CN115627061A - 一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用,按重量份数计,包括组分:聚碳酸酯树脂54‑89.7份;聚二甲基硅氧烷共聚PC 10‑40份;有机磷酸酯化合物1.5‑8份;光学功能物0.1‑3份。本发明的聚碳酸酯组合物,通过加入一定量的光学功能物、聚二甲基硅氧烷共聚PC和有机磷酸酯化合物,各组分协同作用,使材料具有选择性红外线穿透的特殊光学性能(在1.5mm厚度的850nm红外光透光率高于31%、400nm‑700nm可见光透光率低于13%),且能够同时兼顾材料的低应力和高韧性。

Description

一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体涉及一种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)具有无色透明、耐热、抗冲击、透光率高、光学性能好的特点,是一种综合性能优异的热塑性工程塑料,充分的利用其材料的透明性,在一些特殊光学器件上有很好的应用前景。红外线穿透PC材料指的是能透过红外辐射的材料,其具有波长较长、穿透能力强、能量高等特点,广泛应用于信号传输和能量输送等领域。目前的红外线穿透PC材料主要是在聚碳酸酯材料中添加红外透射材料改性,中国专利申请CN112724630A公开一种红外线透过的阻燃聚碳酸酯组合物,通过添加一定比例的氟化镁和硫酸钙,提高红外线透过率同时一定程度上降低可见光透过率。然而,PC由于分子链中苯环的存在,注塑时极易残留内应力,从而在产品外观面上存在应力痕甚至出现应力开裂,严重影响产品外观和使用。现有技术中一般通过添加低应力助剂降低PC材料的内应力,但低应力助剂的加入又会导致材料的韧性显著下降。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种特殊光学性能聚碳酸酯组合物,其在1.5mm厚度的红外光透过率在27%以上、可见光透过率低于15%(可以在保持红外光的信号传递作用的同时,降低可见光对信号的干扰),且能够同时兼顾材料的低应力和高韧性。
本发明的另一目的在于提供上述聚碳酸酯组合物的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种聚碳酸酯组合物,按重量份数计,包括以下组分:
聚碳酸酯树脂 54-89.7份;
聚二甲基硅氧烷共聚PC 10-40份;
有机磷酸酯化合物 1.5-8份;
光学功能物 0.1-3份。
优选的,所述的聚碳酸酯组合物,按重量份数计,包括以下组分:
聚碳酸酯树脂 70-85份;
聚二甲基硅氧烷共聚PC 15-30份;
有机磷酸酯化合物 2-6份;
光学功能物 0.3-2份。
更优选的,聚二甲基硅氧烷共聚PC在所述聚碳酸酯组合物中的重量百分含量为15%-30%;有机磷酸酯化合物在所述聚碳酸酯组合物中的重量百分含量为2%-6%。
优选的,所述聚碳酸酯树脂的端羟基含量≤170ppm,更优选为80-150ppm。采用低端羟基含量的聚碳酸酯树脂,有利于材料韧性的稳定。
所述端羟基含量通过如下方法测得:取特定含量的测试样配制1%浓度(质量浓度)的澄清溶液,用中性乙醇冲洗,并加入定量的酚酞指示剂,用0.5mol/L 盐酸溶液滴定量至红色消失,根据盐酸消耗量计算得到端羟基含量。
优选的,所述聚碳酸酯树脂的数均分子量为20000-28000。
本发明的聚碳酸酯组合物中,有机磷酸酯化合物是作为低应力助剂,通过加入一定量的有机磷酸酯化合物,能够提升聚碳酸酯分子链的柔性,提高分子链段的运动能力,从而有效降低注塑过程中材料的内应力。优选的,所述有机磷酸酯化合物选自双酚A双磷酸二苯酯、间苯二酚双二苯基磷酸酯或磷酸三苯酯中的任意一种或几种,更优选为双酚A双磷酸二苯酯。
本发明加入聚二甲基硅氧烷共聚物PC,起到增韧的作用,同时提高分子链的柔韧性,与有机磷酸酯化合物协同作用,进一步降低材料内应力,同时保证材料较高的韧性。优选的,所述聚二甲基硅氧烷共聚PC中硅重量含量为2%-10%,优选为4%-6%。硅含量过低材料韧性差;硅含量过高,反而会对材料的红外透光率有负面的影响。
本发明所述的光学功能物选自钛白粉、滑石粉、硫化锌、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、蛭石、埃洛石或硅灰石中的任意一种或几种;优选的,所述光学功能物选自为钛白粉、氧化锌或硫化锌中的任意一种或几种;更优选的,所述光学功能物选自为钛白粉。本发明采用的光学功能物可以有效屏蔽可见光的透过,而对红外光透过率的影响小。
根据材料性能需求,本发明所述的聚碳酸酯组合物,按重量百分比计,还包括0.1-2份润滑剂;0.1-1份抗氧剂。
所述润滑剂选自硅酮类润滑剂、酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、聚乙烯类润滑剂、硬脂酸类润滑剂、脂肪酸及酯类润滑剂或蒙旦酯类润滑剂中的一种或者两种以上的混合物。
所述抗氧剂选自羟基化的硫代二苯基醚类、烷基化的一元酚或多元酚、多元醇、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯或季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的任意一种或几种;优选的,所述抗氧剂选自双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)或羟基化的硫代二苯基醚类中的任意一种或几种。
本发明还提供上述聚碳酸酯组合物的制备方法,包括以下步骤:按照配比,将各组分加入高速混合机中混合均匀,得到预混物;然后将所得预混物投入双螺杆挤出机中进行熔融混合,并挤出造粒,制备得到聚碳酸酯组合物;其中,所述双螺杆挤出机的长径比为40:1-48:1;双螺杆挤出机温度设置为230-300℃。
本发明还提供上述聚碳酸酯组合物在可穿戴电子产品中的应用,具体可用于VR/AR设备、智能手环、智能手表等。
本发明具有如下有益效果:
本发明的聚碳酸酯组合物,通过加入一定量的光学功能物、聚二甲基硅氧烷共聚PC和有机磷酸酯化合物,各组分协同作用,使材料具有选择性红外线穿透的特殊光学性能(在1.5mm厚度的850nm红外光透光率高于31%、400nm-700nm可见光透光率低于13%),且能够同时兼顾材料的低应力和高韧性。
附图说明
图1为实施例和对比例内应力测试的样条夹持示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
对本发明实施例及对比例所用的原材料做如下说明,但不限于这些材料:
聚碳酸酯树脂1:端羟基含量为80ppm,三菱S-2000F;数均分子量28000;
聚碳酸酯树脂2:端羟基含量为170ppm,PC 141R,Sabic,数均分子量26000;
聚碳酸酯树脂3:端羟基含量为220ppm,三菱H-3000F,数均分子量20000;
聚二甲基硅氧烷共聚PC 1:S2060,万华,硅重量含量为10%;
聚二甲基硅氧烷共聚PC 2:FG1760,出光,硅重量含量为6%;
聚二甲基硅氧烷共聚PC 3:FG1720,出光,硅重量含量为2%;
有机磷酸酯化合物1:双酚A双磷酸二苯酯;
有机磷酸酯化合物2:间苯二酚双二苯基磷酸酯;
有机磷酸酯化合物3:磷酸三苯酯;
光学功能物1:钛白粉CR210+,上海颜钛;
光学功能物2:硫化锌,萨哈利本;
光学功能物3:氧化锌,ZnO-X1,黄河锌品;
润滑剂:聚乙烯蜡润滑剂,1105A,日本三井;
抗氧剂:亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯,抗氧剂168,巴斯夫;
实施例和对比例的制备方法:
按照表1配比,将各组分加入高速混合机中混合均匀,得到预混物;然后将所得预混物投入双螺杆挤出机中进行熔融混合,并挤出造粒,制备得到聚碳酸酯组合物;其中,所述双螺杆挤出机的长径比为48:1;双螺杆挤出机温度设置为第一节筒体内温度230~280℃、第二节筒体内温度240~290℃、第三节筒体内温度240~300℃、第四节筒体内温度240~300℃、第五节筒体内温度240~300℃、第六节筒体内温度240~300℃、第七节筒体内温度240~300℃、第八节筒体内温度240~300℃、第九节筒体内温度240~300℃、第十节筒体内温度240~300℃。
各项性能测试方法:
(1)光透过率:按照标准GB2810-1981测试,测试设备为PerkinElmer LAMBDA1050,分别测试在400nm-700nm、850nm的光透过率,厚度为1.5mm。
(2)内应力:以ISO-527为标准制备的样条,通过图1的夹具,使样条保持1.5%的曲率,冰醋酸2min涂覆一次,观察样条表面的情况。
(3)悬臂梁缺口冲击强度:按照标准ASTM D256-2010测试。
表1:实施例1-7各组分配比(按重量份数计)及各项性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
聚碳酸酯树脂1 70 70 70 70 70 70 70
聚碳酸酯树脂2
聚碳酸酯树脂3
聚二甲基硅氧烷共聚PC 1 25.9 25.9 25.9 25.9 25.9
聚二甲基硅氧烷共聚PC 2 25.9
聚二甲基硅氧烷共聚PC 3 25.9
有机磷酸酯化合物1 3 3 3 3 3
有机磷酸酯化合物2 3
有机磷酸酯化合物3 3
光学功能物1 1 1 1 1 1
光学功能物2 1
光学功能物3 1
抗氧剂 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
400nm-700nm光透过率/% 9.6 11.1 8.5 9.2 8.9 9.5 10.2
850nm光透过率/% 32.2 31.8 31.5 32.0 31.7 33.4 33.9
悬臂梁缺口冲击强度/J/m 886 852 873 787 758 819 728
内应力评价,涂覆10min 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹
表2:实施例8-13各组分配比(按重量份数计)及各项性能测试结果
实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13
聚碳酸酯树脂1 54 87 70.1 78
聚碳酸酯树脂2 70
聚碳酸酯树脂3 70
聚二甲基硅氧烷共聚PC 1 25.9 25.9 34.9 10.9 25.9 18
有机磷酸酯化合物1 3 3 8 1.5 3 2
光学功能物1 1 1 3 0.5 1 1.5
抗氧剂 0.1 0.1 0.1 0.1 / 0.3
润滑剂 0.2
400nm-700nm光透过率/% 9.9 10.4 8.1 12.6 8.5 7.9
850nm光透过率/% 32.8 33.5 31.1 34.7 31.4 31.3
悬臂梁缺口冲击强度,J/m 813 758 767 825 709 837
内应力评价,涂覆10min 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹 无微裂纹和裂纹
表3:对比例1-5各组分配比(按重量份数计)及各项性能测试结果
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
聚碳酸酯树脂1 70 70 70 70 70
聚二甲基硅氧烷共聚PC1 25.9 25.9 25.9 25.9 /
有机磷酸酯化合物1 3 0.5 15 / 3
光学功能物1 / 1 1 1 1
抗氧剂 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
400nm-700nm光透过率/% 85.2 9.6 8.7 9.2 11.7
850nm光透过率/% 86.9 32.2 31.6 31.8 34.8
悬臂梁缺口冲击强度/J/m 871 891 282 906 421
内应力评价,涂覆10min 无微裂纹和裂纹 有微裂纹,无裂纹 有微裂纹,有裂纹 有微裂纹,有裂纹 有微裂纹,无裂纹
由上述实施例和对比例可看出,本发明通过加入一定量的光学功能物、聚二甲基硅氧烷共聚PC 和有机磷酸酯化合物,各组分协同作用,制备得到的聚碳酸酯组合物,具有选择性红外线穿透的特殊光学性能(在1.5mm厚度的850nm红外光透光率高于31%、400nm-700nm可见光透光率低于13%),且能够同时兼顾材料的低应力和高韧性。
对比例1,不添加钛白粉,材料无选择透光性。
对比例2/4,有机磷酸酯化合物添加量过少或不添加,内应力高,注塑产品外观面上易出现裂纹。
对比例3,有机磷酸酯化合物添加量过多,反而导致材料韧性严重劣化,而无法解决应力开裂问题。
对比例5,不添加聚二甲基硅氧烷共聚PC,材料韧性差、注塑产品易出现裂纹。

Claims (11)

1.一种聚碳酸酯组合物,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:
聚碳酸酯树脂 54-89.7份;
聚二甲基硅氧烷共聚PC 10-40份;
有机磷酸酯化合物 1.5-8份;
光学功能物 0.1-3份。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:
聚碳酸酯树脂 70-85份;
聚二甲基硅氧烷共聚PC 15-30份;
有机磷酸酯化合物 2-6份;
光学功能物 0.3-2份。
3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,聚二甲基硅氧烷共聚PC在所述聚碳酸酯组合物中的重量百分含量为15%-30%;有机磷酸酯化合物在所述聚碳酸酯组合物中的重量百分含量为2%-6%。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,所述聚碳酸酯树脂的端羟基含量≤170ppm,优选为80-150ppm。
5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,所述聚碳酸酯树脂的数均分子量为20000-28000。
6.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,所述聚二甲基硅氧烷共聚PC中硅重量含量为2%-10%,优选为4%-6%。
7.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,所述有机磷酸酯化合物选自双酚A双磷酸二苯酯、间苯二酚双二苯基磷酸酯或磷酸三苯酯中的任意一种或几种,优选为双酚A双磷酸二苯酯。
8.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,所述光学功能物选自钛白粉、滑石粉、硫化锌、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、蛭石、埃洛石或硅灰石中的任意一种或几种;优选的,所述光学功能物选自为钛白粉、氧化锌或硫化锌中的任意一种或几种;更优选的,所述光学功能物选自为钛白粉。
9.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组合物,其特征在于,按重量百分比计,还包括0.1-2份润滑剂;0.1-1份抗氧剂;所述润滑剂选自硅酮类润滑剂、酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、聚乙烯类润滑剂、硬脂酸类润滑剂或蒙旦酯类润滑剂中的一种或者两种以上的混合物;所述抗氧剂选自羟基化的硫代二苯基醚类、烷基化的一元酚或多元酚、多元醇、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯或季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的任意一种或几种;优选的,所述抗氧剂选自双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)或羟基化的硫代二苯基醚类中的任意一种或几种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的聚碳酸酯组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:按照配比,将各组分加入高速混合机中混合均匀,得到预混物;然后将所得预混物投入双螺杆挤出机中进行熔融混合,并挤出造粒,制备得到聚碳酸酯组合物;其中,所述双螺杆挤出机的长径比为40:1-48:1;双螺杆挤出机温度设置为230-300℃。
11.根据权利要求1-9任一项所述的聚碳酸酯组合物在可穿戴电子产品中的应用。
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