CN117165059A - 一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物及其制备方法，包括如下重量份的组分：生物基聚碳酸酯68～94.6份；抗静电剂3～25份；相容剂0.1～1份；抗氧剂0.1～1份；润滑剂0.1～1.5份；光稳定剂0.1～0.5份；所述的生物基聚碳酸酯为异山梨醇型聚碳酸酯，由异山梨醇与共聚物共聚得到；所述的共聚物为碳酸二苯酯、脂肪族二元醇和脂环族二元醇中的一种或多种。与现有技术相比，本发明解决现有技术中透光率差、抗静电级别低、制备工艺复杂的缺陷，实现了采用简单共混法即可制备的具有抗静电级别且透光率高的抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗静电聚碳酸酯，尤其是涉及一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物及其制备方法。
背景技术
根据材料的表面电阻率的不同，可以分为绝缘材料、静电耗散材料、导电材料、电磁屏蔽材料和导体。其中静电耗散材料是指表面电阻率在106～1012之间的材料，其中表面电阻在1010～1012之间的又被称为抗静电材料。随着行业要求的提高，一般也将静电耗散材料统称为抗静电材料。这类材料能快速转移多余电荷，减少静电放电引起的电子产品损伤，因此随着电子包材行业的发展，其需求也逐渐增大，并出现一些新的应用场景需求，比如透明抗静电的要求。
聚碳酸酯(PC)作为五大工程塑料之一，具有良好的光学透明性、抗冲击性、热稳定性以及电绝缘性等优势，被广泛应用于电子电器、建筑板材以及汽车工业等领域。其中，光学透明性是聚碳酸酯的显著特征。但是在制备抗静电PC产品时，往往会丧失透明性。这是因为常规使用的聚碳酸酯是双酚A型聚碳酸酯，其分子链中含有苯环，导致材料具有较高的折射率，在1.58附近，而常规使用的有机大分子抗静电剂，一般为聚醚和聚酰胺的嵌段共聚物，其折射率范围一般在1.48～1.52左右。两者的折射率有很大的差异，△n≈0.08(一般在△n<0.005时，两种透明材料混合后即使不相容也有可能实现透明)，因此两者通过简单的熔融共混很难获得相对透明的抗静电聚碳酸酯产品。
目前获得透明抗静电PC的方法主要有表面涂层法和共混法。涂层法制备的材料静电耗散性能短效而且成本高，因而目前大部分研究集中在将PC和有机大分子抗静电剂复合的共混制备方法。
中国专利CN112812536B公开了一种透明阻燃抗静电聚碳酸酯组合物及其制备方法，以锂盐及聚醚或聚醚衍生物形成的快离子导体作为抗静电剂，加上液体磷酸酯配合改善聚碳酸酯的表面电阻率，但是该材料只能实现1010-1012的表面电阻率，为抗静电效果，未达到静电耗散级别，且制备过程相对繁琐。
中国专利CN111500044B公布了一种透明静电耗散PC树脂组合物及其制备方法，通过使PC和抗静电剂中的聚酰胺链段发生酯交换反应，改善抗静电剂和PC树脂的相容性，进而减少抗静电剂分散相尺寸，从而实现透明。该方法能制备静电耗散级别的产品，但对抗静电母粒的制备要求高，如何控制母粒的微交联程度是一个难点。
中国专利CN107163537A公开了一种透明耐划伤抗静电阻燃聚碳酸酯复合材料的制备方法，其技术特色是同时兼具多种性能，其抗静电剂是离子液体，其获得的复合物的透明性可达到76％。但这种小分子型的抗静电剂容易析出，导致抗静电失效，属于短效的抗静电产品。
因此，仍需研发一种达到抗静电级别、透光率良好且制备简单的抗静电聚碳酸酯组合物。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物及制备方法，解决现有技术中透光率差、抗静电级别低、制备工艺复杂的缺陷，实现了采用简单共混法即可制备的具有抗静电级别且透光率高的抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明第一方面公开了一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，包括如下重量份的组分：
所述的生物基聚碳酸酯为异山梨醇型聚碳酸酯，由异山梨醇与共聚物共聚得到；所述的共聚物为碳酸二苯酯、脂肪族二元醇和脂环族二元醇中的一种或多种。
优选地，包括如下重量份的组分：
优选地，所述的生物基聚碳酸酯为异山梨醇型聚碳酸酯，由异山梨醇与碳酸二苯酯共聚得到，相对分子量为20000～30000，包含有如式(I)的结构：
其中，R为C1～C10的亚烷基、C6～C18的亚芳基或烷氧基化的C1～C10的亚烷基；m为1～1000中的任一值，n为1～1000中的任一值。
更优选地，R为亚苯基，m＝n＝100。
异山梨醇型聚碳酸酯，是一种来源于生物质的脂环族聚碳酸酯。与传统的双酚A型聚碳酸酯相比，材料透明度好，表面硬度高，耐划痕。分子结构中含有脂肪环状结构，不含有苯环，因此材料的折射率相比双酚A型聚碳酸酯下降许多，和脂肪族类聚合物接近，在1.50附近。与现有的有机大分子抗静电剂的折射率水平相当。
优选地，所述的抗静电剂为聚醚聚酰胺嵌段共聚物。
优选地，所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐树脂、苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂、苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂和聚苯乙烯接枝马来酸酐树脂中的一种或多种。
优选地，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂中的一种或多种。
更优选地，所述的抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098和抗氧剂300中的一种或几种的混合物。
优选地，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯和乙撑基双硬脂酰胺中的一种或两种。
优选地，所述的光稳定剂为二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、水杨酸酯类光稳定剂、取代丙烯腈类光稳定剂和三嗪类光稳定剂中的一种或多种。
更优选地，所述的光稳定剂为Tinuvin-P、Uvinul 3033P、Tinuvin-327、Tinuvin-329、Tinuvin-234和328中的一种或几种。
本发明第二方面公开了一种制备如上任一所述的透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物的方法，包括如下步骤：
S1：按配方称取各组分，并混合均匀得到预混料；
S2：将步骤S1得到的预混料用双螺杆挤出机熔融挤出，并冷却造粒。
优选地，所述的双螺杆挤出机的挤出温度为240～260℃，螺杆转速为200～500转/分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种透明抗静电聚碳酸酯组合物，其采用脂环族的聚碳酸酯，使基材的折射率与有机大分子的折射率基本接近；并且因为结构为脂环族，其与聚醚聚酰胺共聚物的相容性也比普通的双酚A型聚碳酸酯的相容性好；另外，在相容剂的帮助下，其相容性进一步改善，抗静电剂在体系中的分散尺寸减小，更容易在共混中实现分散相尺寸小于可见光波长的一半，增加透明效果。在上述的几种因素共同作用下，从而能够方便地实现体系的透明抗静电效果。
采用本发明的组合物及配方，电阻率最优可达107Ω，达到静电耗散级别；同时还能具有良好的透光率(不低于80％)以及较优的机械性能，相较于现有技术具有实质进步。
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，但绝不是对本发明的限制。
如下描述中，若未作特别说明，则所采用的试剂为常规市售产品，所使用的方法为本领域常规手段。
以下对本实施例和对比例使用的各个原料组分进行说明：
聚碳酸酯1(PC1)为异山梨醇型聚碳酸酯，市售，可选用三菱公司提供的型号为DURABIO D7340的产品。
聚碳酸酯2(PC2)为普通的双酚A型聚碳酸酯，市售，购买自三菱公司的型号为S3000的产品。
抗静电剂包括商购自艾昂飞公司的Ionphase U1(抗静电剂1)、阿科玛公司的MH1657(抗静电剂2)。
相容剂为苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂，市售。
润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯，市售。
抗氧剂为Irganox 168和Irganox 1010的1:1质量比复配，市售。
光稳定剂为苯并三唑类UV吸收剂，市售。
本发明的实施例和对比例如表1和2所示，各个组分的添加量为质量份数。
表1实施例1～9的树脂组合物配方
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| PC1 | 96 | 94 | 89 | 84 | 81 | 74 | 89 | 81 | 74 |
| 抗静电剂1 | 3 | 5 | 10 | 15 | 18 | 25 | |||
| 抗静电剂2 | 10 | 18 | 25 | ||||||
| 相容剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 润滑剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 光稳定剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
表2对比例1～6的树脂组合物配方
实施例1～9和对比例1～6的树脂组合物的制备方法为：
按照表1或表2配方中各组分的质量份数进行备料，然后将各组分原料放入高速混合器中预混均匀，得到预混料；将得到的预混料通过双螺杆挤出机，在240～260℃挤出温度和350转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到最终产品。
对实施例1～9和对比例1～6制备得到的树脂组合物进行机械性能测试，测试标准如下：
Charpy缺口冲击强度：按照ISO 179-1:2010(E)标准测试，冲击能量为4J；
弯曲模量：按照ISO 178:2010(E)标准测试，测试速度为2mm/min；
电阻率：采用ASTM D257测试样板的表面电阻率；
透光率：按照GB/T 2410-2008测试3mm厚的样板在室温下的透光率。
实施例1～9的测试结果如表3所示，对比例1～6的测试结果如表4所示。
表3实施例1～9的树脂组合物的机械性能测试结果
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 弯曲模量/MPa | 2450 | 2400 | 2300 | 2200 | 2120 | 2000 | 2320 | 2250 | 2050 |
| 电阻率/Ω | 1014 | 1011 | 1010 | 109 | 108 | 107 | 1012 | 109 | 109 |
| 透光率/％ | 88 | 88 | 86 | 86 | 85 | 82 | 85 | 85 | 80 |
表4对比例1～6的树脂组合物的机械性能测试结果
| 对比例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 弯曲模量/MPa | 1900 | 1750 | 1900 | 2300 | 1900 | 1800 |
| 电阻率/Ω | 109 | 108 | 1010 | 1011 | 1011 | 109 |
| 透光率/％ | 15 | 13 | 9 | 75 | 10 | 9 |
对比实施例3、5、7、8和对比例1、2、5、6可以发现，通过将双酚A型聚碳酸酯替换为异山梨醇型聚碳酸酯，树脂的折射率变得和有机大分子抗静电剂接近，从而使组合物的透明度得到极大的提高。实施例3和对比例4比较可知，相容剂的引入能进一步改善组合物的透明性，对表面电性能也优化作用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
所述的生物基聚碳酸酯为异山梨醇型聚碳酸酯，由异山梨醇与共聚物共聚得到；所述的共聚物为碳酸二苯酯、脂肪族二元醇和脂环族二元醇中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
3.根据权利要求1或2所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，所述的生物基聚碳酸酯为异山梨醇型聚碳酸酯，由异山梨醇与碳酸二苯酯共聚得到，相对分子量为20000～30000，包含有如式(I)的结构：
其中，R为C1～C10的亚烷基、C6～C18的亚芳基或烷氧基化的C1～C10的亚烷基；m为1～1000中的任一值，n为1～1000中的任一值。
4.根据权利要求1或2所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，所述的抗静电剂为聚醚聚酰胺嵌段共聚物。
5.根据权利要求1或2所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐树脂、苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂、苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂和聚苯乙烯接枝马来酸酐树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，所述的润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯和乙撑基双硬脂酰胺中的一种或两种。
8.根据权利要求1或2所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物，其特征在于，所述的光稳定剂为二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、水杨酸酯类光稳定剂、取代丙烯腈类光稳定剂和三嗪类光稳定剂中的一种或多种。
9.一种制备如权利要求1～8任一所述的透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按配方称取各组分，并混合均匀得到预混料；
S2：将步骤S1得到的预混料用双螺杆挤出机熔融挤出，并冷却造粒。
10.根据权利要求9所述的一种透明抗静电生物基聚碳酸酯树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的挤出温度为240～260℃，螺杆转速为200～500转/分钟。
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