CN116102785A - 一种pc抗老化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种PC抗老化剂及其制备方法，涉及PC添加助剂技术领域；其中，该PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂8‑17份、功能组合助剂2‑5份、防黄剂0.1‑0.5份、成核剂0.5‑1.5份、防霉剂1‑3份、分散剂10‑15份和树脂40‑45份。该PC抗老化剂与基质聚碳酸酯的相溶性好，热熔状态时能够有效分散在聚碳酸酯中，改善聚碳酸酯耐全天候老化，包括紫外光照射老化和热温度老化的情况。

Description

一种PC抗老化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及PC添加助剂技术领域，特别涉及一种PC抗老化剂及其制备方法。
背景技术
塑料在其合成、贮存及其加工和最终应用的各个阶段都可能发生变质，即材料的性能变坏，例如泛黄、相对分子量下降、制品表面龟裂、光泽丧失，更为严重的是导致冲击强度、挠曲强度、拉伸强度和伸长率等力学性能大幅下降，从而影响制品的正常使用了，这种现象称为老化。从化学的角度上看，塑料材料无论是天然的还是合成的，都具有一定的分子结构，其中某些部位具有一些弱键，这些弱键自然地称为化学反应的突破口。塑料老化的本质无非是一种化学反应，即以弱键发生化学反应，如氧化反应等为起点并引发一系列化学反应。它可以由许多原因引起，如热、紫外光、机械应力、高能辐射、电场等等，可以单独一种因素，也可以多种因素共同作用。其结果是高分子材料的分子结构发生改变及相对分子质量下降或产生交联，从而材料性能变坏，以致无法使用。
PC(聚碳酸酯)作为一种具有优良力学性能、电绝缘性和透光性的工程塑料，在成型加工、贮存、使用和运输过程中，都不可避免地受到热、光、空气、水分、生物和机械应力等外界因素的作用，会产生氧化、水解、降解、交联、支化和结晶等各种化学、物理变化，致使分子组成、结构状态和分子量发生改变，从而使PC的物理、化学性能均发生相应变化。尽管聚碳酸酯是比较耐老化，综合性能也是相当好，但是如果不采用适当的防老化措施，不注意使用环境的温度、湿度、光照和机械外力，必将造成聚碳酸酯使用寿命的大幅缩减，进而影响使用效果。
目前，聚碳酸酯成型加工过程一般都是简单的添加抗氧化剂、光稳定剂等助剂来减缓其老化，很少有专门用于聚碳酸酯成型加工的抗老化剂。
发明内容
为解决背景技术提到的聚碳酸酯成型加工过程一般都是简单的添加抗氧化剂、光稳定剂等助剂来减缓其老化，很少有专门用于聚碳酸酯成型加工的抗老化剂，本发明提供的一种聚碳酸酯成型加工用的PC抗老化剂，具有优异的抗老化效果，而且在可以在热熔状态下与聚碳酸酯相溶性好，分散效果优异。
具体方案为：
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂8-17份、功能组合助剂2-5份、防黄剂0.1-0.5份、成核剂0.5-1.5份、防霉剂1-3份、分散剂10-15份和树脂40-45份。
在实施上述实施例时，优选地，所述抗氧化剂为酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的组合物。
在实施上述实施例时，优选地，所述酚类抗氧化剂和所述亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1-3:2-5。
在实施上述实施例时，优选地，所述酚类抗氧化剂选自抗氧化剂245、抗氧化剂1010、抗氧化剂1141、抗氧化剂1520和抗氧化剂1726中的至少一种。
在实施上述实施例时，优选地，所述亚磷酸酯类抗氧化剂选自抗氧化剂126、抗氧化剂168、TPP和TNPP中的至少一种。
在实施上述实施例时，优选地，所述功能组合助剂为二硫化锗和环烷酸铈盐的组合物，其重量比1:1.5。
在实施上述实施例时，优选地，所述防霉剂为苯甲酸钠或酮康唑。
在实施上述实施例时，优选地，所述分散剂为硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的组合物，其重量比1-3:1-3:2-6。
在实施上述实施例时，优选地，所述树脂为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
另一方面，本发明还提供一种上述的PC抗老化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；双螺杆挤出机参数为温度60-130℃，主机转速为450-550转/分，熔体压力为1.9-2.1MPa，出口压力为4-10MPa，
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为85-95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明PC抗老化剂的原料组分中添加有抗氧化剂、功能组合助剂、防霉剂和分散剂，通过挤出造粒获得抗老化剂，改善聚碳酸酯耐全天候老化，包括紫外光照射老化和热温度老化的情况，而且与基质聚碳酸酯的相溶性好，热熔状态时能够有效分散在聚碳酸酯中。
2、本发明PC抗老化剂的原料组分中功能组合助剂由二硫化锗和环烷酸铈盐组成，通过二硫化锗和环烷酸铈盐的协同作用，可降低聚碳酸酯中的碳氢键的活化能，同时可以提高耐热老化性，还可以将紫外线、红外线吸收并转化为可见光，降低紫外线对分子结构的加速老化。
3、本发明PC抗老化剂的原料组分中采用硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的组合分散剂，可以改善其他组分在聚碳酸脂中的分散性，提高抗老化剂在聚碳酸酯成型加工的整体作用效果，从而保证抗老化性能的实现。
4、本发明PC抗老化剂的原料组分中采用有防黄剂，利用对甲苯磺酸正丁酯或类似防黄剂，提高制品的抗黄化效果；并发现在组分中添加成核剂，不仅可以提高制品的透明性，还可以延长制品的抗黄化时效，起到了协同增效的作用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例和对比例采用的相关试剂说明如下：
酚类抗氧化剂：抗氧化剂245，巴斯夫；
亚磷酸酯类抗氧化剂：抗氧化剂126，巴斯夫；
防黄剂：对甲苯磺酸正丁酯，昌耀新材料；
成核剂：纳米二氧化硅，汇精亚纳米新材料；
二硫化锗：万得化工；
环烷酸铈盐：百瑞森生物医药；
防霉剂：苯甲酸钠，鲁辉化工；
硬脂酸钙：合辉化工；
双硬脂酸酰胺：方正化工
芥酸酰胺：三井化学；
乙烯-丙烯酸乙酯：永正化工。
需要说明的是，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂8份、功能组合助剂5份、防黄剂0.1份、成核剂0.5份、防霉剂3份、分散剂15份和树脂45份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；功能组合助剂中二硫化锗和环烷酸铈盐的重量比1:1.5；分散剂中硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的重量比1:3:2。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防黄剂、成核剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
实施例2
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂17份、功能组合助剂2份、防黄剂0.5份、成核剂1.5份、防霉剂3份、分散剂15份和树脂45份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；功能组合助剂中二硫化锗和环烷酸铈盐的重量比1:1.5；分散剂中硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的重量比1:3:2。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防黄剂、成核剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
实施例3
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂17份、功能组合助剂5份、防黄剂0.1份、成核剂1.5份、防霉剂1份、分散剂10份和树脂45份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；功能组合助剂中二硫化锗和环烷酸铈盐的重量比1:1.5；分散剂中硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的重量比1:3:2。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防黄剂、成核剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
实施例4
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂17份、功能组合助剂5份、防黄剂0.5份、成核剂0.5份、防霉剂3份、分散剂10份和树脂40份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；功能组合助剂中二硫化锗和环烷酸铈盐的重量比1:1.5；分散剂中硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的重量比1:3:2。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防黄剂、成核剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
对比例1
样条制作，将抗氧化剂1010与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
对比例2
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂8份、防黄剂0.5份、成核剂1.5份、防霉剂3份、分散剂15份和树脂45份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；分散剂中硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的重量比1:3:2。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、防黄剂、成核剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
对比例3
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂8份、功能组合助剂5份、防黄剂0.5份、成核剂1.5份、防霉剂3份和树脂45份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；功能组合助剂中二硫化锗和环烷酸铈盐的重量比1:1.5。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防黄剂、成核剂、防霉剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
为了验证本发明的效果进行如下测试：
1、热老化测试：将各试验组的样条根据GB/T7141-2008进行测试，其测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003839970530000101
2、光老化测试：采用人工紫外灯加速老化试验方法，将样条置于光老化箱内，用紫外碳弧光照射，定时取样，试验温度为50℃，每间隔2h取一组样品,进行拉伸强度测试，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003839970530000102
由表1和表2可知，由实施例1-5和对比例2和对比例3对比可发现，本发明通过将抗氧化剂、功能组合助剂、防霉剂、分散剂和树脂进行复配组成的复合抗老化体系协同效应显著，提高了聚碳酸酯的耐热稳定性和光稳定性，有效抑制复合材料的热老化降解和光老化降解，提高复合材料的使用寿命。
3、抗黄化测试：将添加有实施例1-4PC抗老化剂的聚碳酸酯样条放置于在烘箱170℃的温度下持续120h，根据ASTM E313-2015测试黄度；将添加有实施例1-4PC抗老化剂的聚碳酸酯样条放置于在烘箱170℃的温度下持续240h，根据ASTM E313-2015测试黄度。并设计对比例4和对比例5进行相应的测试对比。
对比例4
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂17份、功能组合助剂5份、防黄剂0.5份、防霉剂3份、分散剂10份和树脂40份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；功能组合助剂中二硫化锗和环烷酸铈盐的重量比1:1.5；分散剂中硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的重量比1:3:2。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防黄剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
对比例5
一种PC抗老化剂，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂17份、功能组合助剂5份、防霉剂3份、分散剂10份和树脂40份。其中，抗氧化剂中酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1:2；功能组合助剂中二硫化锗和环烷酸铈盐的重量比1:1.5；分散剂中硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的重量比1:3:2。
其制备方法包括如下步骤；
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合、混合时间为20min；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的温度区域分为加温、恒温、保温三个区域，且所述温度区域包含10个温度参数点，所述依次设置为60℃、70℃、90℃、110℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃、130℃，设置所述双螺杆挤出机的主机转速为550转/分，所述双螺杆挤出机的熔体压力为2.1MPa，所述双螺杆挤出机的出口压力为10MPa，最后经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
此外，为了验证抗老化效果，进行样条制作。将PC抗老化剂与聚碳酸酯混合，注塑制作样条。
其测试结果如表3所示：
表3
Figure BDA0003839970530000121
注：YI值越大，样品颜色越黄，反之颜色越蓝。
如表3所示，对比例4中缺少成核剂，虽然在120h测试后黄色指数低于对比例5，不会黄化，但是经过240h后，开始出现黄化。对比例5中缺少防黄剂和成核剂，在120h测试后严重黄化。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种PC抗老化剂，其特征在于，以重量份数计，其原料组成包括:抗氧化剂8-17份、功能组合助剂2-5份、防黄剂0.1-0.5份、成核剂0.5-1.5份、防霉剂1-3份、分散剂10-15份和树脂40-45份。
2.根据权利要求1所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述抗氧化剂为酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂的组合物。
3.根据权利要求2所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述酚类抗氧化剂和所述亚磷酸酯类抗氧化剂的重量比为1-3:2-5。
4.根据权利要求2所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述酚类抗氧化剂选自抗氧化剂245、抗氧化剂1010、抗氧化剂1141、抗氧化剂1520和抗氧化剂1726中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述亚磷酸酯类抗氧化剂选自抗氧化剂126、抗氧化剂168、TPP和TNPP中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述功能组合助剂为二硫化锗和环烷酸铈盐的组合物，其重量比1:1.5。
7.根据权利要求1所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述防霉剂为苯甲酸钠或酮康唑。
8.根据权利要求1所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述分散剂为硬脂酸钙、双硬脂酸酰胺和芥酸酰胺的组合物，其重量比1-3:1-3:2-6。
9.根据权利要求1所述的PC抗老化剂，其特征在于，所述树脂为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的PC抗老化剂的制备方法，其特征在于,包括如下步骤：
步骤一、将抗氧化剂、功能组合助剂、防黄剂、成核剂、防霉剂、分散剂和树脂混合在同一容器中，采用高混机混合；
步骤二、将步骤一中所得到的混合物料投入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，得到粒料；双螺杆挤出机参数为温度60-130℃，主机转速为450-550转/分，熔体压力为1.9-2.1MPa，出口压力为4-10MPa，
步骤三、将步骤二所得的粒料置于烘箱中，烘干温度为85-95℃，并持续2h，即可得到PC抗老化剂。
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