CN114106548B - 一种耐老化pc、abs复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种耐老化pc、abs复合材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及PC、ABS树脂的技术领域，更具体地说，它涉及一种耐老化PC、ABS复合材料及其制备方法。耐老化PC、ABS复合材料由包括以下重量份的原料制成：50‑70份PC树脂、25‑35份ABS树脂、20‑40份深色空心玻璃微珠以及2‑8份相容剂，且所述深色空心玻璃微珠的粒径介于0.01‑0.1mm之间。耐老化PC、ABS复合材料的制备方法为：S1、制备耐老化PC、ABS复合材料原料；S2、制备耐老化PC、ABS复合材料。本申请的耐老化PC、ABS复合材料及其制备方法均具有提升PC、ABS树脂的耐老化性能的效果。
Description
技术领域
本申请涉及PC、ABS树脂的技术领域，更具体地说，它涉及一种耐老化PC、ABS复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
PC树脂是一种链型碳酸酯型聚合物，其具有抗冲击、高稳定、耐热、无毒等优点，进而广泛应用于人们的生活生产中。但是，由于PC树脂熔融温度较高，所以PC树脂也存在加工困难、缺口开裂明显、表面易擦伤等缺点，进而促使聚碳酸酯在许多领域的应用受到极大的限制。
相关技术中，为了改善PC树脂的加工性能，通常会将PC树脂与ABS树脂进行共混，促使混合得到的PC、ABS树脂既具有PC树脂良好的机械性能、耐热性以及韧性，又具有ABS树脂良好的流动性以及加工性能，进而广泛应用于建材、汽车以及电子行业等领域。
但是，当PC、ABS树脂在室外进行长时间使用时，阳光将持续对PC、ABS树脂进行紫外线照射，而紫外线促使PC、ABS树脂发生降解，进而加速PC、ABS树脂的老化，存在PC、ABS树脂的耐老化性能较差的缺陷。
发明内容
为了改善PC、ABS树脂的耐老化性能较差的问题，本申请提供一种耐老化PC、ABS复合材料及其制备方法和应用。
第一方面，本申请提供一种耐老化PC、ABS复合材料，采用如下的技术方案：
一种耐老化PC、ABS复合材料，由包括以下重量份的原料制成：50-70份PC树脂、25-35份ABS树脂、20-40份深色空心玻璃微珠以及2-8份相容剂，且所述深色空心玻璃微珠的粒径介于0.01-0.1mm之间。
通过采用上述技术方案，当阳光持续对耐老化PC、ABS复合材料进行紫外线照射时，由于深色具有良好的紫外线吸收性能，所以深色空心玻璃微珠可以持续对阳光中的紫外线进行吸收储存，有效减少紫外线对PC树脂以及ABS树脂的直接作用，间接提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能。
另外，由于深色空心玻璃微珠具有空腔结构，所以当阳光持续对耐老化PC、ABS复合材料进行紫外线照射时，深色空心玻璃微珠内的空腔结构可以对紫外线进行散射以及折射，促使深色空心玻璃微珠可以对紫外线进行储存并对紫外线的能量进行消耗，间接提高深色空心玻璃微珠对紫外线的吸收效果，有效提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能。
再加上深色空心玻璃微珠在上述粒径以及上述比例时，深色空心玻璃微珠可以更为均匀的分布于耐老化PC、ABS复合材料中，进一步提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能。
优选的，所述深色空心玻璃微珠由包括以下重量份的原料制成：12-24份玻璃粉、4-8份氧化锌、4-8份过硫酸钠以及0.2-1.8份碳黑。
通过采用上述技术方案，当阳光持续对耐老化PC、ABS复合材料进行紫外线照射时，氧化锌以及碳黑除了可以对紫外线进行反射以及散射操作之外，氧化锌以及碳黑还可以发生表面水活化并形成羟基自由基，进而促使羟基自由基可以对紫外线进行吸收，并最终通过热量或者荧光的形式对紫外线进行释放，进一步提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能。
另外，在制备深色空心玻璃微珠时，过硫酸钠将在高温下分解得到SO2，而这些SO2除了可以作为发泡得到深色空心玻璃微珠的气体源之外，还可以在紫外线穿设至深色空心玻璃微珠内时对紫外线进行持续吸收，进一步提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能。
优选的，所述碳黑的粒径介于20-30nm之间。
通过采用上述技术方案，当阳光对耐老化PC、ABS复合材料进行持续照射时，由于碳黑的粒径小于30nm，所以碳黑可以通过表面积的增大来增加碳黑的吸光能力，进而有效提高碳黑的抗紫外线性能。另外，由于碳黑的粒径大于20nm，所以碳黑可以通过增加自己的相对尺寸来增加自身的逆向反射，间接提高碳黑的抗紫外线性能
优选的，所述氧化锌的粒径介于15-60nm之间。
通过采用上述技术方案，当阳光对耐老化PC、ABS复合材料进行持续照射时，由于氧化锌的粒径小于60nm，所以氧化锌的价电子带以及空轨结构可以形成传导带电子结构，当紫外线对耐老化PC、ABS复合材料进行照射时，传导带电子结构对紫外线进行吸收，促使带价的电子激发传导带电子结构并形成空穴结构，而空穴结构又通过热量或者荧光的形式将紫外线进行释放，有效提高氧化锌的抗紫外线性能。
另外，由于氧化锌的粒径大于15nm，所以氧化锌可以通过增加自己的相对尺寸来增加自身的逆向反射来增加自身的紫外线反射以及折射性能，进而提高氧化锌的抗紫外线性能。
优选的，还包括1-3重量份苯并三唑类紫外线吸收剂，且所述苯并三唑类紫外线吸收剂为UV-P、UV-326以及UV-327中的一种或者几种的混合物。
通过采用上述技术方案，当阳光对耐老化PC、ABS复合材料进行持续照射时，苯并三唑类紫外线吸收剂与氧化锌以及碳黑进行协配使用，通过提高氧化锌的抗紫外线性能以及碳黑的抗紫外线性能，有效提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能。
优选的，所述苯并三唑类紫外线吸收剂为UV-326以及UV-327的混合物。
优选的，所述UV-326以及UV-327的重量比例为2:1。
通过采用上述技术方案，由于苯并三唑类紫外线吸收剂由UV-326以及UV-327安装2:1的重量比例混合而成，所以当阳光对耐老化PC、ABS复合材料进行持续照射时，苯并三唑类紫外线吸收剂可以更为有效对氧化锌的抗紫外线性能以及碳黑的抗紫外线性能进行提升，进而提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能。
优选的，所述深色空心玻璃微珠的制备方法包括以下步骤：
（1）将玻璃粉、氧化锌、碳黑以及过硫酸钠混合搅拌，得到混合粉料；
（2）将混合粉料在600-800℃的温度下进行加热熔融得到玻璃熔液，此时，硫化钠分解得到SO3并部分溶解于玻璃熔液内，随后将溶解有SO3的玻璃熔液进行冷却，得到玻璃熔块；
（3）将玻璃熔块球磨粉碎得到玻璃粉末，随后将玻璃粉末放置于成珠炉内，并在1300-1500℃的温度下进行重沸发泡，此时，SO3受热分解得到SO2以及O2，而熔融的玻璃粉末逐渐包覆于SO2以及O2上，最后再冷却筛选得到深色空心玻璃微珠。
通过采用上述技术方案，由于（2）中加热温度在600-800℃之间，进而在促使过硫酸钠可以分解得到SO3的同时，还可以减少SO3分解而导致SO2完全挥发的可能性，而（3）中加热温度为1300-1500℃之间，进而促使玻璃粉末完全熔化，并最终包覆于SO3分解得到的SO2以及O2上。
第二方面，本申请提供一种耐老化PC、ABS复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种耐老化PC、ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将PC树脂、ABS树脂、深色空心玻璃微珠以及相容剂进行混合，得到耐老化PC、ABS复合材料原料；
S2、将耐老化PC、ABS复合材料原料添加至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到耐老化PC、ABS复合材料。
第三方面，本申请提供一种耐老化PC、ABS复合材料的应用，采用如下的技术方案：
一种耐老化PC、ABS复合材料的应用适用于制备汽车内饰件。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于深色具有良好的紫外线吸收性能，所以深色空心玻璃微珠可以持续对阳光中的紫外线进行吸收储存，间接获得了提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能的效果。
2、由于深色空心玻璃微珠内的空腔结构可以对紫外线进行散射以及折射，并最终促使紫外线长时间储存于深色空心玻璃微珠内，获得了提高深色空心玻璃微珠对紫外线的吸收性能的效果。
3、本申请的方法，通过将过硫酸钠高温分解得到的SO2作为发泡气体源，促使SO2可以对紫外线进行持续吸收，因此获得了提高耐老化PC、ABS复合材料的耐老化性能的效果。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
原料和原料制备例
本申请中部分原料组分的来源如表1：
表1 部分原料组分的来源表
| 原料 | 牌号 |
| PC树脂 | 奇美PC-110 |
| ABS树脂 | 奇美PA-765B |
| 相容剂 | HPC-3128 |
制备例1
一种深色空心玻璃微珠，其制备方法包括以下步骤：
（1）将18kg玻璃粉、6kg氧化锌（粒径=30nm）、6kg碳黑（粒径=24nm）以及1kg过硫酸钠在500r/min的搅拌速度下混合搅拌1h，得到混合粉料；
（2）将混合粉料在700℃的温度下进行加热熔融得到玻璃熔液，此时，硫化钠在高温下分解得到SO3并部分溶解于玻璃熔液内，随后将溶解有SO3的玻璃熔液冷却至室温，得到玻璃熔块；
（3）将玻璃熔块球磨粉碎得到玻璃粉末，随后将玻璃粉末放置于成珠炉内，并在1400℃的温度下进行重沸发泡，此时，SO3受热分解得到SO2以及O2，而熔融的玻璃粉末逐渐包覆于SO2以及O2上，之后冷却至室温并筛选得到深色空心玻璃微珠（粒径=0.05mm）。
制备例2-3
与制备例1的不同之处在于，制备例2-3的原料重量有所不同，具体如表2所示。
表2 制备例1-3中的各原料组成及其重量表（kg）
| 原料组成 | 制备例1 | 制备例2 | 制备例3 |
| 玻璃粉 | 18 | 24 | 12 |
| 氧化锌（粒径=30nm） | 6 | 4 | 8 |
| 碳黑（粒径=24nm） | 1 | 0.2 | 1.8 |
| 过硫酸钠 | 6 | 8 | 4 |
制备例4
与制备例1的不同之处在于，将氧化锌（粒径=30nm）替换为相同重量的氧化锌（粒径=60nm）。
制备例5
与制备例1的不同之处在于，将氧化锌（粒径=30nm）替换为相同重量的氧化锌（粒径=15nm）。
制备例6
与制备例1的不同之处在于，将碳黑（粒径=24nm）替换为相同重量的碳黑（粒径=40nm）。
制备例7
与制备例1的不同之处在于，将碳黑（粒径=24nm）替换为相同重量的碳黑（粒径=16nm）。
制备例8
与制备例1的不同之处在于，将过硫酸钠替换为相同重量的碳酸钠。
实施例
实施例1
一种耐老化PC、ABS复合材料，其制备方法包括以下步骤：
S1、将60kgPC树脂、30kgABS树脂、30kg制备例1以及5kg相容剂－HPC-3128在600r/min的搅拌速度下混合1h，得到耐老化PC、ABS复合材料原料；
S2、将耐老化PC、ABS复合材料原料添加至单螺杆挤出机中进行挤出，随后冷却造粒得到耐老化PC、ABS复合材料；
其中，上述双螺杆挤出机的具体工艺参数为：计量段：200-250℃，压缩段：250-270℃，增加混合段：270℃，输送段：270℃，螺杆转速为400r/min。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，步骤一中还添加有2kg苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P。
实施例2-4
与实施例1的不同之处在于，实施例2-4的原料重量有所不同，具体如表3所示。
表3 实施例2-4中的各原料组成及其重量表（kg）
| 原料组成 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| PC树脂 | 60 | 50 | 70 |
| ABS树脂 | 30 | 25 | 35 |
| 制备例1 | 30 | 40 | 20 |
| 相容剂－HPC-3128 | 5 | 2 | 8 |
| 苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P | 2 | 3 | 1 |
实施例5
与实施例2的不同之处在于，将苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P替换为相同重量的苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326。
实施例6
与实施例2的不同之处在于，将苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P替换为相同重量的苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327。
实施例7
与实施例2的不同之处在于，将苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P替换为相同重量的苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326与苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327的混合物，且苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326与苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327的重量比例为3:1。
实施例8
与实施例7的不同之处在于，苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326与苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327的重量比例为1:1。
实施例9
与实施例7的不同之处在于，苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326与苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327的重量比例为2:1。
实施例10-16
与实施例2的不同之处在于，将制备例1替换为相同重量的制备例2-8。
对比例
对比例1
一种PC、ABS复合材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤一、将60kgPC树脂、30kgABS树脂以及5kg相容剂－HPC-3128添加至双螺杆挤出机中进行挤出，随后冷却得到PC、ABS复合材料；
其中，上述双螺杆挤出机的具体工艺参数为：计量段：160-190℃，压缩段：220-240℃；输送段：240-250℃，螺杆转速为400r/min。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，S1中不添加制备例1。
性能检测试验
检测方法
从实施例1-16以及对比例1-2分别取出三份样品，随后参照PV1303《非金属材料汽车内部空间里结构件光照射试验》以及DIN75202《汽车内饰暴晒试验的适用范围以及试验条件》（光照射试验仪器为1200 GPS 型氚灯试验仪、CI3000型褪色计、暗处标准温度100℃、试验室温度65℃、相对空气湿度20%、辐射强度60W/m2、照射时间500h）对样品进行紫外线照射，之后进行如下测试，并取平均值。
试验一、老化性能测试
参照GB/T 1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》中的悬臂梁缺口冲击强度测试对样品进行冲击试验，之后得到冲击强度并取平均值。
试验二、抗紫外线性能测试
参照GB/T3979-2008《物体色的测量方法》中的光谱光度测试法以及GB/T7921-1997《均匀色空间和色差公式》中的色差计算方法对未经紫外线照射的样品以及经紫外线照射的样品进行色差测试，并取平均值。
检测结果：实施例1-16以及对比例1-2检测结果具体如表4所示。
表4 实施例1-16以及对比例1-2的检测结果表
| 冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>） | 平均色差 | 冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>） | 平均色差 | ||
| 实施例1 | 45.6 | 0.87 | 实施例10 | 45.6 | 0.88 |
| 实施例2 | 46.9 | 0.53 | 实施例11 | 45.7 | 0.87 |
| 实施例3 | 46.2 | 0.62 | 实施例12 | 44.5 | 1.01 |
| 实施例4 | 45.9 | 0.64 | 实施例13 | 44.6 | 0.99 |
| 实施例5 | 47.7 | 0.47 | 实施例14 | 44.2 | 1.12 |
| 实施例6 | 47.3 | 0.49 | 实施例15 | 44.1 | 1.14 |
| 实施例7 | 48.1 | 0.36 | 实施例16 | 44.4 | 1.03 |
| 实施例8 | 47.9 | 0.39 | 对比例1 | 41.3 | 3.10 |
| 实施例9 | 48.4 | 0.32 | 对比例2 | 42.4 | 2.98 |
结合实施例1以及对比例1并结合表4可以看出，相对于对比例1来说，实施例1的冲击强度显著提高，而实施例1的色差显著降低，由此说明深色空心玻璃微珠可以提升耐老化PC、ABS复合材料的抗紫外线性能。
而结合实施例1-2以及对比例1-2并结合表4可以看出，相对于对比例1来说，实施例1的冲击强度提升了4.3KJ/m2，实施例1的色差降低了2.23，对比例2的冲击强度提升了1.14.3KJ/m2，对比例2的色差降低了0.12，而实施例2的冲击强度提升了5.6KJ/m2，实施例2的色差降低了2.57，由此可以看出，实施例2的抗紫外线性能的提升幅度明显大于对比例2的抗紫外线性能的提升幅度以及实施例1的抗紫外线性能的提升幅度之和，因此，苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P与制备例1具有一定的协配作用。
结合实施例2-4并结合表4可以看出，相对于实施例2来说，实施例3-4的冲击强度均有所降低，而实施例3-4的色差却有所提高，由此说明各原料在实施例2的重量比例下可以更为有效地提升耐老化PC、ABS复合材料的抗紫外线性能。
结合实施例2以及实施例5-6并结合表4可以看出，相对于实施例2来说，实施例6的冲击强度略微有所提升，实施例6的色差略微有所下降，实施例5的冲击强度明显有所提升，实施例5的色差明显有所下降，由此说明，苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326与苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327与制备例1也具有一定的协配作用，且苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326的效果最好，苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327次之。
而结合实施例5以及实施例7-9并结合表4可以看出，相对于实施例5来说，实施例7-9的冲击强度均明显有所提升，实施例7-9的色差均明显有所下降。其中，实施例9的冲击强度提升最多，实施例9的色差下降最多，由此说明，苯并三唑类紫外线吸收剂UV-326与苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327的混合具有一定的协配效果，且在实施例9的重量比例下效果最佳。
结合实施例2以及实施例10-11并结合表4可以看出，相对于实施例2来说，实施例10-11的冲击强度均明显有所下降，实施例10-11的色差均明显有所提升，由此说明，深色空心玻璃微珠的各原料在制备例1的重量比例下可以更为有效地提升耐老化PC、ABS复合材料的抗紫外线性能。
结合实施例2以及实施例12-13并结合表4可以看出，相对于实施例2来说，实施例12-13的冲击强度均明显有所下降，实施例12-13的色差均明显有所提升，由此说明，氧化锌的粒径为30nm时可以更为有效地提升耐老化PC、ABS复合材料的抗紫外线性能。
结合实施例2以及实施例14-15并结合表4可以看出，相对于实施例2来说，实施例14-15的冲击强度均明显有所下降，实施例14-15的色差均明显有所提升，由此说明，碳黑的粒径为24nm时可以更为有效地提升耐老化PC、ABS复合材料的抗紫外线性能。
结合实施例2、实施例16以及对比例1并结合表4可以看出，虽然相对于对比例1来说，实施例16的冲击强度有所提升，实施例16的色差有所下降，但是与实施例2相比，实施例16的冲击强度的提升幅度较小，色差的下降幅度较低，由此说明，深色空心玻璃微珠的空腔结构具有提升耐老化PC、ABS复合材料的抗紫外线性能的效果，而相对于空腔内填充CO2来说，空腔内填充SO2可以通过对紫外线的吸收进一步提升耐老化PC、ABS复合材料的抗紫外线性能的效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种耐老化PC、ABS复合材料，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：50-70份PC树脂、25-35份ABS树脂、20-40份深色空心玻璃微珠以及2-8份相容剂，且所述深色空心玻璃微珠的粒径介于0.01-0.1mm之间；所述深色空心玻璃微珠的制备方法包括以下步骤：
（1）将玻璃粉、氧化锌、碳黑以及过硫酸钠混合搅拌，得到混合粉料；
（2）将混合粉料在600-800℃的温度下进行加热熔融得到玻璃熔液，此时，过硫酸钠分解得到SO3并部分溶解于玻璃熔液内，随后将溶解有SO3的玻璃熔液进行冷却，得到玻璃熔块；
（3）将玻璃熔块球磨粉碎得到玻璃粉末，随后将玻璃粉末放置于成珠炉内，并在1300-1500℃的温度下进行重沸发泡，此时，SO3受热分解得到SO2以及O2，而熔融的玻璃粉末逐渐包覆于SO2以及O2上，最后再冷却筛选得到深色空心玻璃微珠。
2.根据权利要求1所述的耐老化PC、ABS复合材料，其特征在于：所述深色空心玻璃微珠由包括以下重量份的原料制成：12-24份玻璃粉、4-8份氧化锌、4-8份过硫酸钠以及0.2-1.8份碳黑。
3.根据权利要求2所述的耐老化PC、ABS复合材料，其特征在于：所述碳黑的粒径介于20-30nm之间。
4.根据权利要求2所述的耐老化PC、ABS复合材料，其特征在于：所述氧化锌的粒径介于15-60nm之间。
5.根据权利要求2所述的耐老化PC、ABS复合材料，其特征在于：还包括1-3重量份苯并三唑类紫外线吸收剂，且所述苯并三唑类紫外线吸收剂为UV-P、UV-326以及UV-327中的一种或者几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的耐老化PC、ABS复合材料，其特征在于：所述苯并三唑类紫外线吸收剂为UV-326以及UV-327的混合物。
7.根据权利要求6所述的耐老化PC、ABS复合材料，其特征在于：所述UV-326以及UV-327的重量比例为2:1。
8.一种权利要求1-7任一所述的耐老化PC、ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将PC树脂、ABS树脂、深色空心玻璃微珠以及相容剂进行混合，得到耐老化PC、ABS复合材料原料；
S2、将耐老化PC、ABS复合材料原料添加至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到耐老化PC、ABS复合材料。
9.一种权利要求1-7任一所述的耐老化PC、ABS复合材料的应用，其特征在于，所述耐老化PC、ABS复合材料适用于制备汽车内饰件。
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