CN114230953B - 一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物及其制备方法和应用。本发明所述透明树脂组合物，包括如下重量份的组分：SAN树脂10～30份，PMMA树脂40～60份，MBS树脂0～30份，玻璃纤维10～20份，SMA树脂3～7份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂0.1～0.5份。本发明采用SAN和PMMA作为基体树脂，MBS作为增韧剂，SMA作为透明改性剂，在添加有玻璃纤维的情况下，改善了透明树脂的力学性能和尺寸稳定性，同时保持了优异的透明度。本发明透明树脂组合物的透光率≥80％，拉伸强度≥85MPa，缺口冲击强度≥8.0kJ/m2，线性热膨胀系数≤46μm/(m·℃)。

Description

一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物及其制备方法和应用。
背景技术
透明树脂材料是指在日常光线中透光率在80％以上的高分子材料，此类材料以其特有的光学性能，在光学部件、包装、建筑、医疗产品、光导纤维和光盘材料等领域得到广泛应用。常用的透明树脂材料主要包括PMMA、SAN、PC、GPPS、PET、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂(MS)等。
近年来随着科学技术的发展，对透明树脂材料的要求越来越高，例如要求透明树脂材料具有更高的刚性、更优异的尺寸稳定性。例如家电设备的透明视窗制品，既要求材料透明度高，又需要力学性能好，尺寸稳定性高。
使用玻璃纤维增强是一种很重要的改性方式，玻璃纤维的加入可以明显的提高材料的刚性，并减少其线性热膨胀系数，具有更优异的尺寸稳定性，从而使其适用于对强度、尺寸稳定性要求更高的制件中。但玻璃纤维的加入会严重影响会严重影响材料的透明性，从而失去材料本身的特性，在对透明性要求较高的领域无法使用。
因此，需要开发一种具有优异尺寸稳定性和力学性能的透明树脂组合物。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的尺寸稳定性、力学性能与透明性不能兼具的缺陷，提供一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物，通过SAN树脂和PMMA树脂作为基体树脂，MBS作为增韧剂，SMA作为透明改性剂，在添加有玻璃纤维的情况下，改善了透明树脂的力学性能和尺寸稳定性，同时保持了优异的透明度。
本发明的另一目的在于提供上述透明树脂组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述透明树脂组合物的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物，包括如下重量份的组分：
苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN树脂)10～30份，
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA树脂)40～60份，
增韧剂10～30份，
玻璃纤维10～20份，
透明改性剂3～7份，
润滑剂0.1～1份，
抗氧剂0.1～0.5份；
所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS树脂)，所述透明改性剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA树脂)。
本发明采用SAN树脂和PMMA树脂作为基体树脂，MBS作为增韧剂，SMA作为透明改性剂，在添加有玻璃纤维的情况下，改善了透明树脂的力学性能和尺寸稳定性，同时保持了优异的透明度。
MBS作为增韧剂，加至SAN/PMMA体系内，使得材料在保持高透明性的情况下，韧性显著改善。
玻璃纤维自身的折光指数一般为1.55～1.57，与SAN树脂、PMMA树脂的折光指数有一定差异，在SAN/PMMA体系中添加玻璃纤维通常会引起材料透明度下降。发明人研究发现，SMA与玻璃纤维具有优异的相容性，透明树脂组合物在混合过程中SMA优先富集于玻璃纤维的表面，从而降低玻璃纤维折光指数对材料透明度的影响。
优选地，所述SAN树脂中丙烯腈含量为20～30wt.％。
更优选地，所述SAN树脂中丙烯腈含量为25～28wt.％。
优选地，所述SAN树脂在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为10～80g/10min。
更优选地，所述SAN树脂在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为25～30g/10min。
优选地，所述PMMA树脂在230℃，3.8kg条件下的熔体流动速率为2～30g/10min。
更优选地，所述PMMA树脂在230℃，3.8kg条件下的熔体流动速率为18～25g/10min。
优选地，所述SMA树脂中马来酸酐含量为18～25wt.％。
优选地，所述玻璃纤维的平均直径为11～17μm。
优选地，所述润滑剂为脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸盐、硅酮或N,N'-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
优选地，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和/或三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
优选地，所述透明树脂组合物，包括如下重量份的组分：
SAN树脂15～25份，PMMA树脂45～55份，增韧剂15～25份，玻璃纤维10～15份，透明改性剂4～6份，润滑剂0.5～0.8份，抗氧剂0.2～0.3份。
本发明还保护上述透明树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：
将SAN树脂、PMMA树脂、增韧剂、透明改性剂、润滑剂和抗氧剂混合后加至挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口，经熔融混合、挤出造粒，得到所述透明树脂组合物。
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选地，所述双螺杆挤出机的喂料转速为200～350r/min；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区220～250℃，二区220～240℃，三区210～220℃，四区210～230℃，五区210～230℃，口模温度220～230℃，螺杆转速100～500r/min，真空度为-0.08～-0.1MPa。
本发明还保护上述透明树脂组合物在制备家电设备的透明视窗中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物。采用SAN树脂和PMMA树脂作为基体树脂，MBS作为增韧剂，SMA作为透明改性剂，在添加有玻璃纤维的情况下，改善了透明树脂的力学性能和尺寸稳定性，同时保持了优异的透明度。本发明的透明树脂组合物的透光率≥80％，且拉伸强度≥85MPa，缺口冲击强度≥8.0kJ/m2，线性热膨胀系数≤46μm/(m·℃)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；
Figure BDA0003418277850000031
Figure BDA0003418277850000041
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1～17
实施例1～17分别提供一种透明树脂组合物，组分含量见表1，制备方法如下：
按照表1将除玻璃纤维外的其他组分混合后加至双螺杆挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口，经熔融混合、挤出造粒，得到透明树脂组合物；
其中双螺杆挤出机的喂料转速为200～350r/min；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区220～250℃，二区220～240℃，三区210～220℃，四区210～230℃，五区210～230℃，口模温度220～230℃，螺杆转速100～500r/min，真空度为-0.08～-0.1MPa。
表1实施例1～17的透明树脂组合物的组分含量(重量份)
Figure BDA0003418277850000051
Figure BDA0003418277850000052
对比例1～7
对比例1～7分别提供一种树脂组合物，组分含量见表2，制备方法与实施例相同。
表2对比例1～7的树脂组合物的组分含量(重量份)
Figure BDA0003418277850000053
Figure BDA0003418277850000061
性能测试
对上述实施例及对比例制备的树脂组合物进行性能测试，具体方法如下：
拉伸强度：按照ISO 527-1-2012标准进行测试，拉伸速度50mm/min；
缺口冲击强度：按照ISO 179-1-2010标准进行测试，缺口类型为A型；
透光率：将透明树脂组合物使用宁波海天博创注射成型机BS650-Ⅲ制样为2mm方板，注塑温度设定为230-240-240-250℃，按照ISO 13468-1-2019标准进行测试；
线性热膨胀系数：按照ISO 11359-1-2014标准进行测试。
实施例及对比例的测试结果见表3和表4。
表3实施例1～17的测试结果
Figure BDA0003418277850000062
根据表3的测试结果，本发明各实施例制备的透明树脂组合物的透光率均≥80％，拉伸强度≥85MPa，缺口冲击强度≥8.0kJ/m2，线性热膨胀系数≤46μm/(m·℃)。
由实施例1～6，SAN树脂在满足丙烯腈含量为20～30wt.％、在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为10～80g/10min的情况下，透明树脂组合物的线性热膨胀系数均较低、透光率良好；其中实施例1和2的透明树脂组合物的拉伸强度和缺口冲击强度相对更高。因此SAN树脂的丙烯腈含量优选为25～28wt.％，在220℃，10kg条件下的熔体流动速率优选为25～30g/10min。
由实施例1、实施例7～9，实施例1和实施例7的透光率更高，且缺口冲击强度更优，PMMA树脂在230℃，3.8kg条件下的熔体流动速率优选为18～25g/10min。
根据实施例1和实施例10、11，SMA树脂中马来酸酐含量为18～25wt.％时，玻璃纤维与其他组分间的相容性更优，透明树脂组合物的力学性能相对更好，特别是透光率更高。
在实施例1和实施例12～17中，实施例16的透光率相对略差，实施例17的线性热膨胀系数相对略高，实施例1和实施例12～15具有更对更优的综合性能。因此透明树脂组合物的组分含量优选为：SAN树脂15～25份，PMMA树脂45～55份，增韧剂15～25份，玻璃纤维10～15份，透明改性剂4～6份，润滑剂0.5～0.8份，抗氧剂0.2～0.3份。
表4对比例1～7的测试结果
Figure BDA0003418277850000071
对比例1中不含玻璃纤维，也不含MBS、SMA，即透明树脂组合物的树脂基体仅为SAN树脂和PMMA树脂，透明树脂组合物的线性热膨胀系数高，说明尺寸稳定性差；缺口冲击强度和拉伸强度都较低。
对比例2中不含MBS、SMA，与对比例1相比仅额外添加了玻璃纤维，可以看出，虽然对比例2的尺寸稳定性和拉伸强度有一定改善，但透光率大大下降。
对比例3与实施例1相比，缺少MBS，制得的透明树脂组合物的韧性较差。
对比例4与实施例1相比，缺少SMA，制得的透明树脂组合物的透光率仅为74％，仍达不到透明树脂的高透明要求。
对比例5中，玻璃纤维的含量过高，透明树脂组合物的透光率较低。
对比例6和7中，使用其他种类的增韧剂(ABS树脂)或使用SAM树脂替换SMA树脂，制得的树脂组合物虽然力学性能和尺寸稳定性良好，但透明度较差。
因此，可以看出本发明透明树脂组合物中，MBS、SMA、玻璃纤维与SAN和PMMA是通过协同增效作用，从而获得了力学性能和尺寸稳定性优异，且透明度高的透明树脂组合物。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种尺寸稳定、力学增强的透明树脂组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
SAN树脂 10～30份，
PMMA树脂 40～60份，
增韧剂 10～30份，
玻璃纤维 10～20份，
透明改性剂 3～7份，
润滑剂 0.1～1份，
抗氧剂 0.1～0.5份；
所述增韧剂为MBS树脂，所述透明改性剂为SMA树脂；
所述SAN树脂中丙烯腈含量为25～28wt.％；
所述PMMA树脂在230℃，3.8kg条件下的熔体流动速率为18～25g/10min。
2.根据权利要求1所述透明树脂组合物，其特征在于，所述透明树脂组合物，包括如下重量份的组分：
SAN树脂 15～25份，
PMMA树脂 45～55份，
增韧剂 15～25份，
玻璃纤维 10～15份，
透明改性剂 4～6份，
润滑剂 0.5～0.8份，
抗氧剂 0.2～0.3份。
3.根据权利要求1所述透明树脂组合物，其特征在于，所述SAN树脂在220℃，10kg条件下的熔体流动速率为10～80g/10min。
4.根据权利要求1所述透明树脂组合物，其特征在于，所述SMA树脂中马来酸酐含量为18～25wt.％。
5.根据权利要求1所述透明树脂组合物，其特征在于，所述玻璃纤维的平均直径为11～17μm。
6.权利要求1～5任一项所述透明树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：
将SAN树脂、PMMA树脂、增韧剂、透明改性剂、润滑剂和抗氧剂混合后加至挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口，经熔融混合、挤出造粒，得到所述透明树脂组合物。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机的喂料转速为200～350r/min；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区220～250℃，二区220～240℃，三区210～220℃，四区210～230℃，五区210～230℃，口模温度220～230℃，螺杆转速100～500r/min，真空度为-0.08～-0.1MPa。
8.权利要求1～5任一项所述透明树脂组合物在制备透明视窗制品中的应用。
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