CN113969048B - 一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用，所述聚碳酸酯复合材料主要包括以下重量份的原料：聚碳酸酯50～80份、白磷钙石10～20份、玻璃粉8～15份、相容剂0.5～8份、抗氧剂0.2～3份、润滑剂0.1～2份。本发明的聚碳酸酯复合材料，其原料可从自然界获得，制备工艺简单易操作，且所制备的材料具有优异的阻燃和耐磨性能，可广泛应用于家电领域，值得推广使用。

Description

一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种聚碳酸酯技术领域，具体涉及一种生物基、阻燃耐磨型的聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯树脂作为一种工程塑料，广泛应用在家电等行业，特别是家电外壳、机体、支架等。聚碳酸酯树脂具有良好的加工性能，可以满足家电外壳的塑形要求。此外，作为日常使用的家电，需要满足耐磨损和阻燃的要求，并能够在长期的使用过程中维持一定的强度。然而，聚碳酸酯树脂本身的耐磨损强度不佳，且该类材料的阻燃性能也需要进一步改善。因此，需要对聚碳酸酯树脂进行共混改性，来提高耐磨和阻燃性能。
中国专利CN105219048B公开了一种耐摩擦聚碳酸酯基电绝缘材料及其制备方法，由以下重量份的原料制成：聚碳酸酯60份、苯酚改性糠醇树脂10份、玻璃纤维8份、氧化锆5份、纳米氧化铝4份、羟基磷灰石3份、聚乙二醇2份、相容剂1份和抗老化剂0.2份；将原料分成两部分加入到挤出机进行共混，虽然在一定程度上对材料的耐磨损性能有一定提升，但却未提及其阻燃性能。
中国专利CN1938383B公开了一种具有薄壁阻燃型的聚碳酸酯组合物，包含聚碳酸酯/硅氧烷成分、矿质填料和阻燃剂，所述聚碳酸酯/硅氧烷成分含有聚碳酸酯硅氧烷共聚物或者聚碳酸酯硅氧烷共聚物和聚碳酸酯树脂的混合物。通过添加特殊的添加剂——硅氧烷成分，来实现对组合物阻燃性能的提升，但却存在该成分与其它矿物填料分相和相容性不好的问题。
因此，仍旧需要对聚碳酸酯树脂进行共混改性，克服相容性不好的缺陷，来提高聚碳酸酯组合物的耐磨损能力和阻燃性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，解决了相容性的问题，提高了聚碳酸酯组合物的耐磨损能力和阻燃性能。
本发明的另一目的在于提供这种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供这种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料在家电领域的应用。
为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯50～80份、白磷钙石10～20份、玻璃粉8～15份、相容剂0.5～8份、抗氧剂0.1～0.4份、润滑剂0.1～0.3份。
在一个优选的实施方案中，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯70份、白磷钙石15份、玻璃粉12份、相容剂5份、抗氧剂0.3份、润滑剂0.2份。
在一个具体的实施方案中，所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯，其重均分子量为10000～50000，优选为20000～35000。
在一个具体的实施方案中，所述的白磷钙石通过水热法合成，晶体直径在1～100μm。
在一个具体的实施方案中，所述聚碳酸酯复合材料的熔融指数为10～50g/10min。
在一个具体的实施方案中，所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
在一个具体的实施方案中，基于聚碳酸酯复合材料的总重量计，还包含0-5wt％的选自以下的组分中的一种或两种或多种：流动助剂、热稳定剂、水解稳定剂、抗氧化剂、UV吸收剂、阻燃剂、抗静电剂、颜料、强化填充剂。
另一方面，前述的一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照重量份称取各原料；
2)将原料中的聚碳酸酯和白磷钙石加入混合机中，混合搅拌30min，然后加入相容剂、氧化剂和润滑剂继续混合20min，得到混合料I；接着继续向混合料I中加入玻璃粉混合搅拌20min后得到混合料II；
3)将混合料II加入到双螺杆挤出机中的主喂料口，进行熔融挤出、冷却造粒，干燥后即得聚碳酸酯复合材料。
在一个具体的实施方案中，所述步骤3)双螺杆挤出机的挤出条件为：挤出温度为250～350℃，挤出压力为20～40MPa，挤出速度为100～500r/min；优选地，挤出条件为：各区域温度设定为：一区240℃，二区为265℃，三区为290℃，四区为310℃，五区为330℃，六区为340℃；挤出温度为315℃，挤出速度为300r/min。
再一方面，前述的一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料在家电领域的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
本发明的一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料中加入了白磷钙石，其作为一种磷酸盐矿物，存在于生物系统(例如动物骨头)、月岩和陨石样品中，具有良好的生物相容性；更重要的是，研究发现白磷钙石在本发明的体系中还作为一种填料，可以在提高耐磨和阻燃性能的同时，还可以增强聚碳酸酯树脂的力学性能。
本发明首次创新性地将白磷钙石加入到聚碳酸酯中进行改性，与CN105219048B相比，无需加入多种不同的无机填料和阻燃剂，即可制备得到阻燃性能、耐磨性能和力学性能优异的聚碳酸酯复合材料。
本发明的方法，不仅原料可从自然界获得，制备工艺简单易操作，且所制备的材料具有优异的阻燃性能和耐磨性能，可广泛应用于家电领域。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
实施例或对比例中所涉及的性能测试如下
借助于阻燃等级测试、拉伸强度、耐刮擦性测试和熔融指数(MFR)测试表征聚碳酸酯复合材料。
阻燃等级根据UL94(2mm)进行测试，阻燃等级由HB、V2、V1、V0、5VB向5VA逐级递增；
拉伸强度根据ASTM D648进行测试；
耐刮擦测试：
将90×2mm圆形注塑片，在一定粗糙硬质表面，反复摩擦一定次数，观察表面磨损情况，注：○表示耐刮擦一般，+表示耐刮擦性较好，++表示耐刮擦性最好。
熔融指数测量：
MFR根据ASTM D1238通过熔融指数仪进行测量。
实施例和对比例的原料来源如下：
PC-1：采用界面光气法生产的具有重均分子量25000的双酚A型聚碳酸酯，万华化学集团股份有限公司生产；
PC-2：采用界面光气法生产的具有重均分子量30000的双酚A型聚碳酸酯，万华化学集团股份有限公司生产；
PC-3：采用界面光气法生产的具有重均分子量35000的双酚A型聚碳酸酯，万华化学集团股份有限公司生产；
PC-4：采用光气界面法生产的具有重均分子量8000的双酚A型聚碳酸酯，万华化学集团股份有限公司生产；
白磷钙石(WH)：根据文献公开的方法进行合成——李国昌,王萍,刘长波,等.水热法合成白磷钙石[J].无机材料学报,2017.
WH-1：采用水热法进行合成，其晶体直径为10μm；
WH-2：采用水热法进行合成，其晶体直径为50μm；
WH-3：采用水热法进行合成，其晶体直径为90μm；
WH-4：采用水热法进行合成，其晶体直径为150μm；
玻璃粉：佛山市优合化工科技有限公司，低温玻璃粉；
相容剂：德国巴斯夫，SMA型相容剂；
抗氧剂：德国巴斯夫，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，又叫1076型抗氧剂；
润滑剂：华奇化工，季戊四醇硬脂酸酯(PETS)；
实施例1-10实施方法
1)按照重量份称取各原料；
2)将原料中的聚碳酸酯和白磷钙石加入混合机中，混合搅拌30min，然后加入相容剂、抗氧剂和润滑剂继续混合20min，得到混合料I；接着继续向混合料I中加入玻璃粉混合搅拌20min后得到混合料II；
3)将混合料II加入到双螺杆挤出机中的主喂料口，进行熔融挤出、冷却造粒，干燥后即得聚碳酸酯复合材料。
其中，所述步骤3)双螺杆挤出机各区域温度设定为：一区240℃，二区为265℃，三区为290℃，四区为310℃，五区为330℃，六区为340℃；挤出温度为315℃，挤出速度为300r/min，挤出压力为30MPa，挤出速度为150r/min。
实施例1-10的聚碳酸酯组合物材料的配方和性能见表1。
对比例1-10
实施方法参照实施例1-10。
对比例1-6的聚碳酸酯组合物材料的配方和性能见表2。
表1实施例的聚碳酸酯组合物材料的配方和性能数据表
Figure BDA0003304685540000061
Figure BDA0003304685540000071
表2对比例的聚碳酸酯组合物材料的配方和性能数据表
Figure BDA0003304685540000072
由上表数据可知，本发明的体系中加入白磷钙石可显著提高聚碳酸酯组合物的综合性能，当含量过低时，性能提升效果不明显，当含量过高时，易导致聚碳酸酯组合物出现相分离，进而使得综合性能下降。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (12)

1.一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯50~80份、白磷钙石10~20份、玻璃粉8~15份、相容剂0.5~8份、抗氧剂0.1~0.4份、润滑剂0.1~0.3份；
所述白磷钙石的分子式为Ca18Mg2H2(PO4)14。
2.根据权利要求1所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯70份、白磷钙石15份、玻璃粉12份、相容剂5份、抗氧剂0.3份、润滑剂0.2份。
3.根据权利要求1或2所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯，其重均分子量为10000~50000。
4.根据权利要求3所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯，其重均分子量为20000~35000。
5.根据权利要求1或2所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述的白磷钙石通过水热法合成，晶体直径在1~100μm。
6.根据权利要求1或2所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯复合材料的熔融指数为10~50g/10min。
7.根据权利要求1或2所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，所述抗氧剂为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
8.根据权利要求1或2所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料，其特征在于，基于聚碳酸酯复合材料的总重量计，还包含0-5wt%的选自以下的组分中的一种或两种或多种：流动助剂、热稳定剂、水解稳定剂、抗氧化剂、UV吸收剂、阻燃剂、抗静电剂、颜料、强化填充剂。
9.权利要求1-8任一项所述的一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照重量份称取各原料；
2）将原料中的聚碳酸酯和白磷钙石加入混合机中，混合搅拌30min，然后加入相容剂、氧化剂和润滑剂继续混合20min，得到混合料I；接着继续向混合料I中加入玻璃粉混合搅拌20min后得到混合料II；
3）将混合料II加入到双螺杆挤出机中的主喂料口，进行熔融挤出、冷却造粒，干燥后即得聚碳酸酯复合材料。
10.根据权利要求9所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）双螺杆挤出机的挤出条件为：挤出温度为250~350℃，挤出压力为20~40MPa，挤出速度为100~500r/min。
11.根据权利要求9所述的生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，各区域温度设定为：一区240℃，二区为265℃，三区为290℃，四区为310℃，五区为330℃，六区为340℃；挤出温度为315℃，挤出速度为300r/min。
12.权利要求1-8任一项所述的一种生物基、阻燃耐磨型聚碳酸酯复合材料或权利要求9-11任一项所述方法制备的聚碳酸酯复合材料在家电领域的应用。
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