CN114836018A

CN114836018A - 一种具有增强增韧效果的珠光pc色母粒及其制备方法

Info

Publication number: CN114836018A
Application number: CN202210700237.5A
Authority: CN
Inventors: 钟山; 彭波; 谭元华
Original assignee: Shenzhen Bocai New Material Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Bocai New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2042-06-20
Also published as: CN114836018B

Abstract

本发明公开了一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒及其制备方法，该珠光PC色母粒包括如下组分：PC、二氧化钛、滑石粉、改性竹粉、色粉、分散剂和偶联剂；本发明先将PC、二氧化钛和滑石粉混合造粒制备成复合PC，再采用多巴胺和邻苯二酚对竹粉进行改性，然后与复合PC混合挤出造粒，制备成珠光PC色母粒。与现有技术相比，本发明制备的珠光PC色母粒具有较好的力学和导热性能，减少了PC色母粒再加工过程中容易发脆的问题，并且本发明的珠光PC色母粒抗冲击性能强，加工成本低，颜色稳定，制备工艺简单。

Description

一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及色母粒技术领域，尤其涉及一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒及其制备方法。

背景技术

导热填料是提高PC共混材料导热性能的有效方法。常用的导热填料有：陶瓷填料、金属填料、氮化物、碳基填料、碳纳米管、炭黑等。但是，过多的填料会对聚合物复合材料的力学性能造成严重的损害。因此，需要开发合适的方法来制备具有足够力学性能的导热聚合物复合材料。构建连续网络结构是制备具有优异导热性能和足够力学性能聚合物复合材料的有效途径。填料的连续网络结构分布可以实现导热性能和力学性能的同时提高。

聚合物复合材料的导热系数是影响其力学性能或加工性能的矛盾因素。较高的导热系数通常需要采用较多的填料，但是，这会导致较差的力学和加工性能，如果仅从聚合物复合材料的基体和填充材料来解决这一问题是存在局限的。如何平衡高导热系数和足够的力学性能是本发明的重点。

发明专利CN113185723A公开一种高韧性PC色母粒，包括以下重量百分比原料：5080份载体树脂，0.5～1份色粉，0.5～1份分散剂，0.1～0.5份偶联剂，0.1～0.3份发泡剂，其中所述载体树脂为ABS树脂、PC树脂和PA树脂混合而成的混合物，该发明的载体树脂采用ABS树脂、PA树脂和PC树脂的混合物，ABS树脂可提高色母粒耐热等性能，PA树脂可提高色母粒冲击韧性，PC树脂本身具备较好的韧性，在三者混合过程中通过加入发泡剂提高三者的共聚性。但是该发明制备的高韧性PC色母粒力学性能仍然较差，而且导热性能弱。

中国发明专利CN104761858B提供一种具有增韧效果的实色PC色母粒，它由以下重量百分比的各组分制成：载体树脂50～96％、冲击改性剂3～10％、色粉0.01～30％、分散剂0.01～5％、加工助剂0.01～5％。制备方法为先将ABS树脂、色粉、分散剂和加工助剂混合15～30min；然后把预先干燥好的PC树脂、冲击改性剂加入，混合10～20min；用双螺杆挤出机在240～280℃共混挤出造粒、干燥，制得色母粒。该发明通过ABS树脂与PC树脂添加丙烯酸酯类的冲击改性剂合金的方法，不仅成功制备出高浓度颜料色母粒，且使聚碳酸酯塑料制品的缺口冲击强度比现有PC色母粒注塑制品缺口冲击强度有一定提高，解决了PC色母粒难加工问题。但是该发明制备的实色PC色母粒的韧性较低，材料的再加工性能较差，而且导热性能弱。

填料与聚合物基体之间的相容性是获得高导热率和足够力学性能的关键因素，纤维增强聚合物复合材料在工程领域有着广泛的应用。竹子是一种生长快、产量高的植物，其纤维具有资源丰富、成本低、能耗低、机械性能好、可再生、可生物降解等优点。本发明通过改善竹粉与聚合物的界面相互作用来提高复合材料的性能。邻苯二酚具有较强的粘附作用，多巴胺是一种常用的材料表面改性物质。在含氧化剂的碱性溶液中，具有高反应活性，通过接枝竹粉进行进一步的修饰，制备成一种绿色相容剂，可增强复合材料的界面性能。添加助剂混合均匀后采用双螺杆挤出机造粒制备成珠光PC色母粒，平衡了高导热系数和足够的力学性能，为开发新型色母粒提供了开发思路。

发明内容

有鉴于现有技术中PC色母粒再加工性能较差，强度和韧性低，导热性能弱的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种强度和韧性高，导热性能强，制备工艺简单的珠光PC色母粒。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒采用如下制备方法制备而成：

S1、将PC、二氧化钛和滑石粉真空干燥，然后搅拌，进行熔融共混，挤出造粒、干燥得到复合PC；

S2、将步骤S1制备的复合PC、色粉、分散剂和偶联剂混合，形成混合料；进行熔融共混，挤出造粒，干燥得到珠光PC色母粒。

我们添加了二氧化钛和滑石粉，以提高珠光PC色母粒的弯曲强度、成型收缩率和尺寸稳定性等性能。

优选的，所述一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒采用如下制备方法制备而成，所述份数均为重量份：

S1、将60～80份PC、1～3份二氧化钛和1～3份滑石粉在60～100℃下真空干燥10～20h，然后搅拌3～10min，搅拌速度500～1000r/min，将温度控制在230～270℃，进行熔融共混，挤出造粒、干燥得到复合PC；

S2、将步骤S1制备的复合PC、0.2～1份色粉、0.1～0.5份分散剂和0.01～0.2份偶联剂混合10～30min，形成混合料；进行熔融共混，挤出造粒，物料温度240～270℃，螺杆转速100～200r/min，熔体压力18～22MPa，挤出扭矩36～45Nm；干燥得到珠光PC色母粒。

优选的，所述色粉为有机颜料、无机颜料中的至少一种；所述有机颜料为偶氮颜料、酞菁颜料、多环颜料中的至少一种，所述无机颜料为碳黑颜料、群青颜料、钛黄颜料中的至少一种。

优选的，所述的分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钠、硬脂酸钾中的至少一种。

优选的，所述偶联剂为二甲基氨基硅烷、三丁氨基甲基硅烷和季戊四醇四硬脂酸酯中的至少一种。

本发明的珠光PC色母粒既需要考虑导热性能，又需要考虑力学性能。其中填料与PC基体之间的相容性是获得高导热率和足够力学性能的关键因素。本发明采用多巴胺和邻苯二酚对竹粉进行改性，改性竹粉能增加填料与PC基体的相容性，降低其界面热阻，从而进一步提高其导热性能和力学性能。

最优选的，所述一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒采用如下制备方法制备而成，所述份数均为重量份：

S1、将60～80份PC、1～3份二氧化钛和1～3份滑石粉在60～100℃下真空干燥10～20h，然后搅拌3～10min，搅拌速度500～1000r/min，采用双螺杆挤出机温度控制在230～270℃，进行熔融共混，挤出造粒、干燥得到复合PC；

S2、将干燥后的10～20份竹粉加入80～150份水中，搅拌分散形成悬浮液，通过添加pH调节剂调整其pH为8～10；将0.5～2份多巴胺、0.2～3份邻苯二酚加入悬浮液中；在温度20～30℃下，以300～500rpm下搅拌悬浮液20～30h，然后过滤，用水漂洗，直到漂洗水变为中性和无色，然后烘干，烘干温度为80～100℃，时间为10～30h，得到改性竹粉；

S3、将步骤S2制备的改性竹粉与步骤S1制备的复合PC均匀混合后，加入0.2～1份色粉、0.1～0.5份分散剂和0.01～0.2份偶联剂混合10～30min，形成混合料；进行熔融共混，挤出造粒，物料温度240～270℃，螺杆转速100～200r/min，熔体压力18～22MPa，挤出扭矩36～45Nm；干燥得到珠光PC色母粒。

优选的，所述竹粉为毛竹粉、楠竹粉中的一种，目数在200～500目。

优选的，所述pH调节剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三羟甲基氨基甲烷中的一种。

力学性能是聚合物复合材料实际应用中的重要指标，多巴胺与邻苯二酚反应后在与竹粉的表面进行接枝，结构中的碳氧、碳氮键均有所提高，增加了表面自由能。改性后，为竹粉表面提供了丰富的活性官能团，吸附能力得到了增强，提高了竹粉表面结构的填充性能。在物理上，竹粉的填充性很大程度上取决于其表面粗糙度和比表面积，多巴胺与邻苯二酚反应后可使竹粉表面形成更精细的结构单元，提高表面粗糙度，进一步加强填充性。填充性是指材料表面被其他材料填充的能力，它可以反映出改性竹粉与二氧化钛和滑石粉在形成复合材料时的相互作用能力。改性竹粉的分子结构强度高，具有较多的间隙可供二氧化钛和滑石粉进行填充，然后在PC基体内形成壳状结构，能够承受一定的剪切力，提高聚合物复合材料的拉伸弯曲强度和模量。

复合材料的传热载体是声子，声子是原子或晶格振动产生的能量。复合材料中分子链的不规则性、缠结性、间隙性和杂质性是声子振动的散射点，声子之间的碰撞也是声子散射的一部分。影响声子热传递效率的因素是各类声子散射过程，即所谓的热阻，如结构散射、缺陷散射和边界散射等。宏观上讲，复合材料的导热率主要取决于填料在基体中的分散性、相容性以及能否有效地形成导热网链。为了降低声子传输过程中的能量消耗，一种有效的方法是建立热传导路径。

纯二氧化钛和滑石粉其分子光滑的基面致使与PC基体之间不能有效的形成化学键合和物理缠结，导致在基体中不均匀的分散及弱的界面相互作用，进而形成团聚和空洞现象，这种团聚和空洞会充当热流储蓄池，以声子散射的形式阻碍热量的传播。本发明中采用多巴胺与邻苯二酚反应后在与竹粉的表面进行接枝，制备成改性竹粉，将二氧化钛和滑石粉填充在改性竹粉中，进一步镶嵌在PC基体中，被PC基体所包裹，改性竹粉类似一个桥梁，一端连接着二氧化钛和滑石粉，一端参与了PC基体的固化反应，提高了填料与PC基体的相容性，增加了界面亲和力，填料与PC基体之间有效的接触形成导热通路，因此，导热率明显提高。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒，采用多巴胺和邻苯二酚对竹粉进行改性，然后与复合PC混合挤出造粒，制备的珠光PC色母粒具有较好的力学和导热性能；

2)科学的制备方法能减少了PC色母粒再加工过程中容易发脆的问题，并且本发明的珠光PC色母粒抗冲击性能强，加工成本低，颜色稳定，制备工艺简单。

具体实施方式

实施例1

一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒，制备方法如下：

S1、将70kg PC、1.5kg二氧化钛和1.5kg滑石粉在80℃下真空干燥12h，然后放入高速搅拌机中，600r/min搅拌5min，采用双螺杆挤出机温度控制在250℃，进行熔融共混，挤出造粒、干燥得到复合PC；

S2、将烘箱干燥后的15kg 300目的毛竹粉加入100kg水中，搅拌分散形成悬浮液，通过添加三羟甲基氨基甲烷调整其pH为8.5；将1kg多巴胺、1kg邻苯二酚加入悬浮液中；在温度23℃下，以350rpm下搅拌悬浮液24h，然后过滤，用水漂洗，直到漂洗水变为中性和无色，然后烘干，烘干温度为100℃，时间为24h，得到改性竹粉；

S3、将步骤S2制备的改性竹粉与步骤S1制备的复合PC均匀混合后，加入0.5kg颜料红144、0.2kg硬脂酸钠和0.1kg二甲基氨基硅烷在高速拌和机中混合15min，形成混合料；加入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出造粒，物料温度245℃，螺杆转速150r/min，熔体压力20MPa，挤出扭矩40Nm；干燥得到珠光PC色母粒。

实施例2

一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒，制备方法如下：

S2、将100kg水通过添加三羟甲基氨基甲烷调整其pH为8.5；将1kg多巴胺、1kg邻苯二酚加入水中；在温度23℃下，以350rpm下搅拌24h，然后烘干，烘干温度为100℃，时间为24h，得到混合物；

S3、将步骤S2制备的混合物与步骤S1制备的复合PC均匀混合后，加入0.5kg颜料红144、0.2kg硬脂酸钠和0.1kg二甲基氨基硅烷在高速拌和机中混合15min，形成混合料；加入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出造粒，物料温度245℃，螺杆转速150r/min，熔体压力20MPa，挤出扭矩40Nm；干燥得到珠光PC色母粒。

实施例3

一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒，制备方法如下：

S2、将烘箱干燥后的15kg 300目的毛竹粉加入100kg水中，搅拌分散形成悬浮液，通过添加三羟甲基氨基甲烷调整其pH为8.5；将1kg邻苯二酚加入悬浮液中；在温度23℃下，以350rpm下搅拌悬浮液24h，然后过滤，用水漂洗，直到漂洗水变为中性和无色，然后烘干，烘干温度为100℃，时间为24h，得到改性竹粉；

实施例4

一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒，制备方法如下：

S2、将烘箱干燥后的15kg 300目的毛竹粉加入100kg水中，搅拌分散形成悬浮液，通过添加三羟甲基氨基甲烷调整其pH为8.5；将1kg多巴胺加入悬浮液中；在温度23℃下，以350rpm下搅拌悬浮液24h，然后过滤，用水漂洗，直到漂洗水变为中性和无色，然后烘干，烘干温度为100℃，时间为24h，得到改性竹粉；

对比例1

一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒，制备方法如下：

S2、将步骤S1制备的复合PC均匀混合后，加入0.5kg颜料红144、0.2kg硬脂酸钠和0.1kg二甲基氨基硅烷在高速拌和机中混合15min，形成混合料；加入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出造粒，物料温度245℃，螺杆转速150r/min，熔体压力20MPa，挤出扭矩40Nm；干燥得到珠光PC色母粒。

测试例1

力学性能测试

将实施例和对比例样品按照如下国家标准注塑成标准样条进行力学性能测试。

拉伸性能测试标准参照GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》，使用CMT4204型电子万能拉力机对测试样条进行拉伸性能测试，测试速度为20mm/min。

弯曲性能测试标准参照GB/T9341-2008《塑料弯曲性能的测定》弯曲性能测试使用CMT4204型电子万能拉力机对测试样条进行弯曲性能测试，测试速度为10mm/min。

冲击性能测试参照标准为GB/T-1043.1-2008《简支梁冲击性能的测定第1部分非仪器化冲击试验》。使用HIT-2492型复合式摆锤冲击试验机对测试样条进行简支梁缺口冲击性能测试，测试温度为23℃。

每个试样测试三次，取平均值，测试结果见表1

表1：力学性能测试结果

力学性能是聚合物复合材料实际应用中的重要指标，从表1的测试结果可以看出，实施例1制备的珠光PC色母粒力学性能最好，可能原因在于多巴胺与邻苯二酚反应后在与竹粉的表面进行接枝，结构中的碳氧、碳氮键均有所提高，增加了表面自由能。改性后，为竹粉表面提供了丰富的活性官能团，吸附能力得到了增强，提高了竹粉表面结构的填充性能。在物理上，竹粉的填充性很大程度上取决于其表面粗糙度和比表面积，多巴胺与邻苯二酚反应后可使竹粉表面形成更精细的结构单元，提高表面粗糙度，进一步加强填充性。填充性是指材料表面被其他材料填充的能力，它可以反映出改性竹粉与二氧化钛和滑石粉在形成复合材料时的相互作用能力。改性竹粉的分子结构强度高，具有较多的间隙可供二氧化钛和滑石粉进行填充，然后在PC基体内形成壳状结构，能够承受一定的剪切力，提高聚合物复合材料的拉伸弯曲强度和模量。

测试例2

导热系数测试

采用西安夏溪电子科技有限公司的TC 3000型导热系数测量仪，将实施例和对比例的珠光PC色母粒注塑成尺寸为4cm×3cm的样条，要求表面平整、洁净，使用无水乙醇将试样表面擦拭干净后对实施例和对比例的珠光PC色母粒导热性能进行测试。该实验中，采用瞬态热线法直接测量样品的导热系数。该方法是将线热源置于两块均匀光滑的被测样品中间，当二者处于热平衡时，用恒压电流对线热源进行加热，线热源就会将热量传递给被测样品，被测样品的导热系数决定了热量传递的速率，进而反应到线热源的温升快慢。样品的导热率可以通过以下方程计算得到：

其中，q是单位时间、单位长度热线产生的热量，△T是热线的温度变化，t是测量的时间。

测量三次取平均值。测试结果如表2所示。

表2：导热率测试结果

复合材料的传热载体是声子，声子是原子或晶格振动产生的能量。复合材料中分子链的不规则性、缠结性、间隙性和杂质性是声子振动的散射点，声子之间的碰撞也是声子散射的一部分。影响声子热传递效率的因素是各类声子散射过程，即所谓的热阻，如结构散射、缺陷散射和边界散射等。宏观上讲，复合材料的导热率主要取决于填料在基体中的分散性、相容性以及能否有效地形成导热网链。为了降低声子传输过程中的能量消耗，一种有效的方法是建立热传导路径。从表2的测试结果看出，实施例1的珠光PC色母粒导热率最高，对热量的传递效果最好，可能原因在于纯二氧化钛和滑石粉其分子光滑的基面致使与PC基体之间不能有效的形成化学键合和物理缠结，导致在基体中不均匀的分散及弱的界面相互作用，进而形成团聚和空洞现象，这种团聚和空洞会充当热流储蓄池，以声子散射的形式阻碍热量的传播。本发明实施例1中采用多巴胺与邻苯二酚反应后在与竹粉的表面进行接枝，制备成改性竹粉，将二氧化钛和滑石粉填充在改性竹粉中，进一步镶嵌在PC基体中，被PC基体所包裹，改性竹粉类似一个桥梁，一端连接着二氧化钛和滑石粉，一端参与了PC基体的固化反应，提高了填料与PC基体的相容性，增加了界面亲和力，填料与PC基体之间有效的接触并形成导热通路，因此，导热率提高明显。

Claims

1.一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，所述份数均为重量份：

S1、将60～80份PC、1～3份二氧化钛和1～3份滑石粉在60～100℃下真空干燥10～20h，然后搅拌3～10min，搅拌速度500～1000r/min，再将温度控制在230～270℃，进行熔融共混，挤出造粒、干燥得到复合PC；

S2、将步骤S1制备的复合PC、0.2～1份色粉、0.1～0.5份分散剂和0.01～0.2份偶联剂混合10～30min，形成混合料；挤出熔融共混，挤出造粒，物料温度240～270℃，螺杆转速100～200r/min，熔体压力18～22MPa，挤出扭矩36～45Nm；再干燥得到珠光PC色母粒。

3.如权利要求1或2所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于：所述色粉为有机颜料、无机颜料中的至少一种；所述有机颜料为偶氮颜料、酞菁颜料、多环颜料中的至少一种；所述无机颜料为碳黑颜料、群青颜料、钛黄颜料中的至少一种。

4.如权利要求1或2所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于：所述的分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钠、硬脂酸钾中的至少一种。

5.如权利要求1或2所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为二甲基氨基硅烷、三丁氨基甲基硅烷和季戊四醇四硬脂酸酯中的至少一种。

6.如权利要求1或2所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，所述份数均为重量份：

7.如权利要求6所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于：所述竹粉为毛竹粉、楠竹粉中的一种，目数在200～500目。

8.如权利要求6所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法，其特征在于：所述pH调节剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三羟甲基氨基甲烷中的一种。

9.一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒，其特征在于：采用如权利要求1～8任一项所述的一种具有增强增韧效果的珠光PC色母粒的制备方法制备而成。