CN115627064A - 一种抗静电pc/abs组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗静电PC/ABS组合物，按重量份数计，包括以下组分：PC树脂40‑60份；ABS树脂10‑30份；抗静电剂8‑18份；稳定剂6‑14份；增韧剂2‑10份；填充物4‑8份。本发明在PC/ABS材料体系中，通过选择加入特定的抗静电剂，并加入一定量的稳定剂，与增韧剂、填充物各组分协同配合，能够在赋予PC/ABS良好抗静电性能的同时，保持较高的刚性和较高的韧性，从而实现了能够兼具高刚性和高韧性的抗静电PC/ABS组合物。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种抗静电PC/ABS组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物（ABS）共混得到的PC/ABS合金在性能上可形成互补，即结合了ABS的成型性和PC的机械性、冲击韧性和耐温等性质，在许多领域都有广泛应用。然而，PC/ABS材料具有很高的电绝缘性，在一些特殊的应用场合（如，安全帽、消费电子、笔记本、通讯设备等），需要对材料进行抗静电改性。目前主要是通过添加抗静电剂，以降低材料的电阻率，赋予材料一定的抗静电性能；但是现有技术中，常用于PC/ABS改性的抗静电剂，会使材料的刚性大幅度下降，影响使用。添加填料是提高材料刚性的常用手段，但填料的加入又会劣化材料的冲击韧性。二者的矛盾导致要获得兼具高刚性和高韧性的抗静电PC/ABS材料存在一定的困难。
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抗静电PC/ABS组合物，具有良好的抗静电性能，且能够同时兼顾较高的刚性和较高的冲击韧性。
本发明的另一目的在于提供上述抗静电PC/ABS组合物的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗静电PC/ABS组合物，按重量份数计，包括以下组分：
PC树脂40-60份；
ABS树脂10-30份；
抗静电剂8-18份；
稳定剂6-14份；
增韧剂2-10份；
填充物4-8份。
优选的，所述PC树脂与ABS树脂的重量比例为（1.8-3.7）：1。
优选的，所述PC树脂的数均分子量为20000-40000；更优选的，所述PC树脂的数均分子量为25000-37000。
优选的，所述ABS树脂中的橡胶相平均粒径在0.5-5μm。所述ABS树脂更优选为本体法ABS中的任意一种或几种。
本发明所述抗静电剂选自三丁基甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐或 1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯中的任意一种或其混合物。
本发明通过选用特定的抗静电剂，同时加入一定量的稳定剂，稳定剂能够中和抗静电剂和填充物表面的碱性基团，保证材料在加工过程中性能的稳定性，从而在有效提升材料抗静电性能的同时，能够保持高刚性和高韧性。
优选的，所述抗静电剂与稳定剂的重量比为（1.2-1.7）：1。
优选的，本发明所述稳定剂选自双酚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。
优选的，所述的增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物，或核为有机硅/丙烯酸酯、壳为甲基丙烯酸甲酯的核壳结构增韧剂中的任意一种或几种。具体的，所述核为有机硅/丙烯酸酯、壳为甲基丙烯酸甲酯的核壳结构增韧剂包括但不限于三菱的S-2001、S-2501、S-2030、S-2100、SX-005。
优选的，所述填充物选自滑石粉、高岭土、硅灰石、云母或埃洛石中的任意一种或几种；更优选的，所述填充物选自滑石粉或硅灰石中的任意一种或几种。
本发明还提供上述抗静电PC/ABS组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比，先将ABS树脂、填充物、增韧剂和稳定剂混合均匀后，投入密炼机中180℃-220℃充分密炼均匀，破碎，再将破碎后的混合物投入双螺杆挤出机，制得一步料塑料颗粒；其中，挤出温度为180-260℃；
（2）按照配比，将步骤（1）得到的一步料塑料颗粒与其他组分在双螺杆挤出机中进行混合，挤出造粒，制备得到抗静电PC/ABS组合物；其中，双螺杆挤出机温度设置为210~270℃。
进一步的，所述步骤（1）中，双螺杆挤出机的主机转速为250-600转/分钟，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1-48:1；熔融挤出的条件为：一区温度180-230℃，二区温度190-240℃，三区温度190-250℃，四区温度190-260℃，五区温度190-260℃，六区温度190-260℃，七区温度190-260℃，八区温度190-260℃，九区温度190-260℃，十区温度190-260℃，挤出温度为180-260℃。
进一步的，所述步骤（2）中，双螺杆挤出机的主机转速为250-600转/分钟，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1-48:1；双螺杆挤出机温度设置为第一节筒体内温度210-260℃、第二节筒体内温度210-260℃、第三节筒体内温度210-270℃、第四节筒体内温度210-270℃、第五节筒体内温度210-270℃、第六节筒体内温度210-270℃、第七节筒体内温度210-270℃、第八节筒体内温度210-270℃、第九节筒体内温度210-270℃、第十节筒体内温度210-270℃。
本发明还提供上述抗静电PC/ABS组合物的应用，具体可用于安全帽、消费电子、笔记本或通讯设备等场景。
本发明具有如下有益效果：
本发明在PC/ABS材料体系中，通过选择加入特定的抗静电剂，并加入一定量的稳定剂，与增韧剂、填充物各组分协同配合，能够在赋予PC/ABS良好抗静电性能的同时，保持较高的刚性和较高的韧性，从而实现了能够兼具高刚性和高韧性的抗静电PC/ABS组合物。
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：
PC树脂1：数均分子量为 28000，S-2000F，三菱；
PC树脂2：数均分子量为23000，S-3000F，三菱；
PC树脂3：数均分子量为40000，K-1000F，三菱；
ABS树脂1：本体法ABS，高桥石化ABS 275，橡胶相平均粒径为4μm；
ABS树脂2：本体法ABS，高桥石化ABS 8434，橡胶相平均粒径为0.5μm；
ABS树脂3：乳液法ABS，奇美PA-757K，橡胶相平均粒径为0.4μm；
抗静电剂1：三丁基甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐，ELECUT S-418C15（FC4400），3M；
抗静电剂2：1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯，麦克林；
抗静电剂3： IPE U1，非迁移性聚合物网络结构，聚醚和聚丙烯酸酯共聚物，禾大；
抗静电剂4： PELESTAT-6500，高电阻聚醚酰胺型抗静电剂，日本三洋化成；
稳定剂1：双酚A双磷酸二苯酯，雅克；
稳定剂2：间苯二酚双二苯基磷酸酯，万盛；
稳定剂3：磷酸三苯酯，朗盛；
增韧剂1：以甲基丙烯酸甲酯为壳、以聚丙烯酸酯接枝二甲基硅氧烷为核的核-壳结构增韧剂，S-2001，三菱丽阳；
增韧剂2：甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物，M-521，日本中渊；
增韧剂3：以甲基丙烯酸甲酯为壳、以聚丙烯酸酯接枝有机硅为核的核-壳结构增韧剂，S-2501，三菱丽阳；
填充物1：滑石粉，HTPULTRA5L；意米发比；
填充物2：云母粉-P325目；上海跃江钛白化工制品有限公司
填充物3：高岭土，TRANSLINK 445，BASF；
填充物4：硅灰石，WP-1250，冯家山；
实施例和对比例的制备方法：
（1）按照配比，先将ABS树脂、填充物、增韧剂和稳定剂混合均匀后，投入密炼机中180℃-220℃充分密炼均匀，破碎，再将破碎后的混合物投入双螺杆挤出机，制得一步料塑料颗粒；其中，双螺杆挤出机的主机转速为400转/分钟，螺杆长径比为40:1；熔融挤出的条件为：一区温度180-230℃，二区温度190-240℃，三区温度190-250℃，四区温度190-260℃，五区温度190-260℃，六区温度190-260℃，七区温度190-260℃，八区温度190-260℃，九区温度190-260℃，十区温度190-260℃，挤出温度为180-260℃；
（2）按照配比，将步骤（1）得到的一步料塑料颗粒与其他组分在双螺杆挤出机中进行混合，挤出造粒，制备得到抗静电PC/ABS组合物；其中，双螺杆挤出机的主机转速为400转/分钟，螺杆长径比为40:1；双螺杆挤出机温度设置为第一节筒体内温度210-260℃、第二节筒体内温度210-260℃、第三节筒体内温度210-270℃、第四节筒体内温度210-270℃、第五节筒体内温度210-270℃、第六节筒体内温度210-270℃、第七节筒体内温度210-270℃、第八节筒体内温度210-270℃、第九节筒体内温度210-270℃、第十节筒体内温度210-270℃。
相关性能测试方法：
（1）表面电阻：参照标准ASTM D257-2014测试；注塑40*60*2mm的方板试样，采用ZST-121绝缘材料体积表面电阻（率）测试仪；表面电阻在1010-1012范围内具有较好的抗静电性能，在该范围内，电阻值越小，抗静电性能越好。
（2）拉伸强度：测试标准ASTM D638-2014，在Zwick电子万能试验机上测试；
（3）弯曲强度/弯曲模量：测试标准ASTM D790-2017，在Zwick电子万能试验机上测试；
（4）悬臂梁缺口冲击：测试标准ASTM D256-2010，在Zwick电子万能试验机上测试。
表1：实施例1-6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 | |
| PC树脂1 | 40 | 40 | 40 | 45 | 55 | 60 |
| ABS树脂1 | 30 | 30 | 30 | 25 | 15 | 10 |
| 抗静电剂1 | 12 | 10 | 14 | 12 | 12 | 12 |
| 稳定剂1 | 8 | 10 | 6 | 8 | 8 | 8 |
| 增韧剂1 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 填充物1 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 拉伸强度/MPa | 56 | 55 | 54 | 55 | 53 | 54 |
| 弯曲强度/MPa | 95 | 95 | 95 | 94 | 96 | 97 |
| 弯曲模量/MPa | 3215 | 3282 | 3085 | 3285 | 3291 | 3211 |
| IZOD缺口冲击强度J/m | 513 | 435 | 464 | 457 | 442 | 438 |
| 表面电阻/Ω | 2.5×10<sup>10</sup> | 8.4×10<sup>10</sup> | 1.8×10<sup>10</sup> | 2.2×10<sup>10</sup> | 2.4×10<sup>10</sup> | 3.2×10<sup>10</sup> |
由实施例1/2/3的结果看出，优选抗静电剂与稳定剂的重量比为（1.2-1.7）：1，赋予材料良好抗静电性能的同时，保持较高的刚性和韧性。
由实施例1/4/5/6的结果看出，优选PC树脂与ABS树脂的重量比例为（1.8-3.7）：1，材料抗静电性能更好。
表2：实施例7-11各组分配比（按重量份数计）及各项性能测试结果
| 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | |
| PC树脂1 | 45 | 45 | 45 | ||
| PC树脂2 | 45 | ||||
| PC树脂3 | 45 | ||||
| ABS树脂1 | 25 | 25 | 25 | 25 | |
| ABS树脂3 | 25 | ||||
| 抗静电剂1 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| 稳定剂1 | 8 | 8 | 8 | ||
| 稳定剂2 | 8 | ||||
| 稳定剂3 | 8 | ||||
| 增韧剂1 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 填充物1 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 拉伸强度/MPa | 55 | 54 | 57 | 53 | 52 |
| 弯曲强度/MPa | 94 | 92 | 98 | 92 | 91 |
| 弯曲模量/MPa | 3231 | 3258 | 3315 | 3205 | 3186 |
| IZOD缺口冲击强度J/m | 440 | 501 | 372 | 414 | 408 |
| 表面电阻/Ω | 2.8×10<sup>10</sup> | 3.1×10<sup>10</sup> | 3.8×10<sup>10</sup> | 2.5×10<sup>10</sup> | 2.9×10<sup>10</sup> |
表3：实施例12-17各组分配比（按重量份数计）及各项性能测试结果
| 实施例12 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | 实施例16 | 实施例17 | |
| PC树脂1 | 45 | 45 | 45 | 45 | 50 | 45 |
| ABS树脂1 | 25 | 25 | 25 | 25 | 20 | |
| ABS树脂2 | 30 | |||||
| 抗静电剂1 | 12 | 12 | 12 | 18 | ||
| 抗静电剂2 | 12 | 8 | ||||
| 稳定剂1 | 8 | 8 | 8 | 8 | 5 | 14 |
| 增韧剂1 | 6 | 6 | 6 | 6 | ||
| 增韧剂2 | 4 | |||||
| 增韧剂3 | 10 | |||||
| 填充物1 | 4 | 6 | ||||
| 填充物2 | 4 | |||||
| 填充物3 | 4 | |||||
| 填充物4 | 4 | 8 | ||||
| 拉伸强度/MPa | 53 | 52 | 54 | 53 | 56 | 58 |
| 弯曲强度/MPa | 90 | 90 | 93 | 91 | 98 | 98 |
| 弯曲模量/MPa | 3011 | 3052 | 3226 | 3156 | 3305 | 3312 |
| IZOD缺口冲击强度J/m | 405 | 412 | 435 | 410 | 421 | 448 |
| 表面电阻/Ω | 2.7×10<sup>10</sup> | 3.1×10<sup>10</sup> | 2.6×10<sup>10</sup> | 4.2×10<sup>10</sup> | 6.8×10<sup>11</sup> | 8.5×10<sup>9</sup> |
表4：对比例1-6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 | 对比例6 | |
| PC树脂1 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 65 |
| ABS树脂1 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 5 |
| 抗静电剂1 | 18 | 4 | 12 | 12 | ||
| 抗静电剂3 | 12 | |||||
| 抗静电剂4 | 12 | |||||
| 稳定剂1 | 8 | 8 | 2 | 16 | 8 | |
| 增韧剂1 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 填充物1 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 拉伸强度/MPa | 45 | 42 | 60 | 61 | 58 | 62 |
| 弯曲强度/MPa | 72 | 68 | 98 | 100 | 92 | 96 |
| 弯曲模量/MPa | 2055 | 1968 | 3316 | 3368 | 3012 | 3212 |
| IZOD缺口冲击强度J/m | 500 | 486 | 368 | 685 | 128 | 281 |
| 表面电阻/Ω | 6.5×10<sup>10</sup> | 4.8×10<sup>10</sup> | 1.2×10<sup>9</sup> | 5.2×10<sup>15</sup> | 4.2×10<sup>11</sup> | 2.5×10<sup>10</sup> |
由上述结果看出，本发明的PC/ABS组合物，通过选择加入特定的抗静电剂，并加入一定量的稳定剂，与增韧剂、填充物各组分协同配合，使材料能够具有良好抗静电性能的同时，保持较高的刚性和较高的韧性（表面电阻值＜1012Ω，且拉伸强度≥50Mpa、弯曲强度≥90Mpa、冲击强度≥372J/m）。
对比例1/2，采用其他的抗静电剂，材料刚性差。
对比例3，抗静电剂与稳定剂的重量比例过高，材料韧性差；对比例4，抗静电剂与稳定剂的重量比例过低，虽然具有较高的刚性和韧性，但表面电阻过大，抗静电性能差。
对比例5，不添加稳定剂，材料韧性差。
对比例6，ABS树脂加入量过少，材料韧性差。
Claims (10)
1.一种抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
PC树脂40-60份；
ABS树脂10-30份；
抗静电剂8-18份；
稳定剂6-14份；
增韧剂2-10份；
填充物4-8份。
2.根据权利要求1所述的抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，所述PC树脂与ABS树脂的重量比例为（1.8-3.7）：1。
3.根据权利要求1所述的抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，所述PC树脂的数均分子量为20000-40000；优选的，所述PC树脂的数均分子量为25000-37000。
4.根据权利要求1所述的抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，所述ABS树脂中的橡胶相平均粒径在0.5-5μm。
5.根据权利要求1所述的抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，所述抗静电剂选自三丁基甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐或 1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯中的任意一种或其混合物。
6.根据权利要求1所述的抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，所述稳定剂选自双酚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。
7.根据权利要求1所述的抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，所述抗静电剂与稳定剂的重量比为（1.2-1.7）：1。
8.根据权利要求1所述的抗静电PC/ABS组合物，其特征在于，所述的增韧剂选自甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物，或核为有机硅/丙烯酸酯、壳为甲基丙烯酸甲酯的核壳结构增韧剂中的任意一种或几种；所述填充物选自滑石粉、高岭土、硅灰石、云母或埃洛石中的任意一种或几种，优选为滑石粉或硅灰石中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的抗静电PC/ABS组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照配比，先将ABS树脂、填充物、增韧剂和稳定剂混合均匀后，投入密炼机中180℃-220℃充分密炼均匀，破碎，再将破碎后的混合物投入双螺杆挤出机，制得一步料塑料颗粒；其中，挤出温度为180-260℃；
（2）按照配比，将步骤（1）得到的一步料塑料颗粒与其他组分在双螺杆挤出机中进行混合，挤出造粒，制备得到抗静电PC/ABS组合物；其中，双螺杆挤出机温度设置为210~270℃。
10.根据权利要求1-8任一项所述的抗静电PC/ABS组合物在安全帽、消费电子、笔记本或通讯设备中的应用。
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