CN114316236B - 一种耐高温聚碳酸酯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温聚碳酸酯材料及其制备方法，聚碳酸酯的原料包括100‑120份双酚A，18‑33份双酚S，40‑50份氢氧化钠，0.5‑3份十六烷基三甲基溴化铵，5‑8份三乙胺，75‑100份二氯甲烷，55‑70份三光气，1.2‑2.75份扩链剂，5‑12份增韧剂，75‑100份去离子水。本发明制备得到的聚碳酸酯材料具有良好的耐高温性能和韧性，并且聚碳酸酯材料还具有良好的稳定性，可以应用于高热环境中。
Description
技术领域
本发明属于C08L33/04、C08K9/06领域，具体涉及一种耐高温聚碳酸酯材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯材料跻身于五大工程塑料，有广阔的应用领域，市场需求量仅次于聚酰胺。然而，聚碳酸酯材料在应用过程中，常常会因其本身具有的耐高温性能的不足而受到制约。
中国专利CN110835460A中为了改善聚碳酸酯材料的耐高温能力，将95～99.5份聚碳酸酯、0.1～2份有机硅物质和磺酸盐有机物的混合物、0.1～0.5份抗氧化剂共混挤出得到耐高温的聚碳酸酯材料。中国专利CN109021534A中为了得到耐高温的聚碳酸酯组合物，将市售得到的聚碳酸酯与多种助剂共混。这些专利虽然都最终得到的耐高温的聚碳酸酯，但是为了维持得到的产物的性能，需要加入大量的功能助剂。基于此本发明提出了一种耐高温聚碳酸酯材料及其制备方法，从聚碳酸酯的合成入手，通过改变聚碳酸酯中分子链的结构，提高耐高温性能。
发明内容
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，包括以下原料：双酚类物质、碱金属氢氧化物、催化剂、酸吸收剂、二氯甲烷、三光气、助剂、去离子水。
优选的，所述双酚类物质为双酚S和双酚A的混合物。
优选的，所述双酚S和双酚A的摩尔比为1：3-6。
优选的，所述双酚S和双酚A的摩尔比为1：4-6。
优选的，所述碱金属氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的任一种。
优选的，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠。
优选的，所述催化剂为十六烷基三甲基溴化铵。
优选的，所述酸吸收剂为三乙胺。
优选的，所述助剂选自扩链剂、增韧剂、封端剂、阻燃剂中的至少一种。
优选的，所述增韧剂选自丙烯酸类增韧剂、丙烯酸酯类增韧剂、有机硅类增韧剂、聚有机硅类增韧剂中的至少一种。
优选的，所述有机硅类增韧剂选自羟基封端的二硅氧烷、乙氧基封端的二硅氧烷、羧基封端的二硅氧烷、环氧基封端的二硅氧烷中的至少一种。
优选的，所述羟基封端的二硅氧烷选自1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二(4-羟基丁基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二-(2-甲基-3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷中的至少一种。
优选的，所述乙氧基封端的二硅氧烷选自1,1,3,3-四乙氧基-1,3-二甲基二硅氧烷、1,3-二乙氧基-1,1,3,3-四甲基-二硅氧烷、二乙氧基四苯基二硅氧烷中的至少一种。
优选的，所述环氧基封端的硅氧烷选自1,1,3,3-四甲基-1-[3-(2-环氧乙烷基甲氧基)丙基]二硅氧烷、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四[3-(环氧乙烷基甲氧基)丙基]环四硅氧烷、1,1,1,3,5,7,7,7-八甲基-3,5-二[3-(环氧乙烷基甲氧基)丙基]四硅氧烷中的至少一种。
优选的，所述增韧剂为1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
优选的，所述扩链剂选自环氧基扩链剂、噁唑啉基扩链剂、异氰酸酯类扩链剂、多元醇类扩链剂中的至少一种。
优选的，所述噁唑啉基扩链剂选自聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂或聚苯乙烯-丙烯腈接枝噁唑啉结构扩链剂。
优选的，所述噁唑啉基扩链剂为聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂，购买于日本触媒公司，型号为RPS-1005。
优选的，所述双酚S与扩链剂的重量份数比为8-15：1。
优选的，所述双酚S与扩链剂的重量份数比为12-15：1。
优选的，所述原料按重量份数计，包括100-120份双酚A，18-33份双酚S，40-50份氢氧化钠，0.5-3份十六烷基三甲基溴化铵，5-8份三乙胺，75-100份二氯甲烷，55-70份三光气，1.2-2.75份扩链剂，5-12份增韧剂，75-100份去离子水。
本发明第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将双酚S、双酚A、碱金属氢氧化物、二氯甲烷、催化剂、酸吸收剂、去离子水加入搅拌反应容器中，在一定温度下搅拌均匀，使得双酚A和双酚S完全溶解；
(2)加入三光气，搅拌均匀，反应40-60min，得到聚碳酸酯预聚体；
(3)再加入助剂，搅拌反应；
(4)静置得到油水两相混合液体，分离下层油相，加入低分子醇，沉淀过滤，得到所述聚碳酸酯。
优选的，所述步骤(1)中的反应温度为30-40℃，优选为35℃。
优选的，所述步骤(4)中的低分子醇为甲醇。
申请人在试验过程中发现，按照本申请所述的方法制备得到的聚碳酸酯，具有良好的耐高温性能和韧性，申请人推测可能的原因是，双酚A和双酚S混合使用，在聚碳酸酯分子链中引入砜基，提高了聚碳酸酯材料耐高温性，聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂的加入，通过噁唑啉结构的开环，可以与聚碳酸酯预聚体中的羟基、砜基等活性基团反应，达到扩链或者是聚碳酸酯接枝支链的目的，提高聚碳酸酯分子链的柔性，提高聚碳酸酯的韧性，并且在加入聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂的基础上在加入有机硅类增韧剂，使得有机硅类增韧剂与聚碳酸酯发生酯交换反应或封端反应，进一步提高了聚碳酸酯的耐高温性能、韧性和稳定性。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1.本发明制备得到的聚碳酸酯采用双酚A和双酚S混合物作为原料，在聚碳酸酯分子结构的主链上引入砜基，提高了聚碳酸酯的耐高温性能。
2.本发明制备得到的聚碳酸酯，在制备过程中加入扩链剂、增韧剂等助剂，利用扩链剂、增韧剂中的官能团与聚碳酸酯预聚体中的活性基团反应，进一步提高了聚碳酸酯的耐高温性能，还提高了聚碳酸酯的韧性和稳定性。
3.本发明所述的聚碳酸酯的制备工艺，工艺流程简单，适合于工业规模的生产。
具体实施方式
实施例1
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，原料按重量份数计，包括110份双酚A，24份双酚S，50份氢氧化钠，1.2份十六烷基三甲基溴化铵，6份三乙胺，90份二氯甲烷，60份三光气，1.8份聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂，6份1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，80份去离子水。
本发明第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将双酚S、双酚A、氢氧化钠、二氯甲烷、十六烷基三甲基溴化铵、酸三乙胺、去离子水加入搅拌反应容器中，在35℃下搅拌均匀，使得双酚A和双酚S完全溶解；
(2)加入三光气，搅拌均匀，反应60min，得到聚碳酸酯预聚体；
(3)再加入聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂、1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，搅拌反应；
(4)静置得到油水两相混合液体，分离下层油相，加入甲醇，沉淀过滤，得到所述聚碳酸酯。
其中，三光气购买于武汉华翔科洁生物技术有限公司，CAS号：32315-10-9。
十六烷基三甲基溴化铵购买于上海升纬化工原料有限公司。
聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂，购买于日本触媒公司，型号为RPS-1005。
1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷购买于麦卡希试剂网，CAS号：18001-97-3。
实施例2
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，原料按重量份数计，包括120份双酚A，33份双酚S，50份氢氧化钠，2份十六烷基三甲基溴化铵，8份三乙胺，100份二氯甲烷，65份三光气，1.8份聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂，6份1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，85份去离子水。
本发明第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将双酚S、双酚A、氢氧化钠、二氯甲烷、十六烷基三甲基溴化铵、酸三乙胺、去离子水加入搅拌反应容器中，在35℃下搅拌均匀，使得双酚A和双酚S完全溶解；
(2)加入三光气，搅拌均匀，反应60min，得到聚碳酸酯预聚体；
(3)再加入聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂、1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，搅拌反应；
(4)静置得到油水两相混合液体，分离下层油相，加入甲醇，沉淀过滤，得到所述聚碳酸酯。
实施例3
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，加入100.5份双酚A，加入33.5份双酚S。
实施例4
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，加入67份双酚A，加入67份双酚S。
实施例5
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，加入8份聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂。
实施例6
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，加入0.2份聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂。
实施例7
本发明第一个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料，第二个方面提出了一种耐高温聚碳酸酯材料的制备方法，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，不加入1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
性能测试
将实施例制得的聚碳酸酯通过挤出机和压片机，得到厚度为1mm的片状聚碳酸酯，进行拉伸模量、断裂伸长率、缺口冲击强度测试。将片状聚碳酸酯放入90℃的热老化箱中，放置240小时，取出后进行拉伸模量、断裂伸长率、缺口冲击强度测试。所有数据记录在表1中。
1.拉伸模量
参考GB/T 1040.2-2006进行拉伸模量测试。
2.断裂伸长率
参考GB/T 1040.2-2006进行断裂伸长率测试，拉伸速率为3mm/min。
3.缺口冲击强度
参考GB/T 1043.1-2008进行缺口冲击强度测试。
表1
Claims (1)
1.一种耐高温聚碳酸酯材料，其特征在于，原料按重量份数计，包括110份双酚A，24份双酚S，50份氢氧化钠，1.2份十六烷基三甲基溴化铵，6份三乙胺，90份二氯甲烷，60份三光气，1.8份聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂，6份1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，80份去离子水；
所述材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将双酚S、双酚A、氢氧化钠、二氯甲烷、十六烷基三甲基溴化铵、三乙胺、去离子水加入搅拌反应容器中，在35℃下搅拌均匀，使得双酚A和双酚S完全溶解；
（2）加入三光气，搅拌均匀，反应60min，得到聚碳酸酯预聚体；
（3）再加入聚苯乙烯接枝噁唑啉结构扩链剂、1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，搅拌反应；
（4）静置得到油水两相混合液体，分离下层油相，加入甲醇，沉淀过滤，得到所述聚碳酸酯。
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