CN114921080B - Pc/pbt合金材料、建筑模板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种PC/PBT合金材料、建筑模板及其制备方法，涉及合金材料的领域。其中，本申请中的PC/PBT合金材料包括原料PC/PBT混合物、相容剂、抗氧化剂、光稳定剂以及改性玻璃纤维。改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：将六偏磷酸钠、季铵盐溶于水中，制得改性液；将玻璃纤维投入改性液中超声浸泡，然后捞出干燥，得到改性玻璃纤维。本申请中的PC/PBT合金材料低温不容易出现脆化，高温不容易变形，具有较好的耐高低温性能，能用于制造建筑模板，提高建筑模板的适用性。
Description
技术领域
本申请涉及合金材料的领域，尤其是涉及PC/PBT合金材料、建筑模板及其制备方法。
背景技术
建筑模板是一种对混凝土进行临时支护的模板。传统的建筑模板以木模板为主，但是木模板会消耗大量的木材资源。然而，木材资源的大量开采容易带来泥石流等环境问题，故在塑料建材飞速发展的今天，以塑代木是目前建筑模板的发展趋势。
其中，聚碳酸酯(PC)是目前市面上常见的塑料建筑模板材质之一。其具有良好的阻燃性能，但是，PC的熔体粘度较大，加工流动性较差，所以PC通常与一些树脂制备共混合金来提高PC熔体流动性。
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种半结晶热塑性聚合物，因其具有优异的耐化学腐蚀性能、力学性能和更好的流动性，故常广泛用于与PC进行共混改性，得到PC/PBT合金。
然而，目前相关技术中的PC/PBT合金普遍存在高温易变形、低温易脆化的问题。因此，现有的PC/PBT合金对环境温度的适应性较差。
发明内容
为了获得一种环境温度适应性强的PC/PBT合金，本申请提供一种PC/PBT合金材料、建筑模板及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种PC/PBT合金材料采用如下的技术方案：
一种PC/PBT合金材料，包括以下重量份的原料：
PC/PBT混合物：100份
相容剂：8-12份
抗氧化剂：0.8-1.2份
光稳定剂：1-2份
改性玻璃纤维：3.2-4.8份
所述PC/PBT混合物中，PC与PBT的重量比为(1.5-4):1；
所述相容剂选用马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯中的任意一种或几种的组合物；
所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：
将10-20重量份六偏磷酸钠、1.8-2.4重量份季铵盐溶于100重量份水中，制得改性液；
将3.5-5.5重量份玻璃纤维投入改性液中超声浸泡，然后捞出干燥，得到改性玻璃纤维。
制备PC/PBT合金时，加入相容剂马来酸酐接枝SEBS或马来酸酐接枝丙烯酸乙酯能够改善PC与PBT的相容性的同时提高PC/PBT合金的韧性，使得PC/PBT合金低温脆性得以改善。
玻璃纤维能够诱导PBT成核，加快PBT的结晶速率，从而提高PC/PBA合金的耐高温性能。但是，现有的玻璃纤维与PC/PBT合金的相容性较差，导致玻璃纤维不能均匀分散至PC/PBT合金中，这不利于PC/PBT合金耐高温性能的提高。
本申请采用六偏磷酸钠与季铵盐共同对玻璃纤维进行改性，一方面，六偏磷酸钠能够与聚合物中残留的钛发生反应，从而抑制PC与PBT在熔融过程中发生过度的酯交换反应，从而进一步提高了PC与PBT两者的界面粘结性，有利于促进PC/PBT合金的力学性能的提高。另一方面，由六偏磷酸钠与季铵盐共同改性的改性玻璃纤维在PC/PBT熔融物体系中的分散性能优于未改性前的玻璃纤维，使得改性玻璃纤维均匀分散至PC/PBT合金中，提高了改性玻璃纤维与PC/PBT合金的粘合强度，不仅达到了进一步提高PC/PBT合金力学性能的目的，同时还提高了PC/PBT合金的耐高温性能。
另外，抗氧化剂与光稳定剂的加入，有利于提高PC/PBT合金的耐候性能。
综上，本申请的上述PC/PBT合金材料具有良好的耐高低温性能与耐候性能，能适应更多不同环境的使用需求。
可选的，所述相容剂选用马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯两者的混合物，所述马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯的重量比为(1.8-2.2)：1。
相容剂选用马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯两者上述配比的混合物时，有利于进一步提高PC/PBT合金的韧性性能，从而进一步改善PC/PBT合金的低温脆性。
可选的，所述玻璃纤维的长度为1-2mm，直径为9-12μm。
采用上述玻璃纤维制备改性玻璃纤维，能够进一步提高改性玻璃纤维在PC/PBT合金中的分散性能，有利于进一步提高PC/PBT合金的整体耐高温性能。
可选的，所述季铵盐选用季铵盐选用氯化十二烷基二甲基苄基铵、氯化十六烷基二甲基苄基铵中的任意一种或几种的组合物。
氯化十二烷基二甲基苄基铵、氯化十六烷基二甲基苄基铵能够与六偏磷酸钠配合改善玻璃纤维在PC/PBT合金中的分散性能，从而提高PC/PBT合金整体耐高温性能。
可选的，所述改性液中还混合有1-2重量份硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂能够进一步改善玻璃纤维与PC/PBT合金的相容性，使得PC/PBT合金的耐高温性能进一步提高。
可选的，所述硅烷偶联剂选用KH550、KH560中的任意一种或几种的组合物。
KH550、KH560的水溶性较好，能够均匀分散至改性液中，确保玻璃纤维的改性效果。
可选的，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010与抗氧化剂168，所述抗氧化剂1010与抗氧化剂168的重量比为(2.8-3.2):2。
抗氧化剂1010是一种高分子量的受阻酚抗氧剂，挥发性很低，能改善聚合物材料在高温加工条件下的耐变色性，并有效地防止聚合物材料在长期老化过程中的热氧化降解。抗氧化剂168能提能有效地分解聚合材料热加工过程中产生的氢过氧化物，与抗氧化剂1010复配使用能够进一步提高PC/PBT合金的耐高温性能。
可选的，所述光稳定剂包括受阻胺光稳定剂和苯并三唑类紫外线吸收剂，所述受阻胺光稳定剂与苯并三唑类紫外线吸收剂的重量比为(3.5-4.5)：1。
受阻胺光稳定剂和苯并三唑类紫外线吸收剂两者按上述配比配合，能够有效提高PC/PBT合金的光稳定性能，从而进一步提高PC/PBT合金的耐候性能，使得PC/PBT合金暴露在太阳光下不容易出现黄变，有利于提高PC/PBT合金的耐候性能。
第二方面，本申请提供的一种PC/PBT合金建筑模板采用如下的技术方案：
一种PC/PBT合金建筑模板，采用上述任意一种PC/PBT合金材料制成。
采用耐高温变形以及耐低温催化的PC/PBT合金材料进行制备建筑模板，有利于提高建筑模板的加工性能，同时，还能使建筑模板在更多不同环境中进行使用，提高了建筑模板的适用性。
第三方面，本申请提供的一种PC/PBT合金建筑模板的制备方法采用如下的技术方案：一种PC/PBT合金建筑模板的制备方法，包括以下步骤：
将PC/PBT混合物、相容剂、抗氧化剂、光稳定剂以及改性玻璃纤维均匀混合制得预混料；
将预混料于240-260℃熔融挤出制粒，得到PC/PBT合金材料；
将PC/PBT合金材料注塑成型，然后冷却，得到PC/PBT合金建筑模板。
采用上述技术方案制备PC/PBT合金建筑模板时，具有步骤简单、操作方面的优点。
综上所述，本申请至少包括以下有益效果：
本申请通过相容剂马来酸酐接枝SEBS或马来酸酐接枝丙烯酸乙酯改善了PC与PBT的相容性，同时提高了PC/PBT合金的韧性，使得PC/PBT合金低温脆性得以改善。另外，本申请通过六偏磷酸钠与季铵盐对玻璃纤维进行改性，提高了改性玻璃纤维在PC/PBT合金的分散性能，提高了PC/PBT合金的整体耐高温性能。综上，本申请中的PC/PBT合金具有较好的耐高低温性能，实用性更高。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1-8
制备例1-8中改性玻璃纤维各组分的配比如下表1。
表1制备例1-8中改性玻璃纤维各组分的配比
其中，季铵盐选用氯化十二烷基二甲基苄基铵、氯化十六烷基二甲基苄基铵中的任意一种或几种的组合物均可，本申请中，各制备例中的季铵盐选用氯化十二烷基二甲基苄基铵。
一种改性玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
将配比将六偏磷酸钠、季铵盐、硅烷偶联剂溶于水中，制得改性液；
将玻璃纤维投入改性液中超声浸泡2-4h，然后捞出，于60-70℃干燥，得到改性玻璃纤维。
其中，制备例1-8中的改性玻璃纤维超声浸泡时间为3h，干燥温度为65℃。
实施例
实施例1-3
本申请实施例1-3中PC/PBT合金材料各组分的配比如下表2。
表2实施例1-3中PC/PBT合金材料各组分的配比
其中，本申请各实施例采用的马来酸酐接枝SEBS的接枝率为1.8wt％，
马来酸酐接枝丙烯酸乙酯的接枝率为1.3wt％。
一种PC/PBT合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将PC/PBT混合物、相容剂、抗氧化剂、光稳定剂以及改性玻璃纤维均匀混合制得预混料；将预混料投入双螺杆挤出机中，熔融挤出制粒，得到PC/PBT合金材料；其中，双螺杆挤出机一区到喷嘴的各区间的温度分别设为240-245℃、245-250℃、245-250℃、245-250℃、245-250℃、245-250℃、245-250℃、245-250℃、250-255℃、255-260℃，螺杆转速为100-120r/min。
制备实施例1-3中的PC/PBT合金材料时：
双螺杆挤出机一区到喷嘴的各区间的温度分别设为240℃、245℃、250℃、250℃、250℃、250℃、250℃、250℃、255℃、260℃，螺杆转速为110r/min。
实施例4
一种PC/PBT合金材料，与实施例1的区别在于：
相容剂包括8kg马来酸酐接枝SEBS与4kg马来酸酐接枝丙烯酸乙酯。
实施例5
一种PC/PBT合金材料，与实施例1的区别在于：
相容剂包括2kg马来酸酐接枝SEBS与10kg马来酸酐接枝丙烯酸乙酯。
实施例6
一种PC/PBT合金材料，与实施例4的区别在于：
改性玻璃纤维采用制备例3中制得的改性玻璃纤维。
实施例7
一种PC/PBT合金材料，与实施例4的区别在于：
改性玻璃纤维采用制备例4中制得的改性玻璃纤维。
实施例8
一种PC/PBT合金材料，与实施例4的区别在于：
改性玻璃纤维采用制备例5中制得的改性玻璃纤维。
实施例9
一种PC/PBT合金材料，与实施例8的区别在于：
抗氧化剂包括0.48kg抗氧化剂1010与0.32kg抗氧化剂168。
实施例10
一种PC/PBT合金材料，与实施例8的区别在于：
抗氧化剂包括0.1kg抗氧化剂1010与0.7kg抗氧化剂168。
实施例11
一种PC/PBT合金材料，与实施例9的区别在于：
光稳定剂包括0.8kg受阻胺光稳定剂Uvinul 4050和0.2kg紫外线吸收剂Tinuvin326。
实施例12
一种PC/PBT合金材料，与实施例9的区别在于：
光稳定剂包括0.2kg受阻胺光稳定剂Uvinul 4050和0.8kg紫外线吸收剂Tinuvin326。
对比例
对比例1
一种PC/PBT合金材料，与实施例1的区别在于：
未添加马来酸酐接枝SEBS。
对比例2
一种PC/PBT合金材料，与实施例1的区别在于：
改性玻璃纤维采用制备例6制得的改性玻璃纤维。
对比例3
一种PC/PBT合金材料，与实施例1的区别在于：
改性玻璃纤维采用制备例7制得的改性玻璃纤维。
对比例4
一种PC/PBT合金材料，与实施例1的区别在于：
改性玻璃纤维采用制备例8制得的改性玻璃纤维。
对比例5
一种PC/PBT合金材料，包括以下原料：
L-1250Y PC：60kg
B4520 PBT：40kg
马来酸酐接枝SEBS：12kg
抗氧化剂1010：0.8kg
受阻胺光稳定剂Uvinul 4050：1kg
长度为0.6-0.8mm、直径为6-8μm的玻璃纤维：3.2kg
六偏磷酸钠:0.2kg
氯化十二烷基二甲基苄基铵:0.2kg
该PC/PBT合金材料的制备方法与实施例1中PC/PBT合金材料的制备方法的区别在于：预混料的制备。
其中，本对比例中，将L-1250Y PC、B4520 PBT、马来酸酐接枝SEBS、抗氧化剂1010、受阻胺光稳定剂Uvinul 4050、玻璃纤维、六偏磷酸钠以及氯化十二烷基二甲基苄基铵均匀混合制得预混料。
应用例
一种PC/PBT合金建筑模板，由上述任意一种PC/PBT合金材料制成。具体的制备方法如下：使用注塑机将PC/PBT合金材料注塑成型，然后冷却10-20s，得到PC/PBT合金建筑模板。其中，注塑机一区到喷嘴的注塑温度分别设为255-260℃、250-255℃、245-250℃、245-250℃，模具温度为25-30℃，注塑压力为70-75MPa，保压为45-50MPa。
优选，注塑机一区到喷嘴的注塑温度分别设为260℃、255℃、250℃、245℃，模具温度为30℃，注塑压力为70MPa，保压为50MPa；冷却时间为15s。
性能检测数据
(1)断裂伸长率：参照GB/T 1040.1-2018《塑料拉伸性能的测定》进行检测。低温处理的条件为：-30℃环境处理24h。
(2)热变形温度：根据ISO 75-l-2013，使用热变形维卡软化温度测定仪对长80mm、宽10mm、厚4mm的样条以120℃/h速率施加恒定负载0.455MPa作用下达到规定挠度(0.254mm)测得的温度。
表3实施例1-12与对比例1-5中PC/PBT合金材料的性能参数
对比实施例1与对比例1，其中，对比例1中未添加相容剂马来酸酐接枝SEBS。结合表3中实施例1与对比例1中的数据可知，当不添加相容剂马来酸酐接枝SEBS时，PC/PBT合金的断裂伸长率、耐低温性能以及热变形温度均降低。对此，发明人推测其原因是PC与PBT相容性差，降低了PC/PBT合金的断裂伸长率，也就是PC/PBT合金的韧性性能变差。其次，PC/PBT合金的韧性性能变差，PC/PBT合金容易出现低温脆性，PC/PBT合金的耐低温性能变差。另外，改性玻璃纤维难以均匀分散至PC/PBT合金中，PBT的结晶行为受到影响，导致PC/PBT合金的热变形温度降低。
对比实施例1与对比例2，其中，对比例2中所采用的改性玻璃纤维在改性时，六偏磷酸钠采用了等量的氯化十二烷基二甲基苄基铵代替。结合表3中实施例1与对比例2中的数据可知，当采用不含六偏磷酸钠的改性液对玻璃纤维进行改性时，PC/PBT合金的断裂伸长率、耐低温性能与热变形温度均降低。
对比实施例1与对比例3，其中，对比例3中所采用的改性玻璃纤维在改性时，氯化十二烷基二甲基苄基铵采用了等量的六偏磷酸钠代替。结合表3中实施例1与对比例3中的数据可知，当采用不含氯化十二烷基二甲基苄基铵的改性液对玻璃纤维进行改性时，PC/PBT合金的断裂伸长率、耐低温性能与热变形温度均降低。
对比实施例1与对比例4，其中，对比例4中所采用的改性玻璃纤维仅采用水浸泡改性。结合表3中实施例1与对比例4中的数据可知，当采用不含六偏磷酸钠与氯化十二烷基二甲基苄基铵的改性液对玻璃纤维进行改性时，PC/PBT合金的断裂伸长率、耐低温性能与热变形温度也明显降低。
综合实施例1与对比例2-4的结果，发明人推测其原因可能改性玻璃纤维在PC/PBT合金中的分散性能变差导致的。
对比实施例1与对比例5，其中，实施例1先采用六偏磷酸钠与氯化十二烷基二甲基苄基铵对玻璃纤维进行改性，得到改性玻璃纤维后，再将改性玻璃纤维与其他PC/PBT合金原料进行共混制备预混料。而对比例5则直接将六偏磷酸钠、氯化十二烷基二甲基苄基铵、玻璃纤维与其他PC/PBT合金原料进行共混制备预混料，六偏磷酸钠、氯化十二烷基二甲基苄基铵在熔融共混的过程中对玻璃纤维进行改性。结合表3中实施例1与对比例5中的数据可知，实施例1中PC/PBT合金的耐低温性能与热变形温度明显优于对比例5中的PC/PBT合金。由此可见，在获得本申请中低温不容易脆化、高温不容易变形的PC/PBT合金时，不能在熔融共混的过程中采用六偏磷酸钠、氯化十二烷基二甲基苄基铵对玻璃纤维进行改性。
对比实施例1与实施例4-5，其中，实施例1与实施例4-5中所采用的相容剂不同。结合表3中实施例1与实施例4-5中的数据可知，当相容剂选用马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯两者的混合物，且马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯的重量比为(1.8-2.2)：1时，有利于进一步提高PC/PBT合金的韧性性能与耐低温性能。
对比实施例4与实施例6-7，其中，实施例4与实施例6-7的区别在于改性玻璃纤维中玻璃纤维的长度和直径不同。结合表3中实施例4与实施例6-7中的数据可知，当玻璃纤维的长度为1-2mm，直径为9-12μm时，PC/PBT合金的热变形温度进一步提高。发明推测其原因是改性玻璃纤维的分散性能提高。
对比实施例6与实施例8，其中，实施例8中的改性玻璃纤维增加了硅烷偶联剂。结合表3中实施例6与实施例8中的数据可知，硅烷偶联剂的加入能够进一步改善玻璃纤维与PC/PBT合金的相容性，使得PC/PBT合金的耐高温性能进一步提高。
对比实施例8-10，其中，实施例8-10的区别在于抗氧化剂的选择不同。结合表3中实施例8-10中的数据可知，当抗氧化剂选用抗氧化剂1010与抗氧化剂168两者的混合物，且抗氧化剂1010与抗氧化剂168的重量比为(2.8-3.2):2时，PC/PBT合金的耐高温性能进一步提高。
本申请的上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定。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。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PC/PBT合金材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
PC/PBT混合物：100份
相容剂：8-12份
抗氧化剂：0.8-1.2份
光稳定剂：1-2份
改性玻璃纤维：3.2-4.8份
所述PC/PBT混合物中，PC与PBT的重量比为(1.5-4):1；
所述相容剂选用马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯中的任意一种或几种的组合物；
所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：
将10-20重量份六偏磷酸钠、1.8-2.4重量份季铵盐溶于100重量份水中，制得改性液；
将3.5-5.5重量份长度为1-2mm、直径为9-12µm的玻璃纤维投入改性液中超声浸泡，然后捞出干燥，得到改性玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的一种PC/PBT合金材料，其特征在于，所述相容剂选用马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯两者的混合物，所述马来酸酐接枝SEBS、马来酸酐接枝丙烯酸乙酯的重量比为（1.8-2.2）：1。
3.根据权利要求1所述的一种PC/PBT合金材料，其特征在于，所述季铵盐选用氯化十二烷基二甲基苄基铵、氯化十六烷基二甲基苄基铵中的任意一种或几种的组合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种PC/PBT合金材料，其特征在于，所述改性液中还混合有1-2重量份硅烷偶联剂。
5.根据权利要求4所述的一种PC/PBT合金材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选用KH550、KH560中的任意一种或几种的组合物。
6.根据权利要求4所述的一种PC/PBT合金材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010与抗氧化剂168，所述抗氧化剂1010与抗氧化剂168的重量比为（2.8-3.2）:2。
7.根据权利要求4所述的一种PC/PBT合金材料，其特征在于，所述光稳定剂包括受阻胺光稳定剂和苯并三唑类紫外线吸收剂，所述受阻胺光稳定剂与苯并三唑类紫外线吸收剂的重量比为（3.5-4.5）：1。
8.一种PC/PBT合金建筑模板，其特征在于：由权利要求1-7任一项所述的一种PC/PBT合金材料制成。
9.权利要求8所述的一种PC/PBT合金建筑模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将PC/PBT混合物、相容剂、抗氧化剂、光稳定剂以及改性玻璃纤维均匀混合制得预混料；
将预混料于240-260℃熔融挤出制粒，得到PC/PBT合金材料；
将PC/PBT合金材料注塑成型，然后冷却，得到PC/PBT合金建筑模板。
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