CN114316552B - 耐候隔热pc/pmma复合材料及其制备方法 - Google Patents
耐候隔热pc/pmma复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种具有耐候、隔热性能的PC/PMMA合金材料，组成包括：聚碳酸酯60%～80％；聚甲基丙烯酸甲酯10%～20％；复合型增韧剂：1%～5%；复配相容剂：0.5%～4%；扩链剂：0.1％～0.5％；偶联剂：1％～6％；抗氧剂：0.1％～0.3％；纳米ATO：0.5％～12％；导热填料：5%～20%；润滑剂：0.05％～0.3％；紫外线吸收剂：0.2％～1％。本发明将PC、PMMA和多种复配改性助剂通过高容积、高扭矩的同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，制得适用于建筑、汽车工业、电子电器等高端应用领域的PC/PMMA合金材料。该材料同时具有良好力学性能、耐候性能以及隔热性能，并有良好的透光性，在多个应用领域中可实现绿色安全、节能降耗的功能。
Description
技术领域
本发明属于PC复合材料技术领域，具体涉及一种耐候隔热型PC/PMMA复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸酯（PMMA）是两种重要的透明聚合物材料，具有良好的综合性能，两者具有一定的相容性，且两者都广泛的应用于家电、汽车、电子电气等各个领域。然而PC和PMMA的自身缺点限制了材料的进一步应用，通常PMMA 表现出优异的透光性和高表面硬度，但是冲击强度和耐热性均较低。相较而言，PC则有着良好的韧性和很高的玻璃化转变温度，而PC表面硬却很低。通过一定的技术手段，两者共混物之间特性互补，可改善PC的耐摩擦性能，耐溶剂性能及加工性能，且PC/PMMA共混物可以体现出表面硬度高、色泽美丽等特性，可在工业上得到广泛应用。
太阳光中的紫外光具有较短的波长和较高的能量，且由于其能量与化学反应所牵涉的能量大小近似，具有较强的化学效应；太阳能中的红外光具有特别显著的热效应，这两种光线对高分子材料都具有很强的破坏性。随着高分子材料在建筑、电子电器、汽车工业等领域的拓展应用，材料在力学、透光等方面的具有优异性的同时兼顾耐候、隔热等特性的需要被不断提高。可见光可以保障车内和室内的采光，减少照明能耗，因而应当保证可见光具有一定的透过率；而近红外光携带的能量在炎热的夏季却需要被遮蔽在车外和室外以减少空调的制冷负荷从而达到节能减排的目的。因此，屏蔽近红外和紫外光可以有效减少汽车和建筑的高能耗，也降低电子电器的使用风险。
已有研究证明，ATO（锑掺杂二氧化锡）纳米材料的隔热机理是以吸收红外为主、反射红外为辅。纳米ATO对太阳光谱具有理想的选择性，即在可见光波长范围内透过率高，而对红外光却有很好的吸收和反射，已成为解决透明隔热问题的理想材料。因此，结合高分子材料在各方面的优缺点，利用先进纳米材料进行功能化改良，开发出一种应该场景广泛、绿色节能、安全可靠的耐候隔热型透明材料，对进一步拓展PC/PMMA的应用前景具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，该材料同时具有良好力学性能、耐候性能以及隔热性能，并有良好的透光性，在多个应用领域中可实现绿色安全、节能降耗的功能。
本发明的另一目的在于提供具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料的制备方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现。
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，包括如下按质量百分比所组分：
PC：60％～80％；
PMMA：10％～20％；
复合型增韧剂：1%～5%；
复配相容剂：0.5%～4%；
扩链剂：0.1％～0.5％；
偶联剂：1％～6％；
抗氧剂：0.1％～0.3％；
纳米ATO：0.5％～12％；
导热填料：5%～20%；
润滑剂：0.05％～0.3％；
紫外线吸收剂：0.2％～1％。
一般地，所述PC熔融指数为7~15g/10min，所述PC的玻璃化温度为145～150℃。
所述PMMA熔融指数2~8g/10min，采用本体聚合工艺生产。
所述复合型增韧剂选自核壳结构MBS增韧剂、有机硅核壳结构增韧剂、EMA增韧剂中的2种，按照质量比2:1~5:1混合配制。
所述复配相容剂由SMA与EMA按质量比2:1~1:1混合配制。其中苯乙烯马来酸酐共聚物（SMA）优选低分子量的苯乙烯-马来酸酐共聚物，优选珀力科聚Polyscope 2025；其中乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA）优选美国杜邦Elvaloy 1125。
所述扩链剂选自BASF公司生产的Joncryl®ADR系列，优选型号ADR-4468产品。
所述偶联剂选自天辰化工公司生产的钛酸酯偶联剂，产品牌号TC-2。
所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168的混合物，优选质量比例为2:1。
所述纳米ATO选自昆山卡斯特高分子材料有限公司生产的nanophase纳米级ATO，平均粒径10~30nm。
所述导热填料为片状石墨烯（FGE）和氮化硼（BN）按质量比1:1~1:3配制。
所述润滑剂选自白油、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅烷聚合物中的2种，按等比例混合配制，优选白油与硅烷聚合物的混合物。
所述紫外线吸收剂选用不同种类的苯并三唑和二苯甲酮按质量比1:1混合，并加入适量炭黑进行复配。
本发明还提供了具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）选择同向双螺杆挤出机，螺杆直径比1.55或1.66，螺杆比扭矩15Nm/cm3，使物料和助剂达到最佳共混挤出效果；
（2）将PC原料进行烘干处理，烘干时间：3～7h，烘干温度：110~130℃； 将PMMA原料进行烘干处理，烘干时间：3～7h，烘干温度：70~90℃；其他试剂在真空45℃下干燥8h；
（3）设置挤出机加工温度：210～270℃，各区段温度梯度：10℃，冷却水温：30～50℃；
（4）将PC、PMMA及助剂按配方比例称量后依次加入高混机混合均匀，再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融共混挤出、水冷、风冷干燥、造粒，得到权利要求书所述合金材料。
优选的，步骤（2）所述PC烘干温度在120℃下进行，干燥至含水量低于0.02%；步骤（2）所述PMMA烘干温度在85℃下进行，干燥至含水量低于0.02%。
优选的，步骤（3）所述挤出机加工温度在220～260℃，主机转速为150~300RPM。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
（1）本发明的PC/PMMA复合材料中选用的PC和PMMA均为特定熔融指数范围，其中PMMA为本体聚合工艺生产，其杂质残留低，溶剂残留少，透光率高，通过二者按比例组合可以显著提高材料在复杂条件下的稳定性和透光性；
（2）本发明使用的增韧剂、相容剂、抗氧剂、紫外线吸收剂均为复配体系，在降低助剂添加量的同时，最大程度发挥了助剂对合金性能的改善增强作用，显著提高了PC/PMMA复合材料的耐候及隔热性能并保证了材料对力学性能的要求；
（3）本发明使用的导热填料为石墨烯（FGE）和氮化硼（BN）按特定比例配制而成，可显著提高复合材料的导热系数，使得分散在体系中的ATO吸收的红外热及时地散发出去，从而提高隔热效果；
（4）本发明采用高容积、高扭矩的同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，可以显著提高材料的混炼分散效果，在较低的熔体温度条件下获得更高性能的目标产品。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施例，对本发明作进一步的解释和说明。此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(60%)、PMMA树脂(15%)、核壳结构MBS增韧剂（1.5%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.5%）、相容剂SMA（1%）、相容剂EMA（1%）、扩链剂ADR-4468（0.2%）、钛酸酯偶联剂TC-2（3%）、抗氧剂1010（0.12%）、抗氧剂168（0.08%）、纳米ATO（5%）、石墨烯FGE（6%）、氮化硼BN（6%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.2%）、苯并三唑（0.1%）、二苯甲酮（0.1%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例2
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(65%)、PMMA树脂(10%)、核壳结构MBS增韧剂（2%）、有机硅核壳结构增韧剂（1%）、相容剂SMA（2%）、相容剂EMA（1%）、扩链剂ADR-4468（0.3%）、钛酸酯偶联剂TC-2（2%）、抗氧剂1010（0.06%）、抗氧剂168（0.04%）、纳米ATO（8%）、石墨烯FGE（4%）、氮化硼BN（4%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.2%）、苯并三唑（0.1%）、二苯甲酮（0.1%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例3
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(65%)、PMMA树脂(12%)、核壳结构MBS增韧剂（1.5%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.5%）、相容剂SMA（1.5%）、相容剂EMA（1%）、扩链剂ADR-4468（0.3%）、钛酸酯偶联剂TC-2（3%）、抗氧剂1010（0.2%）、抗氧剂168（0.1%）、纳米ATO（8%）、石墨烯FGE（2%）、氮化硼BN（4%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.3%）、苯并三唑（0.2%）、二苯甲酮（0.2%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例4
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(70%)、PMMA树脂(12%)、核壳结构MBS增韧剂（2.5%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.5%）、相容剂SMA（2%）、相容剂EMA（2%）、扩链剂ADR-4468（0.1%）、钛酸酯偶联剂TC-2（2%）、抗氧剂1010（0.2%）、抗氧剂168（0.1%）、纳米ATO（2.5%）、石墨烯FGE（2%）、氮化硼BN（3%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.5%）、苯并三唑（0.2%）、二苯甲酮（0.2%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例5
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(65%)、PMMA树脂(12%)、核壳结构MBS增韧剂（1.5%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.5%）、相容剂SMA（2%）、相容剂EMA（2%）、扩链剂ADR-4468（0.2%）、钛酸酯偶联剂TC-2（4%）、抗氧剂1010（0.06%）、抗氧剂168（0.04%）、纳米ATO（6%）、石墨烯FGE（2%）、氮化硼BN（4%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.2%）、苯并三唑（0.2%）、二苯甲酮（0.1%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例6
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(70%)、PMMA树脂(10%)、核壳结构MBS增韧剂（0.75%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.25%）、相容剂SMA（0.5%）、相容剂EMA（0.5%）、扩链剂ADR-4468（0.1%）、钛酸酯偶联剂TC-2（2%）、抗氧剂1010（0.06%）、抗氧剂168（0.04%）、纳米ATO（10%）、石墨烯FGE（2%）、氮化硼BN（3%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.2%）、苯并三唑（0.2%）、二苯甲酮（0.2%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例7
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(65%)、PMMA树脂(15%)、核壳结构MBS增韧剂（1.5%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.5%）、相容剂SMA（2%）、相容剂EMA（1%）、扩链剂ADR-4468（0.2%）、钛酸酯偶联剂TC-2（3%）、抗氧剂1010（0.06%）、抗氧剂168（0.04%）、纳米ATO（7%）、石墨烯FGE（1%）、氮化硼BN（3%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.2%）、苯并三唑（0.2%）、二苯甲酮（0.1%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
对比例1
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(75%)、PMMA树脂(15%)、核壳结构MBS增韧剂（0.75%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.25%）、相容剂SMA（0.25%）、相容剂EMA（0.25%）、扩链剂ADR-4468（0.1%）、钛酸酯偶联剂TC-2（1%）、抗氧剂1010（0.06%）、抗氧剂168（0.04%）、纳米ATO（2%）、石墨烯FGE（2%）、氮化硼BN（3%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.05%）、苯并三唑（0.05%）、二苯甲酮（0.05%）、炭黑（0.05%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
对比例2
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(65%)、PMMA树脂(10%)、核壳结构MBS增韧剂（2%）、有机硅核壳结构增韧剂（1.5%）、相容剂SMA（2%）、扩链剂ADR-4468（0.5%）、钛酸酯偶联剂TC-2（3%）、抗氧剂1010（0.18%）、抗氧剂168（0.12%）、纳米ATO（15%）、白油（0.2%）、硅烷聚合物（0.2%）、苯并三唑（0.1%）、二苯甲酮（0.1%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
对比例3
一种具有耐候隔热性能的PC/PMMA复合材料，其制备过程如下：称取PC树脂(65%)、PMMA树脂(12%)、核壳结构MBS增韧剂（1.5%）、有机硅核壳结构增韧剂（0.5%）、相容剂SMA（2%）、相容剂EMA（2%）、扩链剂ADR-4468（0.2%）、抗氧剂1010（0.06%）、抗氧剂168（0.04%）、纳米ATO（8%）、石墨烯FGE（3%）、氮化硼BN（5%）、白油（0.1%）、硅烷聚合物（0.2%）、苯并三唑（0.2%）、二苯甲酮（0.1%）、炭黑（0.1%），烘干，将原料与助剂高速混合20min后投入到双螺杆挤出机的主喂料仓，主喂料螺杆转速为25rpm，经喂料螺杆加入到挤出机主机筒内，主机转速150rpm，主机筒各加热段段控制温度（从加料口到机头出口共十一段）为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、270℃、270℃、270℃、260℃，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
将实施例1～5以及对比例1～3分别制备的材料按标准试验测试方法进行测试，其中老化试验条件为(85％湿度，85℃)，老化1000小时后分别测试相应的物理力学性能，其中隔热效果模拟装置在模拟太阳光源功率稳定的情况下打开模拟光源，每间隔半小时记录一次装置内外温度，得出t时刻装置内外温差△T，测试结果详见下表1。
表1实施例1～5及对比例1～3性能测试结果
除上述各实施例，本发明的实施方案还有很多，凡采用等同或等效替换的技术方案，均在本发明的保护范围。
尽管已在以上的举例说明中描述了本发明，但应当理解的是，所述的细节仅用于举例说明，本领域技术人员可以在不背离本发明的权利要求所限的精神和范围内对其做出变动。
Claims (4)
1.一种耐候隔热PC/PMMA复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
PC：60％～80％；
PMMA：10％～20％；
复合型增韧剂：1%～5%；
复配相容剂：0.5%～4%；
扩链剂：0.1％～0.5％；
偶联剂：1％～6％；
抗氧剂：0.1％～0.3％；
纳米ATO：2.5％～12％；
导热填料：5%~20%；
润滑剂：0.05％～0.3％；
紫外线吸收剂：0.2％～1％；
所述PC树脂熔融指数7~15g/10min，所述PC的玻璃化温度为145～150℃；所述PMMA熔融指数2~8g/10min，采用本体聚合工艺生产；
所述复合型增韧剂选自核壳结构MBS增韧剂、有机硅核壳结构增韧剂、EMA增韧剂中的2种，按照质量比2:1~5:1混合配制；
所述复配相容剂由SMA与EMA按质量比2:1~1:1混合配制；其中苯乙烯马来酸酐共聚物SMA选用低分子量苯乙烯-马来酸酐共聚物珀力科聚Polyscope 2025；其中乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA选用美国杜邦Elvaloy 1125；
所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂；
所述导热填料为片状石墨烯FGE和氮化硼BN按质量比1:1~1:3配制；
所述润滑剂选自白油、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅烷聚合物中的2种或多种，按等比例混合配制；
所述紫外线吸收剂选用不同种类的苯并三唑和二苯甲酮按质量比1:1混合，并加入适量炭黑进行复配。
2.根据权利要求1所述的耐候隔热PC/PMMA复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168的混合物。
3.根据权利要求1所述的耐候隔热PC/PMMA复合材料，其特征在于，所述纳米级ATO，平均粒径10~30nm。
4.一种如权利要求1所述耐候隔热PC/PMMA复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选择同向双螺杆挤出机，螺杆直径比1.55或1.66，螺杆比扭矩15Nm/cm3，使物料和助剂达到最佳共混挤出；
（2）将PC原料进行烘干处理，烘干时间：3～7h，烘干温度：110~130℃； 将PMMA原料进行烘干处理，烘干时间：3～7h，烘干温度：70~90℃；其他试剂在真空45℃下干燥8h；
（3）设置挤出机加工温度：210～270℃，各区段温度梯度：10℃，冷却水温：30～50℃；
（4）将PC、PMMA及助剂按配方比例称量后依次加入高混机混合均匀，再将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融共混挤出、水冷、风冷干燥、造粒，得到耐候隔热PC/PMMA复合材料。
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2020
- 2020-10-10 CN CN202011076217.2A patent/CN114316552B/zh active Active
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