提供优异的低温冲击性能和阻燃性能，可以减少阻燃剂用量；苯甲酸酯共聚聚碳酸酯在受紫外光照射后，在3-10μm浅表层可以持续形成自我更新的抗UV保护层，具有持久抗UV能力，因此可以大大减少耐候剂的使用。
2、本发明中，使用自制单分散SiO2纳米微球和八苯基环四硅氧烷进行复配，一方面可以提供优异的光扩散效果，另一方面可以起到协效阻燃效果，无氟无卤，可以满足最新的ROHS、REACH等相关环保标准。
3、本发明中，使用氯化胆脂包覆的纳米无机盐作为聚碳酸酯耐刮擦剂，可以迁移到表层形成高硬度保护膜，对内部基材实现耐刮擦保护，同时仅需要极少添加量便可以实现表面铅笔硬度的大幅度提升，不影响其他的热学和力学性能。
4、本发明中，该聚碳酸酯聚组合物的生产方法简单有效，工艺复杂度低，对生产设备要求低，适合于各大中小企业使用，生产成本较低，市场前景好。
附图说明
图1为本发明的制备流程示意图。
图2为本发明中聚硅氧烷粉末的制备流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，包括聚碳酸酯100份，聚硅氧烷粉末0.4份，耐候剂0份，耐刮擦剂 0.2份，抗氧剂0.2份；其中，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯、硅氧烷共聚聚碳酸酯、苯甲酸酯共聚聚碳酸酯按比例1:2:7进行混合组合而成，其中有大于等于10质量份的聚碳酸酯为粉料，粉料是确保能够和其他原料进行充分的混合；
所述聚硅氧烷粉末为单分散SiO2纳米微球和八苯基环四硅氧烷按照质量比1:1的混合物，以保证阻燃效果和光扩散效果的平衡，所述的单分散SiO2纳米微球，使用以下方法制备得到：在烧瓶中加入一定量乙醇、氨水以及去离子水使其混合均匀；在30℃下将混合液进行强烈机械搅拌，半小时后迅速加入适量的正硅酸四乙酯，继续搅拌反应24h，然后加入γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷进行表面处理；反应完成后，将反应所得产物进行离心分离、并用乙醇反复洗涤，最后60℃下真空干燥至恒重，制备得到单分散SiO2纳米微球；
所述耐候剂为苯并三氮唑，用于吸收光线中的紫外线部分，从而避免与材料进行化学氧化还原反应，使材料的颜色分子发生褪色现象；所述耐刮擦剂为氯化胆脂包覆的纳米无机盐；所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂，在满足聚碳酸酯抗氧化的同时，在进行高混与挤出时同时充当辅助热稳定剂，改善聚合物的颜色以及加工热稳定性，同时亚磷酸酯自身有引入抗紫外老化以及UV吸收性，因此在添加的耐候剂的基础上，进一步提升聚碳酸酯的抗老化抗紫外性能；
上述组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1：先制备由单分散SiO2纳米微球和八苯基环四硅氧烷混合而成的聚硅氧烷粉末；
S2：然后按照质量份分别称取聚碳酸酯、聚硅氧烷粉末、耐候剂、耐刮擦剂以及抗氧剂；
S3：再将10份的聚碳酸酯和聚硅氧烷粉末、耐候剂、耐刮擦剂和抗氧剂一起在高混机中混合，然后再加入剩余质量份聚碳酸酯后继续混合，得到混合物料；
S4：最后将上述混合物料加入双螺杆挤出机进行熔融挤出，经水冷、风冷和切粒后制得所述耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物。
实施例2，本实施例与实施例一的唯一区别特征在于：聚碳酸酯 100份，聚硅氧烷粉末0.6份，耐候剂0.2份，耐刮擦剂0.3份，抗氧剂0.2份，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯和苯甲酸酯共聚聚碳酸酯按比例3:7进行混合组合而成。
实施例3，本实施例与实施例一的唯一区别特征在于：聚碳酸酯 100份，聚硅氧烷粉末0.8份，耐候剂0.2份，耐刮擦剂0.1份，抗氧剂0.3份，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯、硅氧烷共聚聚碳酸酯、苯甲酸酯共聚聚碳酸酯按比例3:2:5进行混合组合而成。
实施例4，本实施例与实施例一的唯一区别特征在于：聚碳酸酯 100份，聚硅氧烷粉末0.5份，耐候剂0.5份，耐刮擦剂0.3份，抗氧剂0.2份，所述聚碳酸酯为苯甲酸酯共聚聚碳酸酯。
同时分别制作对比例1和对比例2，来进行实验结果的对比，对比例1原料份为：聚碳酸酯100份，聚硅氧烷粉末0.4份，耐候剂 0.8份，耐刮擦剂0.2份，抗氧剂0.2份；聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯；
对比例2原料份为：聚碳酸酯100份，抗氧剂0.2份；聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
实施例及对比例中所用原材料如表1所示；
表1实施例及对比例中所用原料
Figure RE-GDA0003057551900000071
样品制备及测试方法：
将双螺杆挤出造粒后的耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物在120℃下干燥2h然后经过注塑机注塑成标准测试样条，透光率和雾度测试为厚度1mm测试色板。
冲击强度测试按照GB/T 1843测试；
阻燃性能参照UL-94标准测试，厚度1.6mm；
表面铅笔硬度测试标准参照ISO 15184:2012；
透光率及雾度测试标准参照GB/T 2410-2008。
耐候性能数据为将各组样品先注塑成4mm后测试样板，然后测试 UVA灯下连续照射720h前后的黄度变化值(△YI)，其中黄度值测试参照标准GB/T 2409。
具体实施例及对比例测试结果列于表2；
表2实施例及对比例测试结果
Figure RE-GDA0003057551900000081
从实施例1-4可以看出，在添加了苯甲酸酯共聚聚碳酸酯后，组合物的耐候性能得到大幅度提升，实施例1同对比例1相比，即使不添加耐候剂，耐候性能也远好于添加大量耐候剂的对比例1；将实施例1-4、对比例1和对比例2进行比较，可以看出，普通双酚A型聚碳酸酯表面铅笔硬度只有3B，添加少量的耐刮擦剂就可以明显提高组合物的耐刮擦性能。从以上可以看出，本发明的耐候剂、聚碳酸酯、耐刮擦剂和聚硅氧烷粉末的组合，可以明显提升普通聚碳酸酯的阻燃、耐刮擦和耐候性能，完全可以满足室内及室外照明、广告或建筑等领域对阻燃光扩散聚碳酸酯的使用需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，其特征在于，该组合物包括如下以质量计的组分：聚碳酸酯100份，聚硅氧烷粉末0.3-1份，耐候剂0-0.5份，耐刮擦剂0.1-0.4份以及抗氧剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯、硅氧烷共聚聚碳酸酯和苯甲酸酯共聚聚碳酸酯中的一种或几种的组合，其中有大于等于10质量份的聚碳酸酯为粉料。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，其特征在于，所述聚硅氧烷粉末为单分散SiO2纳米微球和八苯基环四硅氧烷按照质量比1:1的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，其特征在于，所述耐候剂为苯并三氮唑。
5.根据权利要求1所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，其特征在于，所述耐刮擦剂为氯化胆脂包覆的纳米无机盐。
6.根据权利要求1所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。
7.根据权利要求3所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先制备由单分散SiO2纳米微球和八苯基环四硅氧烷混合而成的聚硅氧烷粉末；
S2：然后按照质量份分别称取聚碳酸酯、聚硅氧烷粉末、耐候剂、耐刮擦剂以及抗氧剂；
S3：再将10份的聚碳酸酯和聚硅氧烷粉末、耐候剂、耐刮擦剂和抗氧剂一起在高混机中混合，然后再加入剩余质量份聚碳酸酯后继续混合，得到混合物料；
S4：最后将上述混合物料加入双螺杆挤出机进行熔融挤出，经水冷、风冷和切粒后制得所述耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物。
8.根据权利要求7所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物的制备方法，其特征在于，所述S3中高混机两次混合时间均为3-5min，双螺杆挤出机转速为200-500r/min，挤出温度为270-290℃。
9.根据权利要求7所述的一种耐刮擦耐UV阻燃光扩散聚碳酸酯聚组合物的制备方法，其特征在于，所述的单分散SiO2纳米微球的制备方法包括如下步骤：
S10：在烧瓶中加入一定量乙醇、氨水以及去离子水使其混合均匀；
S11：在30℃下将混合液进行强烈机械搅拌，半小时后迅速加入适量的正硅酸四乙酯，继续搅拌反应24h，然后加入γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷进行表面处理；
S12：反应完成后，将反应所得产物进行离心分离、并用乙醇反复洗涤，最后60℃下真空干燥至恒重，制备得到单分散SiO2纳米微球。
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