CN115246985B

CN115246985B - 一种加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115246985B
Application number: CN202211012766.2A
Authority: CN
Inventors: 彭民乐; 陈平绪; 叶南飚; 杨燕; 陈勇文; 艾军伟
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2022-08-23
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2042-08-23
Also published as: CN115246985A

Abstract

本发明公开了一种加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。所述聚碳酸酯组合物包括如下组分：聚碳酸酯100重量份，红外透过剂0.2‑1重量份，硫酯类稳定剂0.1‑0.4重量份。所述红外透过剂为氧化铝与氧化锌的复配或氧化铝与硫化锌的复配。本发明的聚碳酸酯组合物具有优良的红外透过率和可见光透过性。

Description

一种加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及工程塑料领域，特别涉及一种加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚碳酸酯(PC)是性能优异的工程塑料，具有良好的综台性能，机械强度高、耐冲击韧性好、尺寸稳定、耐热较好、电绝缘性好，在阳光板、汽车、家电、IT产品等领域具有广泛的应用。

红外光波长为0.75～1000μm的光线，由于其特殊的光热效应，广泛应用于红外接口、防盗报警装置、红外遥感设备、红外探测、红外线传感设备以及红外成像设备等领域。其中传感设备中的智能家居，包括TWS耳机、智能音响和智能鼠标是5G的主要应用场景，随着人们对美观的要求提升，PC材料作为视窗材料需要达到红外遥感功能的同时，不能看到零部件内部结构，这就要求PC材料红外透过率高，但可见光透过率低。此外，由于这些智能设备常常为白色，通过常见的钛白粉、立德粉和来配色，由于对红外反射作用，往往会急剧降低红外透过率，无法兼顾红外光透过同时，可见光透过率低的要求。

常见的透红外材料硅、锗能做到透红外、限制可见光，但材料无法做到亮白。另一类碱土金属化合物，如氧化铝对红外光和可见光都透过，无法达到预定目标，而氧化锌、硫化锌(ZnS)和硒化锌(ZnSe)具有折射率均匀性和一致性，在红外波段具有较高的透过率，可见光透过率低，但由于其催化作用会导致PC严重降解，产生料花外观缺陷，冲击性能急剧下降。

因此，开发一种红外透过率高、可见光透过率低，且加工稳定性能好、力学强度高的聚碳酸酯产品具有重要的研究意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用，使用氧化铝+氧化锌或氧化铝+硫化锌复配的方式，再加入硫醚类稳定剂，赋予聚碳酸酯材料优良的红外透过率和可见光限制，且白度高。

本发明提供一种加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物，包括如下组分：

聚碳酸酯100重量份；

红外透过剂0.2-1重量份；

硫酯类稳定剂0.1-0.4重量份；

所述红外透过剂，为氧化铝与氧化锌的复配或氧化铝与硫化锌的复配。

所述红外透过剂用量优选为0.3-0.6重量份。所述氧化铝与氧化锌的重量比为(0.5～2)：1，优选为1：1；所述氧化铝与硫化锌的重量比为(0.5～2)：1，优选为1：1。

进一步的，所述的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。

进一步的，所述的聚碳酸酯的重均分子量为10000～40000。

进一步的，所述的聚碳酸酯的重均分子量为20000～30000。

进一步的，所述硫化锌的平均粒径为0.2～0.3μm。

进一步的，所述硫酯类稳定剂选自羟基化的硫代二苯基醚类，硫代二丙酸二月桂酯DLTP，硫代二丙酸双十八酯DSTP，(3,3’-硫代双丙酸双十三醇酯)硫代二丙酸二(十三酯)DTDTP，3,3-硫代双丙酸二(十四烷醇)酯DMTDP，季戊四醇四(3-月季基硫代丙酸)酯AO-412S中的任意一种。

进一步的，本发明所述的聚碳酸酯组合物，基于聚碳酸酯组合物总重量，还可以包括其它助剂；

所述助剂选自稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、填料、抗静电剂、抗菌剂、着色剂的任意一种或多种。

所述稳定剂选自有机亚磷酸酯，烷基化的一元酚或者多元酚，多元酚和二烯的烷基化反应产物，对甲酚或者二环戊二烯的丁基化反应产物，烷基化的氢醌类，亚烷基-双酚，苄基化合物或多元醇酯类中的任意一种或多种；所述稳定剂的重量份数为0.2～1份。

所述阻燃剂选自磺酸盐类阻燃剂、磷酸酯阻燃剂、硅氧烷阻燃剂、溴化聚碳酸酯或聚四氟乙烯阻燃剂中的任意一种或多种；所述阻燃剂的重量份数为0.1～15份。

所述抗滴落剂为聚四氟乙烯，重量份为0.2-1份。

所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸季戊四醇酯，石蜡或褐煤蜡中的任意一种或多种，重量份数为0.2～1份。

所述脱模剂为硅类脱模剂、蜡类脱模剂、聚醚脱模剂中的任意一种或多种。

所述填料为钛白粉、滑石粉、云母、高岭土、硫酸钡或硅灰石中的任意一种或多种，重量份数为5～20份。

所述抗静电剂选自单甘脂或聚醚类中的任意一种或多种，重量份数为1～30份。

所述抗菌剂为银离子抗菌剂、香草醛抗菌剂中的至少一种，重量份数为0.2～10份。

所述着色剂为有机颜料或染料中的任意一种或多种，重量份数为0.1～1份。

优选地，所述着色剂为葸醌、靛类、偶氮或杂环类中的一种或几种，例如偶氮黄、偶氮橙、偶氮红、葸醌绿、葸醌蓝、葸醌紫、酞菁蓝、酞青绿，永固红F5R(C.I.颜料红48:2)、永固橙RN(C.I.颜料橙5)、金光红(C.I.颜料红21)、联苯胺黄G(C.I.颜料黄12)、永固紫、金光红C(C.I.颜料红53:1)、颜料红254、耐晒大红BBN、耐晒艳红BBC、永固黄、联苯胺黄。

要制备透红外白色材料，就需要调控下料的折射率和可见光透过率。可见光不透明主要由光的散射和折射导致，光散射进入聚合物复合材料既没有吸收光，也没有透过和反射的光，这主要由聚合物内部不均匀引起。如果颗粒尺寸小于可见光波长，才能减少光线散射导致的不透明。如果非均一材料的折射率相差小，则提升均匀性，可以减少双折射现象导致的透明度低。

根据Raleigh光散射理论，复合材料的可见光的透过率取决于树脂和助剂的折射率差异，红外透过剂的，红外的波长远大于助剂粒径，所以其对着红外光是透明的，波长与粒径尺寸接近时，会发生明显的衍射。粒径分布比较散乱，得不到完整的衍射图样，结果就不透明。波长很长的话基本不受影响，就变透明。

因此，提高可见光透过率，需要保证复合材料均一，助剂与树脂折射率接近，同时助剂粒径需要小于光波长。本发明的目的是提高红外透过率，需要保证材料的折射率尽量均一，助剂与树脂折射率接近，同时粒径小于红外波段的0.7-20μm，因此红外助剂的粒径小于0.7μm后，粒径对红外吸收基本无影响。

氧化铝折射率为1.63；PC的折射率为1.585，折射率相近，氧化铝红外透过波长为3-5.5μm，红外透过好，同时也透过可见光。且白度大于90。氧化锌和硫化锌的对红外透过率高，硫化锌的红外透过波长为8-14μm，红外透过好，但折射率为2.37或2.57，与PC的差异大，可见光透过差，氧化锌的红外透过波长为0.5-22μm，红外透过好，折射率2.26与PC的差异大，可见光透过差。

硫酯通过自身分子中的硫原子化合价的变化，把塑料中高活性的氢过氧化物分解成低活性分子，从而降低PC的降解，稳定熔指和冲击强度。作用机理如下：

因此，一方面，氧化铝透红外高，通过添加氧化锌或硫化锌复配，能够兼顾透红外，微透可见光的要求，同时白度高；另一方面，硫酯类硫化还原剂，降低氧化铝、氧化锌或硫化锌类碱土金属会导致导致的催化降解作用，稳定透红外白色PC材料的熔指和冲击性能。

本发明还提供所述的加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取各组分，将各组分在高速混合机中混合10分钟，得到预混料，将所述预混料通过喂料机投入双螺杆挤出机中，螺杆转速为400～600转/分钟，加工温度为250～280℃，采用双真空，真空度为-0.07～0.08MPa，通过熔融、分散、共混，然后经过挤出拉条、冷却、干燥、切粒后，得到所述的聚碳酸酯组合物。

本发明还提供所述的加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物在制备传感设备中的应用，例如VR智能眼镜及智能手表。

综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

本发明使用氧化铝+氧化锌或氧化铝+硫化锌复配兼顾透红外和可见光要求，添加硫酯稳定熔指和冲击强度。本发明的聚碳酸酯组合物的1.0mm红外透过率1.0mm红外透过率≥40％，可见光透过率≤45％，且熔指变化率＜21％，缺口冲击强度不低于40KJ/cm²，且白度高，阻隔性能好，耐候性能优良。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例

下面结合具体实施例和对比例来进一步说明本发明，以下具体实施例均为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制，特别并不局限于下述具体实施例中所使用的各组分原料的型号。

一、所使用的各组分原材料如下：

聚碳酸酯#1：重均分子量为28000的双酚A型聚碳酸酯，PC1300-10NP,LG化学；

聚碳酸酯#2：重均分子量为40000的双酚A型聚碳酸酯，牌号PC1300-03NP，LG化学；

聚碳酸酯#3：重均分子量为8000的双酚A型聚碳酸酯，PC-60C，富本科技；

氧化铝#1，Al2O3，东海富彩矿物制品，折射率1.63；

氧化铝#2，氧化铝，上海加成化工有限公司，折射率1.63；

氧化铝#3，纳米α-Al2O3粉，青海圣诺光电科技有限公司，折射率1.63；

氧化锌#1，牌号BAO-05，折射率2.26，鑫源化工有限公司；

氧化锌#2，牌号HG-ZNO，折射率2.26，上海汇精亚纳米新材料有限公司；

氧化锌#3，牌号YC-ZN50 CAS，折射率2.26，上海盈承新材料有限公司；

硫化锌#1，牌号AM-ZnS-001-1，浙江亚美纳米科技有限公司，粒径为0.3μm，折射率2.57；

硫化锌#2，硫化锌HD-S，萨哈利本，0.2μm，折射率2.37；

硫化锌#3，GWZ300，萨哈利本，0.5μm，折射率2.37；

硫酯类稳定剂：硫代二丙酸双十八酯，硫酯抗氧剂DSTP，RIANOX DSTP，天津利安隆；

助剂：抗滴落剂，聚四氟乙烯，市售，平行实验使用的是同种物质。

称取表1和表2中各组分，在高速混合机中混合10分钟，得到预混料，将所述预混料通过喂料机投入双螺杆挤出机中，螺杆转速为400～600转/分钟，加工温度为250～280℃，采用双真空，真空度为-0.07～0.08MPa，通过熔融、分散、共混，然后经过挤出拉条、冷却、干燥、切粒后，得到所述的聚碳酸酯组合物。

二、各项性能测试方法：

(1)红外透过率测试：将样品制成1mm厚的片材，用I,ambda 950型紫外-可见红外分光光度计扫描780-1650nm红外光波长范围，测试其红外线透过率。

(2)可见光透过率：将样品制成1mm厚的片材，用I,ambda 950型紫外-可见红外分光光度计扫描780-1650nm红外光波长范围，测试其可见光透过率。

(3)白度：将PC材料加入到注塑机中，在270℃～290℃的温度下进行熔融，注塑成标准色板，长宽厚＝54mm*84mm*2mm。

用Datacolor分光光度计(仪器名称：Datacolor 650)在D65条件测试色板的CIE L值，L值越高，越白；

(4)熔指变化率：测试标准参照ASTM D1238-2018，测试条件：300℃1.2kg，测试设备：Cflow。

取适量粒子在在鼓风干燥箱里烘干4小时后进行测试，将粒子加入300℃的熔指仪料筒中，停留4min后，测试所得值为X1，接着在300℃的熔指仪中停留15min，测试所得值为X2，熔指变化率△X＝(X2-X1)/X1。

(5)悬臂梁缺口冲击强度：按照ASTM D 256-2010标准，缺口类型：A型，测试温度23℃。

表1实施例技术方案和效果(重量份)

表2对比例技术方案和效果(重量份)

从实施例1-14的结果来看，不同的配方，都能达到红外透过率高、可见光透过率低，且缺口冲击强度高、融指变化率低。

对比例1～5均与实施例3的单一变量，对比例1不加硫酯稳定剂；对比例2不加氧化铝；对比例3不加氧化锌，对比例4红外透过剂用量过低；对比例5红外透过剂用量过高。以上对比例均无法同时做到红外透过率高、可见光透过率低，且缺口冲击强度高、融指变化率低。因此说明本发明的红外透过剂采用氧化铝与氧化锌的复配或氧化铝与硫化锌的复配及其用量是非常重要的，同时两者复配与硫酯稳定剂具有协同作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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

1.一种加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物，其特征在于，包括如下组分：

聚碳酸酯100重量份；

红外透过剂0.2-1重量份；

硫酯类稳定剂0.1-0.4重量份；

所述红外透过剂为氧化铝与氧化锌的复配或氧化铝与硫化锌的复配；所述红外透过剂的粒径小于0.7μm。

2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述氧化铝与氧化锌的重量比为(0.5～2)：1，所述氧化铝与硫化锌的重量比为(0.5～2)：1。

3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。

4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯的重均分子量为10000～40000。

5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯的重均分子量为20000～30000。

6.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述硫化锌的平均粒径为0.2～0.3μm。

7.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述硫酯类稳定剂选自羟基化的硫代二苯基醚类，硫代二丙酸二月桂酯，硫代二丙酸双十八酯，(3,3’-硫代双丙酸双十三醇酯)硫代二丙酸二(十三酯)，3,3-硫代双丙酸二(十四烷醇)酯，季戊四醇四(3-月季基硫代丙酸)酯中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯组合物还包括其它助剂。

9.根据权利要求8所述的聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述助剂选自稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、填料、抗静电剂、抗菌剂、着色剂的任意一种或多种；所述稳定剂选自有机亚磷酸酯、烷基化的一元酚或者多元酚、多元酚和二烯的烷基化反应产物、对甲酚或者二环戊二烯的丁基化反应产物、烷基化的氢醌类、亚烷基-双酚、苄基化合物或多元醇酯类中的任意一种或多种；所述填料为钛白粉、滑石粉、云母、高岭土、硫酸钡或硅灰石中的任意一种或多种。

10.权利要求1-9任一项所述的加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按重量份称取各组分，将各组分在高速混合机中混合10分钟，得到预混料，将所述预混料通过喂料机投入双螺杆挤出机中，螺杆转速为400～600转/分钟，加工温度为250～280℃，采用双真空，真空度为-0.07～0.08MPa，通过熔融、分散、共混，然后经过挤出拉条、冷却、干燥、切粒后，得到所述的聚碳酸酯组合物。

11.权利要求1-9任一项所述的加工稳定透红外白色聚碳酸酯组合物在制备传感设备、可穿戴设备中的应用。