CN113583419A - 一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯pc及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于改性聚碳酸酯的技术领域,具体涉及一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备工艺。所述改性聚碳酸酯PC由包括如下组分制备而成:芳香族聚碳酸酯树脂、短切碳纤维、改性竹炭纤维、纳米颗粒、填充材料以及偶联剂;所述改性竹炭纤维为采用木质素、壳聚糖、丙烯酸溶液和引发剂的混合物对竹炭纤维进行改性得到;本发明先采用碳纤维对芳香族聚碳酸酯树脂进行阻燃性能增强的改性,再采用改性竹炭纤维对其改性,加强改新树脂的韧性以及机械性能,同时减少其形变性能,之后在偶联剂的作用下,结合进本发明所制备的纳米颗粒以及填充材料,填充于树脂以及纤维材料的孔隙之中,进一步提高改性树脂的使用性能,改善抗氧化性能以及耐疲劳性能。
Description
技术领域
本发明属于改性聚碳酸酯的技术领域,具体涉及一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备工艺。
背景技术
聚碳酸酯PC,指的是大分子链中含有碳酸酯重复单元的线型高聚物的总称,PC是一种综合性能优良的无定形热塑性工程塑料,其按照分子结构中所带酯基的不同可将PC分为脂肪族、脂环族、脂肪-芳香族以及芳香族聚碳酸酯树脂,其中,芳香族聚碳酸酯树脂由于其较为优异的可塑性和研发潜力,通常作为研发重点对象。
聚碳酸酯具有优良的机械性能,其冲击强度和尺寸稳定性尤为突出,在广阔的温度范围内仍能保持较高的机械强度,然而其具有耐疲劳性和耐磨性较差的缺点,容易产生应力开裂的现象,PC的分子链刚硬,成型冷却后易残余很大的内应力。
并且聚碳酸酯是可燃物、还有不耐溶剂等的缺点,为了增强聚碳酸酯的综合性能以及扩大聚碳酸酯的应用领域,通过对其改性的方法是目前的研究热点。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备工艺,提高了聚碳酸树脂的韧性、阻燃性以及机械性能,减少其形变性能,增强改性聚碳酸酯树脂的抗氧化性能、耐磨性能以及耐疲劳性能。
本发明的技术内容如下:
本发明提供了一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC,所述改性聚碳酸酯PC由包括如下组分制备而成:芳香族聚碳酸酯树脂、短切碳纤维、改性竹炭纤维、纳米颗粒、填充材料以及偶联剂;
所述改性竹炭纤维为采用木质素、壳聚糖、丙烯酸溶液和引发剂的混合物对竹炭纤维进行改性得到;
所述纳米颗粒为包括聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒的组合物,其使用质量比为(4~7):(2~4):(1~3);
所述填充材料为包括玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土的组合物,其使用质量比为(2~5):(1~4):(1~4):(3~7);
所述偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷的一种。
本发明还提供了一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC的制备工艺,包括如下步骤:
1)聚碳酸酯的表面处理:取芳香族聚碳酸酯树脂与有机溶剂熔融混合,加入短切碳纤维,搅拌均匀,通过双螺杆挤出机挤出、造粒得到碳纤维改性聚碳酸酯;
2)竹炭纤维表面改性:取木质素、壳聚糖以及丙烯酸溶液混合搅拌均匀,加入引发剂,50~80℃恒温搅拌均匀制得混合液,滴入竹炭粉末中,恒温搅拌均匀,得到改性竹炭纤维;
3)将碳纤维改性聚碳酸酯、改性竹炭纤维混合熔融,之后加入填充材料、偶联剂混合搅拌均匀,最后加入纳米颗粒混合熔融、搅拌均匀,通过双螺杆挤出机挤出,成型,得到改性聚碳酸酯PC;
所述纳米颗粒为聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒通过混溶溶解、超声、干燥得到;
所述填充材料为玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土的混合组合物;
步骤1)所述熔融的温度为165~200℃,搅拌速度为250~400r/min;
所述双螺杆挤出机的挤出温度为90~100℃,转速为70~90r/min;
所述有机溶剂包括二氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、环己酮、丙酮的一种;
步骤2)所述引发剂包括过硫酸钠水溶液、过硫酸钾水溶液、过硫酸铵水溶液、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰的一种;
步骤3)所述混合熔融的温度为150~180℃,搅拌速度为200~300r/min;
所述双螺杆挤出机的挤出温度为95~120℃,转速为60~85r/min。
本发明的有益效果如下:
本发明的改性聚碳酸酯PC,为采用碳纤维、改性竹炭纤维,提高了聚碳酸树脂的韧性、阻燃性以及机械性能,减少其形变性能,以及采用了纳米颗粒以及填充材料的结合增强聚碳酸酯树脂的抗氧化性能、耐磨性能以及耐疲劳性能;
本发明的改性聚碳酸酯PC的制备工艺,先采用碳纤维对芳香族聚碳酸酯树脂进行阻燃性能增强的改性,再采用改性竹炭纤维对其改性,加强改新树脂的韧性以及机械性能,同时减少其形变性能,之后在偶联剂的作用下,结合进本发明所制备的纳米颗粒以及填充材料,填充于树脂以及纤维材料的孔隙之中,进一步提高改性树脂的使用性能,改善抗氧化性能以及耐疲劳性能。
具体实施方式
以下通过具体的实施案例对本发明作进一步详细的描述,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
若无特殊说明,本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
实施例1
一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备
1)聚碳酸酯的表面处理:取65wt%芳香族聚碳酸酯树脂与树脂50wt%的二氯乙烷于165℃熔融混合,搅拌速度为400r/min,加入5wt%短切碳纤维,搅拌均匀,通过双螺杆挤出温度为90℃,转速为70r/min挤出、造粒得到碳纤维改性聚碳酸酯;
2)竹炭纤维表面改性:取10wt%木质素、10wt%壳聚糖以及20wt%丙烯酸溶液混合搅拌均匀,加入过硫酸铵水溶液,50℃恒温搅拌均匀制得混合液,滴入60wt%竹炭粉末中,恒温搅拌均匀,得到改性竹炭纤维;
3)将碳纤维改性聚碳酸酯、5wt%改性竹炭纤维于150℃混合熔融,搅拌速度为200r/min,之后加入10wt%填充材料、5wt%乙烯基三甲氧基硅烷混合搅拌均匀,最后加入10wt%纳米颗粒混合熔融、搅拌均匀,通过双螺杆挤出机95℃挤出,转速为60r/min,成型造粒,得到改性聚碳酸酯PC;
所述纳米颗粒为聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒使用质量比为4:2:1,混合溶于水中,30kHz超声5min、之后80℃干燥得到纳米颗粒;
所述填充材料为玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土以质量比为2:1:1:3的混合组合物。
实施例2
一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备
1)聚碳酸酯的表面处理:取70wt%芳香族聚碳酸酯树脂与树脂50wt%的四氢呋喃于180℃熔融混合,搅拌速度为300r/min,加入4wt%短切碳纤维,搅拌均匀,通过双螺杆挤出温度为95℃,转速为80r/min挤出、造粒得到碳纤维改性聚碳酸酯;
2)竹炭纤维表面改性:取10wt%木质素、11wt%壳聚糖以及23wt%丙烯酸溶液混合搅拌均匀,加入过硫酸钠水溶液,60℃恒温搅拌均匀制得混合液,滴入56wt%竹炭粉末中,恒温搅拌均匀,得到改性竹炭纤维;
3)将碳纤维改性聚碳酸酯、6wt%改性竹炭纤维于160℃混合熔融,搅拌速度为250r/min,之后加入8wt%填充材料、3wt%乙烯基三叔丁基过氧硅烷混合搅拌均匀,最后加入9wt%纳米颗粒混合熔融、搅拌均匀,通过双螺杆挤出机105℃挤出,转速为75r/min,成型造粒,得到改性聚碳酸酯PC;
所述纳米颗粒为聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒使用质量比为5:3:2,混合溶于水中,35kHz超声5min、之后80℃干燥得到纳米颗粒;
所述填充材料为玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土以质量比为3:3:3:5的混合组合物。
实施例3
一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备
1)聚碳酸酯的表面处理:取68wt%芳香族聚碳酸酯树脂与树脂50wt%的四氢呋喃于190℃熔融混合,搅拌速度为350r/min,加入5wt%短切碳纤维,搅拌均匀,通过双螺杆挤出温度为96℃,转速为80r/min挤出、造粒得到碳纤维改性聚碳酸酯;
2)竹炭纤维表面改性:取9wt%木质素、12wt%壳聚糖以及24wt%丙烯酸溶液混合搅拌均匀,加入偶氮二异丁腈,70℃恒温搅拌均匀制得混合液,滴入55wt%竹炭粉末中,恒温搅拌均匀,得到改性竹炭纤维;
3)将碳纤维改性聚碳酸酯、7wt%改性竹炭纤维于170℃混合熔融,搅拌速度为250r/min,之后加入9wt%填充材料、4wt%β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷混合搅拌均匀,最后加入7wt%纳米颗粒混合熔融、搅拌均匀,通过双螺杆挤出机110℃挤出,转速为80r/min,成型造粒,得到改性聚碳酸酯PC;
所述纳米颗粒为聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒使用质量比为6:3:2,混合溶于水中,30kHz超声5min、之后80℃干燥得到纳米颗粒;
所述填充材料为玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土以质量比为4:3:3:6的混合组合物。
实施例4
一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备
1)聚碳酸酯的表面处理:取64wt%芳香族聚碳酸酯树脂与树脂50wt%的丙酮于200℃熔融混合,搅拌速度为250r/min,加入6wt%短切碳纤维,搅拌均匀,通过双螺杆挤出温度为100℃,转速为90r/min挤出、造粒得到碳纤维改性聚碳酸酯;
2)竹炭纤维表面改性:取12wt%木质素、8wt%壳聚糖以及22wt%丙烯酸溶液混合搅拌均匀,加入过氧化二苯甲酰,80℃恒温搅拌均匀制得混合液,滴入58wt%竹炭粉末中,恒温搅拌均匀,得到改性竹炭纤维;
3)将碳纤维改性聚碳酸酯、4wt%改性竹炭纤维于180℃混合熔融,搅拌速度为300r/min,之后加入10wt%填充材料、7wt%γ-氨丙基三甲氧基硅烷混合搅拌均匀,最后加入9wt%纳米颗粒混合熔融、搅拌均匀,通过双螺杆挤出机120℃挤出,转速为85r/min,成型造粒,得到改性聚碳酸酯PC;
所述纳米颗粒为聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒使用质量比为7:4:3,混合溶于水中,30kHz超声5min、之后80℃干燥得到纳米颗粒;
所述填充材料为玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土以质量比为5:4:4:7的混合组合物。
实施例5
一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC及其制备
1)聚碳酸酯的表面处理:取69wt%芳香族聚碳酸酯树脂与树脂50wt%的环己酮于190℃熔融混合,搅拌速度为350r/min,加入5wt%短切碳纤维,搅拌均匀,通过双螺杆挤出温度为100℃,转速为85r/min挤出、造粒得到碳纤维改性聚碳酸酯;
2)竹炭纤维表面改性:取11wt%木质素、8wt%壳聚糖以及23wt%丙烯酸溶液混合搅拌均匀,加入过硫酸钾水溶液,75℃恒温搅拌均匀制得混合液,滴入48wt%竹炭粉末中,恒温搅拌均匀,得到改性竹炭纤维;
3)将碳纤维改性聚碳酸酯、4wt%改性竹炭纤维于180℃混合熔融,搅拌速度为300r/min,之后加入6wt%填充材料、7wt%γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合搅拌均匀,最后加入9wt%纳米颗粒混合熔融、搅拌均匀,通过双螺杆挤出机115℃挤出,转速为90r/min,成型造粒,得到改性聚碳酸酯PC;
所述纳米颗粒为聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒使用质量比为4:3:2,混合溶于水中,30kHz超声5min、之后80℃干燥得到纳米颗粒;
所述填充材料为玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土以质量比为4:3:4:6的混合组合物。
将以上所得改性聚碳酸酯PC进行机械性能、冲击性能、热性能以及阻燃性能按照如下测试方法进行测试,结果如表1、表2所示:
表1改性聚碳酸酯的机械性能结果
表2改性聚碳酸酯的冲击性能、热性能以及阻燃性能结果
由上可见,本发明的改性聚碳酸酯PC具有较为优异的机械性能、冲击性能、热性能以及阻燃性能,解决了聚碳酸树脂耐疲劳性差、抗氧化性差的问题,本发明采用碳纤维、改性竹炭纤维,提高了聚碳酸树脂的韧性、阻燃性以及机械性能,减少其形变性能,以及采用了纳米颗粒以及填充材料的结合增强改性聚碳酸酯树脂的抗氧化性能、耐磨性能以及耐疲劳性能。
Claims (10)
1.一种增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC,其特征在于,所述改性聚碳酸酯PC由包括如下组分制备而成:芳香族聚碳酸酯树脂、短切碳纤维、改性竹炭纤维、纳米颗粒、填充材料以及偶联剂。
2.由权利要求1所述的改性聚碳酸酯PC,其特征在于,所述改性竹炭纤维为采用木质素、壳聚糖、丙烯酸溶液和引发剂的混合物对竹炭纤维进行改性得到。
3.由权利要求1所述的改性聚碳酸酯PC,其特征在于,所述纳米颗粒为包括聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒的组合物,其使用质量比为(4~7):(2~4):(1~3)。
4.由权利要求1所述的改性聚碳酸酯PC,其特征在于,所述填充材料为包括玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土的组合物,其使用质量比为(2~5):(1~4):(1~4):(3~7)。
5.由权利要求1所述的改性聚碳酸酯PC,其特征在于,所述偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷的一种。
6.一种权利要求1~5任一项所述的增强阻燃性能的改性聚碳酸酯PC的制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:
1)聚碳酸酯的表面处理:取芳香族聚碳酸酯树脂与有机溶剂熔融混合,加入短切碳纤维,搅拌均匀,通过双螺杆挤出机挤出、造粒得到碳纤维改性聚碳酸酯;
2)竹炭纤维表面改性:取木质素、壳聚糖以及丙烯酸溶液混合搅拌均匀,加入引发剂,50~80℃恒温搅拌均匀制得混合液,滴入竹炭粉末中,恒温搅拌均匀,得到改性竹炭纤维;
3)将碳纤维改性聚碳酸酯、改性竹炭纤维混合熔融,之后加入填充材料、偶联剂混合搅拌均匀,最后加入纳米颗粒混合熔融、搅拌均匀,通过双螺杆挤出机挤出,成型,得到改性聚碳酸酯PC;
所述纳米颗粒为聚四氟乙烯纳米颗粒、纳米石墨、氮化铝纳米颗粒通过混溶溶解、超声、干燥得到;
所述填充材料为玻璃微珠、氮化硼、氧化锌、陶土的混合组合物。
7.由权利要求6所述的改性聚碳酸酯PC的制备工艺,其特征在于,步骤1)所述熔融的温度为165~200℃,搅拌速度为250~400 r/min。
8.由权利要求6所述的改性聚碳酸酯PC的制备工艺,其特征在于,步骤1)所述双螺杆挤出机的挤出温度为90~100℃,转速为70~90 r/min。
9.由权利要求6所述的改性聚碳酸酯PC的制备工艺,其特征在于,步骤3)所述混合熔融的温度为150~180℃,搅拌速度为200~300 r/min。
10.由权利要求6所述的改性聚碳酸酯PC的制备工艺,其特征在于,步骤3)所述双螺杆挤出机的挤出温度为95~120℃,转速为60~85 r/min。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20211102 |
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