CN114539740A - 高透光率高韧性的petg-pc合金及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高透光率高韧性的PETG‑PC合金及制备方法和应用，涉及高分子复合材料技术领域。高透光率高韧性的PETG‑PC合金的原料包括：PETG树脂40‑85份、PC树脂20‑50份、成核剂0.05‑0.3份、抗氧剂0.1‑0.4份、增塑剂1‑3份、润滑剂0.3‑2份、酯交换抑制剂0.05‑0.3份和扩链剂0.05‑0.2份。利用PETG树脂、PC树脂为主要原料，配合成核剂、抗氧剂、增塑剂、润滑剂、酯交换抑制剂和扩链剂，在改善PETG树脂脱模性能的前提下，还能够获得具有良好透光率、高耐化性、高韧性和低吸水性的复合合金材料，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体而言，涉及高透光率高韧性的PETG-PC合金及制备方法和应用。
背景技术
PETG是一种透明、非晶形的共聚酯，常用的共聚单体为1,4-环己烷二甲醇(CHDM，Cylclohexylenedimethylene)，全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它是由对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚的产物，与PET比较多了1,4-环己烷二甲醇共聚单体，与PCT比多了乙二醇共聚单体。因此，PETG的性能和PET、PCT大不相同。PETG板材具有突出的韧性和高抗冲击强度，其抗冲击强度是改性聚丙烯酸酯类的3-10倍，并具有很宽的加工范围，高的机械强度和优异的柔性，比起PVC透明度高，光泽好，透光度可以达到90以上，容易印刷并具有环保优势。另外，PETG的成本相较于PCTG要低很多。
但是，目前PETG和PCTG普遍存在脱模性差的问题，因此加工性能较差，尤其是在加工壁厚的大尺寸材料时应用得到了限制。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供高透光率高韧性的PETG-PC合金及制备方法，旨在获得脱模性好的合金材料的同时提升材料的透光率、耐化性和韧性。
本发明的另一目的在于提供上述PETG-PC合金在制备光学照明器件、家用清洁电器或医疗器件中的应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金，其原料包括：PETG树脂40-85份、PC树脂20-50份、成核剂0.05-0.3份、抗氧剂0.1-0.4份、增塑剂1-3份、润滑剂0.3-2份、酯交换抑制剂0.05-0.3份和扩链剂0.05-0.2份。
在可选的实施方式中，其原料包括：PETG树脂60-80份、PC树脂20-40份、成核剂0.05-0.1份、抗氧剂0.1-0.4份、增塑剂1-3份、润滑剂0.3-1份、酯交换抑制剂0.1-0.3份和扩链剂0.05-0.1份。
在可选的实施方式中，PC树脂为融指9-20g/10min、分子量为22000-25000的透明PC树脂。
在可选的实施方式中，成核剂为有机类透明成核剂；
优选地，成核剂选自山梨醇类和磷酸金属盐类中的至少一种。
在可选的实施方式中，抗氧剂选自抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂626和抗氧剂9228中的至少一种。
在可选的实施方式中，增塑剂为合成醚酯类增塑剂；
优选地，增塑剂选自RS-107增塑剂、RS-700增塑剂和RS-705增塑剂中的至少一种。
在可选的实施方式中，润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺和季戊四醇硬脂酸脂中的至少一种。
在可选的实施方式中，酯交换抑制剂为磷酸二氢钠和磷酸酯类中的至少一种；
优选地，扩链剂选自双官能团酸衍生物、异氰酸酯类化合物、酸酐类化合物和环氧化物中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，采用前述实施方式中任一项的PETG-PC合金的原料进行制备；
优选地，制备方法包括：将各原料混合均匀经熔融挤出后造粒、烘干；
优选地，先将PETG树脂与增塑剂混合，之后再和其他原料混合均匀，采用双螺杆挤出机进行熔融挤出；
优选地，双螺杆挤出温度为150-235℃，主机转速为200-400rpm。
第三方面，本发明提供前述实施方式中任一项的PETG-PC合金或前述实施方式的制备方法制备得到的PETG-PC合金在制备光学照明器件、家用清洁电器和医疗器件中的应用。
本发明具有以下有益效果：利用PETG树脂、PC树脂为主要原料，配合成核剂、抗氧剂、增塑剂、润滑剂、酯交换抑制剂和扩链剂，在改善PETG树脂脱模性能的前提下，还能够获得具有良好透光率、高耐化性、高韧性和低吸水性的复合合金材料，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金，其原料包括：PETG树脂40-85份、PC树脂20-50份、成核剂0.05-0.3份、抗氧剂0.1-0.4份、增塑剂1-3份、润滑剂0.3-2份、酯交换抑制剂0.05-0.3份和扩链剂0.05-0.2份。
具体地，PC树脂(聚碳酸酯)是非晶态聚合物，在熔化和冷却后变成透明的玻璃状物，具有优良的光学和力学性能。熔点较高，也能耐低温，吸水性小，其耐冲击性、绝缘性和抗老化性均较好，还能耐受无机及有机稀酸等。此外，PC的加工性能很好，透光率高。
需要说明的是，发明人在PETG树脂中加入特定比例的PC树脂，并配合其他助剂，可以改善PETG的脱模性，不降低冲击性能，同时不会影响透光度。通过本发明实施例制备的PETG/PC合金透光度可以达到85％以上，与透明ABS纯原料相当。本发明实施例制备得到的复合材料可以在制备光学照明器件、家用清洁电器和医疗器件等领域得到应用。
特别指出的是，若将PETG树脂和PC树脂直接共混是无法做成透明材料的，通常呈乳白色半透明，无法应用。本发明实施例通过添加助剂与特殊工艺使制备出的合金材料透明度可以达到85％以上，加工成型性能非常优异。
在优选的实施例中，PETG-PC合金的原料包括：PETG树脂60-80份、PC树脂20-40份、成核剂0.05-0.1份、抗氧剂0.1-0.4份、增塑剂1-3份、润滑剂0.3-1份、酯交换抑制剂0.1-0.3份和扩链剂0.05-0.1份。通过对各原料的用量进行优化，能够进一步提升复合材料的透光率和韧性。
具体地，PETG树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯，具体的牌号可以为韩国SK的S2008、K2012、PN-100、P-SF。
具体地，PC树脂为融指9-20g/10min、分子量为22000-25000的高透明PC树脂，透光率可以为88-90％。
进一步地，成核剂为有机类透明成核剂，通过改变树脂的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性等目的。具体地，成核剂选自山梨醇类和磷酸金属盐类中的至少一种，可以为一种也可以为几种。具体地，山梨醇类可以为一般的山梨糖醇，有机磷酸盐可以为有机磷酸钠等。
进一步地，抗氧剂选自抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂626和抗氧剂9228中的至少一种。抗氧剂的加入能够显著改善复合材料的耐化性，获得高耐化性的复合材料。以上几种型号的抗氧剂均适合于本发明实施例的配方体系，有利于获得高耐化性的复合材料。抗氧剂的种类可以为一种也可以为几种。
进一步地，增塑剂为合成醚酯类增塑剂，一般的合成醚酯类增塑剂均适合于本发明实施例，增塑剂的加入可以改善材料的柔韧性，使材料易于加工。具体地，增塑剂选自RS-107增塑剂、RS-700增塑剂和RS-705增塑剂中的至少一种，可以为一种或几种，以上几种型号的增塑剂均可以购自艾迪科。
进一步地，润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺(EBS)和季戊四醇硬脂酸脂(PETS)中的至少一种，可以为一种或几种。润滑剂的加入有利于提高材料的挤出和脱模性能，避免材料在挤出过程中与双螺杆摩擦、剪切发生分解，同时润滑剂也有辅助脱模的效果。
进一步地，酯交换抑制剂为磷酸二氢钠和磷酸酯类中的至少一种，可以为一种或几种。酯交换抑制剂的加入能够抑制PETG和PC在熔融挤出时发生酯交换反应，而影响复合材料的透光率以及其他性能。
进一步地，扩链剂选自双官能团酸衍生物、异氰酸酯类化合物、酸酐类化合物和环氧化物中的至少一种，可以为一种或几种，具体可以为巴斯夫扩链剂Joncryl ADR4400、ADR4468等。具体地，扩链剂的双官能团化合物含有容易与羧基、羟基和氨基等反应的官能团，能直接与低分子质量齐聚物反应，在两聚合物链间形成“架桥”，显著增加分子质量，提高体系的粘度，降低共聚酯端基含量。
本发明实施例还提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，采用上述PETG-PC合金的原料进行制备，通过常规的挤出工艺即可以获得透光率高、韧性好的复合材料。
在一些实施例中，制备方法包括：将各原料混合均匀经熔融挤出后造粒、烘干，以获得满足粒径要求的复合材料。
在实际操作过程中，可以先将PETG树脂加入混料机中，加入增塑剂混合中速搅拌2min左右，之后再和其他原料中速搅拌2min左右，能够达到各原料混合均匀的目的。然后，将混合均匀的原料采用双螺杆挤出机进行熔融挤出；双螺杆挤出温度为150-235℃，主机转速为200-400rpm。
具体地，双螺杆挤出温度可以为150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃等，也可以为以上相邻温度值之间的任意值。主机转速可以为200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm等，也可以为以上相邻转速值之间的任意值。
本发明实施PETG-PC合金
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，具体步骤如下：
配料：PETG树脂70份、PC树脂28份、成核剂(山梨糖醇)0.1份、抗氧剂1076 0.2份、抗氧剂168 0.2份、增塑剂(艾迪科的RS-107)1份、润滑剂PETS 0.3份、酯交换抑制剂(磷酸二氢钠)0.15份、扩链剂(Joncryl ADR4400)0.05份。
混料：将PETG树脂加入混料机后，加入上述比例的增塑剂，60r/min搅拌2分钟，再加入PC树脂和上述其他助剂60r/min搅拌2分钟，放料。
挤出：采用双螺杆挤出，挤出温度：1-10区依次设定为150℃/220℃/220℃/220℃/225℃/235℃/235℃/235℃/230℃/机头：235℃，主机转速为240rpm。
实施例2
本实施例提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，具体步骤如下：
配料：PETG树脂70份、PC树脂28份、成核剂(山梨糖醇)0.05份、抗氧剂1076 0.2份、抗氧剂168 0.2份、增塑剂(艾迪科的RS-107)1份、润滑剂PETS 0.3份、酯交换抑制剂(磷酸二氢钠)0.15份、扩链剂(Joncryl ADR4400)0.05份。
混料：与实施例1步骤和参数相同。
挤出：与实施例1参数相同。
实施例3
本实施例提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，具体步骤如下：
配料：PETG树脂63份、PC树脂35份、成核剂(山梨糖醇)0.05份、抗氧剂1076 0.2份、抗氧剂168 0.2份、增塑剂(艾迪科的RS-107)1份、润滑剂PETS 0.3份、酯交换抑制剂(磷酸二氢钠)0.15份、扩链剂(Joncryl ADR4400)0.05份。
混料：与实施例1步骤和参数相同。
挤出：采用双螺杆挤出，挤出温度：180℃/230℃/230℃/230℃/235℃/240℃/240℃/240℃/240℃/机头：245℃，主机转速：280rpm。
实施例4
本实施例提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，具体步骤如下：
配料：PETG树脂78份、PC树脂20份、成核剂(山梨糖醇)0.05份、抗氧剂1076 0.2份、抗氧剂168 0.2份、增塑剂(艾迪科的RS-107)1份、润滑剂PETS 0.3份、酯交换抑制剂(磷酸二氢钠)0.3份、扩链剂(Joncryl ADR4400)0.05份。
混料：与实施例1步骤和参数相同。
挤出：与实施例1参数相同。
实施例5
本实施例提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，与实施例1的区别仅在于配料步骤，具体如下：
PETG树脂40份、PC树脂20份、成核剂(山梨糖醇)0.05份、抗氧剂1076 0.1份、增塑剂(艾迪科的RS-107)1份、润滑剂PETS 0.3份、酯交换抑制剂(磷酸二氢钠)0.05份、扩链剂(Joncryl ADR4400)0.05份。
实施例6
本实施例提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，与实施例1的区别仅在于配料步骤，具体如下：
PETG树脂85份、PC树脂50份、成核剂(山梨糖醇)0.3份、抗氧剂1076 0.4份、增塑剂(艾迪科的RS-107)3份、润滑剂PETS 2份、酯交换抑制剂(磷酸二氢钠)0.3份、扩链剂(Joncryl ADR4400)0.2份。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：不加入成核剂、增塑剂、酯交换抑制剂和扩链剂。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：不加入酯交换抑制剂和扩链剂。
对比例3
与实施例1的区别仅在于：酯交换抑制剂的用量为0.005份。
对比例4
与实施例1的区别仅在于：酯交换抑制剂的用量为0.5份。
试验例1
测试实施例和对比例中制备得到复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、吸水率、成型收缩率、熔融指数和透光率，结果见表1，测试方法参照ISO国际标准。
表1复合材料的性能测试结果
综上所述，本发明提供一种高透光率高韧性的PETG-PC合金及制备方法和应用，在PETG体系中加入PC，通过添加助剂与特殊工艺制备出的合金材料透明度可以达到85％以上，透光度基本与原材料相当，并且改善了材料的加工成型脱模性能。PC能够改善PETG的拉伸强度、冲击强度，PETG可以提高PC的耐溶剂性和加工流动性；PC、PETG二者共混，可以获得力学性能、加工性能和耐溶剂性能均优异的高透明合金。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高透光率高韧性的PETG-PC合金，其特征在于，其原料包括：PETG树脂40-85份、PC树脂20-50份、成核剂0.05-0.3份、抗氧剂0.1-0.4份、增塑剂1-3份、润滑剂0.3-2份、酯交换抑制剂0.05-0.3份和扩链剂0.05-0.2份。
2.根据权利要求1所述的PETG-PC合金，其特征在于，其原料包括：PETG树脂60-80份、PC树脂20-40份、成核剂0.05-0.1份、抗氧剂0.1-0.4份、增塑剂1-3份、润滑剂0.3-1份、酯交换抑制剂0.1-0.3份和扩链剂0.05-0.1份。
3.根据权利要求1或2中所述的PETG-PC合金，其特征在于，所述PC树脂为融指9-20g/10min、分子量为22000-25000的透明PC树脂。
4.根据权利要求1或2中所述的PETG-PC合金，其特征在于，所述成核剂为有机类透明成核剂；
优选地，所述成核剂选自山梨醇类和磷酸金属盐类中的至少一种。
5.根据权利要求1或2中所述的PETG-PC合金，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂626和抗氧剂9228中的至少一种。
6.根据权利要求1或2中所述的PETG-PC合金，其特征在于，所述增塑剂为合成醚酯类增塑剂；
优选地，所述增塑剂选自RS-107增塑剂、RS-700增塑剂和RS-705增塑剂中的至少一种。
7.根据权利要求1或2中所述的PETG-PC合金，其特征在于，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺和季戊四醇硬脂酸脂中的至少一种。
8.根据权利要求1或2中所述的PETG-PC合金，其特征在于，所述酯交换抑制剂为磷酸二氢钠和磷酸酯类中的至少一种；
优选地，所述扩链剂选自双官能团酸衍生物、异氰酸酯类化合物、酸酐类化合物和环氧化物中的至少一种。
9.一种高透光率高韧性的PETG-PC合金的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的PETG-PC合金的原料进行制备；
优选地，所述制备方法包括：将各原料混合均匀经熔融挤出后造粒、烘干；
优选地，先将PETG树脂与增塑剂混合，之后再和其他原料混合均匀，采用双螺杆挤出机进行熔融挤出；
优选地，双螺杆挤出温度为150-235℃，主机转速为200-400rpm。
10.权利要求1-8中任一项所述的PETG-PC合金或权利要求9所述的制备方法制备得到的PETG-PC合金在制备光学照明器件、家用清洁电器和医疗器件中的应用。
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