CN117511163A - 聚碳酸酯改性合金组合物和聚碳酸酯改性合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚碳酸酯改性合金材料领域，具体涉及一种聚碳酸酯改性合金组合物和聚碳酸酯改性合金材料及其制备方法和应用。该组合物包括以下组分：聚碳酸酯45‑70重量份、对苯二甲酸乙二酯与1,4‑环己烷二甲醇酯共聚物5‑30重量份、聚对苯二甲酸乙二醇酯5‑30重量份、酯交换抑制剂0.1‑0.5份、抗氧化剂0.1‑0.5重量份、脱模剂0.1‑0.5重量份、相容剂1‑3重量份、增韧剂不大于2重量份。该组合物制备的聚碳酸酯改性合金材料具有透明度高，且雾度接近于PC，还具有耐热定型温度高，热变形系数高于PETG以及耐缺口冲击强度好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及聚碳酸酯改性合金材料领域，具体涉及一种聚碳酸酯改性合金组合物和聚碳酸酯改性合金材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯(PC)具有优异的透光率、抗冲击性、耐热性、电绝缘性及尺寸稳定性，但聚碳酸酯成型困难，容易产生应力开裂，不耐溶剂，且易黄变。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有高透明度，具备优良的电绝缘性、抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、耐化学性，且成型加工较为容易，但存在缺口冲击强度差，耐温性差等缺点。
PC/PET能够实现一定透明度，但对生产工艺要求较高，且受无规酯交换影响，透明PC/PET耐热性能及缺口冲击强度都较差，难以满足镜片等使用要求。
1,4-环己烷二甲醇酯共聚物(PETG)具有优异的冲击强度、耐划痕、耐老化、耐热性、耐化学性，兼具环保性和高透光性，但不利于成型加工。PC/PETG合金具备良好透明度，但受限于粘度，成型加工存在一定困难。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的聚碳酸酯透明塑料合金成型加工难、耐热性能差、耐缺口冲击强度差和雾度高的问题，提供一种聚碳酸酯改性合金组合物和聚碳酸酯改性合金材料及其制备方法和应用，该聚碳酸酯改性合金组合物易于加工成型，制备的聚碳酸酯改性合金材料具有透明度高、雾度低、耐热定型温度高、耐缺口冲击强度好的优点。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种聚碳酸酯改性合金组合物，该组合物包括以下组分：
聚碳酸酯(PC)45-70重量份、对苯二甲酸乙二酯与1,4-环己烷二甲醇酯共聚物(PETG)5-30重量份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)5-30重量份、酯交换抑制剂0.1-0.5份、抗氧化剂0.1-0.5重量份、脱模剂0.1-0.5重量份、相容剂1-3重量份、增韧剂不大于2重量份。
本发明第二方面提供一种聚碳酸酯改性合金材料，该聚碳酸酯改性合金材料由本发明所述的组合物经熔融加工制成。
本发明第三方面提供一种聚碳酸酯改性合金材料的制备方法，该方法包括：
将本发明提供的组合物的各组分混合，将混合后的物料放入双螺杆挤出机中，负压条件下进行挤出造粒，螺杆长径比为32-40:1，各段螺杆温度为170-280℃。
本发明第四方面提供一种本发明所述的聚碳酸酯改性合金材料在制备镜片、车灯和透明板中的应用。
通过上述技术方案，本发明通过引入低成本PET、PETG与PC进行合金化，提供的组合物制备透明塑料合金能够改善PC加工成型周期久问题，且易于加工成型，并大大降低透明材料生产成本；并且制得的聚碳酸酯改性合金材料具有透明度高，且雾度接近于PC，还具有耐热定型温度高，热变形系数高于PETG以及耐缺口冲击强度好的优点。本发明提供的组合物挤出造粒，以PC作为海相中，保证三相间具备较好相容性，产品无相分离风险，挤出过程中PC及PETG链节对PET晶链阻断作用，进而实现产品透明化。根据本发明的一种优选实施方式，添加相容剂使得PC、PET、PETG三相间具备较好相容性，有利于提高聚碳酸酯改性合金材料的透明度、耐热定型温度、耐缺口冲击强度性能。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明的第一方面提供一种聚碳酸酯改性合金组合物，该组合物包括以下组分：
聚碳酸酯(PC)45-70重量份、对苯二甲酸乙二酯与1,4-环己烷二甲醇酯共聚物(PETG)5-30重量份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)5-30重量份、酯交换抑制剂0.1-0.5份、抗氧化剂0.1-0.5重量份、脱模剂0.1-0.5重量份、相容剂1-3重量份、增韧剂不大于2重量份。
本发明通过引入低成本PET、PETG与PC进行合金化，本发明所述的组合物制备透明塑料合金能够改善PC加工成型周期久问题，且易于加工成型；该组合物制备的聚碳酸酯改性合金材料具有透明度高、耐热定型温度高、耐缺口冲击强度好的优点。
本发明中，增韧剂重量份例如可以为0.01份、0.1份、0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份、2份。
根据本发明的一种优选实施方式，所述聚碳酸酯组合物包括以下组分：聚碳酸酯(PC)50-70重量份、对苯二甲酸乙二酯与1,4-环己烷二甲醇酯共聚物(PETG)10-20重量份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)10-20重量份、酯交换抑制剂0.1-0.5份、抗氧化剂0.1-0.5重量份、脱模剂0.1-0.5重量份、相容剂1-3重量份、增韧剂0.5-2重量份。
在本发明中，所述聚碳酸酯作为聚碳酸酯改性合金材料中的海相，保证三相间具备较好相容性，产品无相分离风险，挤出过程中PC及PETG链节对PET晶链阻断作用，进而实现产品透明化；根据本发明的一种优选实施方式，所述聚碳酸酯在300℃和1.2kg载荷下的熔融指数为2-20g/10min。所述聚碳酸酯可以商购获得，例如购自大风化工，牌号为02-10。
根据本发明的一种优选实施方式，所述聚碳酸酯的重均分子量为10000-50000g/mol。
根据本发明的一种优选实施方式，所述聚碳酸酯选自芳香族型聚碳酸酯，优选为双酚A型聚碳酸酯。
本发明中，加入PET改善PC、PETG加工成型周期久的问题，有利于提高聚碳酸酯改性合金材料的耐热定型温度，使得所述聚碳酸酯改性合金材料易于加工成型。根据本发明的一种优选实施方式，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的30℃下粘度为0.7-0.9dL/g。可以商购获得，例如购自远纺工业，牌号为CB602。
根据本发明的一种优选实施方式，所述对苯二甲酸乙二酯与1,4-环己烷二甲醇酯共聚物的30℃下粘度为0.75-0.85dL/g。可以商购获得，例如购自SK集团，牌号为K2012。
在本发明中，所述增韧剂可以起到提升聚碳酸酯改性合金材料缺口冲击强度的作用，有利于提高聚碳酸酯改性合金材料的缺口冲击强度，根据本发明的一种优选实施方式，所述增韧剂为硅系透明液体增韧剂，可以商购获得，例如购自深圳金大全的A-863、A-612硅系透明液体增韧剂。
在本发明中，依托相似相容及相容剂使用，保证PC、PET、PETG三相间具备较好相容性，聚碳酸酯改性合金材料无相分离风险；根据本发明的一种优选实施方式，所述相容剂选自环氧官能团接枝聚合物，优选地，所述环氧官能团接枝聚合物中，环氧官能团的接枝率为0.1-4wt％。
根据本发明的一种优选实施方式，所述环氧官能团接枝聚合物为环氧官能团接枝苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)，更优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝苯乙烯-丙烯腈共聚物。可以商购获得，例如购自佳易容聚合物，牌号为SAG-002。
在本发明中，所述酯交换抑制剂可以起到抑制挤出、注塑过程无规酯交换反应，保证聚碳酸酯改性合金材料外观稳定。根据本发明的一种优选实施方式，所述酯交换抑制剂为磷酸根无机盐，优选地，所述酯交换抑制剂选自磷酸二氢钠、亚磷酸三苯酯、焦磷酸二氢二钠和酸式焦磷酸钠中的至少一种，更优选为无水磷酸二氢钠。可以商购获得，例如购自西都生化。
在本发明中，所述抗氧化剂可以用于提高聚碳酸酯改性合金材料耐候性能，根据本发明的一种优选实施方式，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，优选为[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种。可以商购获得，例如购自BASF公司。
本发明中，所述脱模剂选自硬脂酸酰胺类、烃类和脂肪酸类润滑剂中的至少一种。可以商购获得，例如购自闵科新材料的季戊四醇四硬脂酸酯。
本发明中提供的聚碳酸酯改性合金组合物，其中包括的各组分可以相互协同，以实现解决本发明的技术内容。所述组合物中包括特定的增韧剂、交换抑制剂、相容剂，在上述用量范围内，能够实现获得的聚碳酸酯改性合金材料中形成合适的PC作为海相，并与PET、PETG组分有好的相容性，有利于获得透明度、耐热定型温度、耐缺口冲击强度性能改进的聚碳酸酯改性合金材料。
本发明的第二方面，本发明提供一种聚碳酸酯改性合金材料，该聚碳酸酯改性合金材料由本发明第一方面所述的组合物经熔融加工制成。聚碳酸酯改性合金材料的透明度、耐热定型温度、耐缺口冲击强度性能。通过将PC、PET、PETG合金化，在保留PC和PETG透明度高、缺口冲击强度好特点的基础上，有效改善PETG、PC材料成型困难问题。
本发明的第三方面，本发明提供一种聚碳酸酯改性合金材料的制备方法，该方法包括：
将本发明第一方面所述的组合物的各组分混合，将混合后的物料放入双螺杆挤出机中，在负压条件下进行挤出造粒，螺杆长径比为32-40:1，各段螺杆温度为170-280℃。
根据本发明的一种优选实施方式，所述双螺杆挤出机中，包括熔融、塑化、剪切、分散，机头模头挤出、牵引、冷却、造粒和均化段。
根据本发明的一种优选实施方式，负压条件为-0.075MPa至-0.08MPa。
根据本发明的一种优选实施方式，所述双螺杆挤出机中，各段螺杆温度包括：一区进料区温度为170-190℃，二区建压区温度为250-280℃，三区建压区温度为250-280℃，四区熔融温度为250-280℃，五区排气温度为220-250℃，六区输送温度为250-280℃，七区建压温度为220-250℃，八区脱挥区温度为230-260℃，九区建压区温度为220-250℃，机头温度为240-270℃。
本发明的第四方面，本发明提供所述的聚碳酸酯改性合金材料在制备镜片、车灯和透明板中的应用。
在本发明中，检测指标和测试方法如下：
将制备的产品在鼓风烘箱中100℃干燥4小时，用注塑机注塑成标准样件，注塑温度为260℃，样条在50％的相对湿度、23℃标况条件下放置24小时后进行性能测试。
所述的性能测试包含以下测试：
拉伸强度和断裂伸长率测试，按照ISO 527-2《塑料拉伸性能测试方法》标准进行测试，所述的样条长度75mm，厚度3mm，标距20mm，拉伸测试速率50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量测试，按照ISO 178《塑料弯曲性能的测定》标准进行测试，所述的样条长度80mm，宽度10mm，厚度3mm，弯曲测试速率2mm/min；
IZOD缺口冲击强度测试，按照ISO 179《塑料简支梁冲击强度的测定》标准进行测试，所述的样条长度80mm，宽度10mm，厚度3mm；
透光率和雾度测试，按照ASTM D1003《透明塑料透光率和雾度试验方法》标准进行测试，所述的样条长度50mm，宽度50mm，厚度2mm；
热变形温度按ISO75-2，样条长度80mm，宽度10mm，厚度4mm。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，原料包括：
PC树脂的生产厂家为大风化工，牌号为02-10，300℃和1.2kg载荷下的熔融指数为10g/10min，重均分子量为28000g/mol。
PET树脂的生产厂家为远纺工业，牌号为CB602，30℃下粘度为0.8dL/g。
PETG树脂的生产厂家为SK集团，牌号为K2012，30℃下粘度为0.8dL/g。
增韧剂的生产厂家为金大全科技，牌号为A-612。
酯交换抑制剂生产厂家为西都生化，产品名为无水磷酸二氢钠。
抗氧剂选择受阻酚与亚磷酸酯类抗氧剂混合物，由BASF公司提供。
脱模剂生产厂家为闵科新材料，产品名为季戊四醇四硬脂酸酯。
相容剂生产厂家为佳易容聚合物，牌号为SAG-002。
实施例1
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂58.4份，PET树脂19.4份，PETG树脂19.4份，增韧剂1份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
所述聚碳酸酯改性合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将PC树脂、PET树脂、PETG树脂、增韧剂、酯交换抑制剂、脱模剂、抗氧剂、相容剂在高混机中混合2-3分钟，得到预混料；
2)将所述的预混料运送至失重称料斗，利用失重称输送至挤出机下料斗；
3)将所述的预混料在双螺杆挤出机中熔融、塑化、剪切、分散，经机头模头挤出、牵引、冷却、造粒、均化后得到所述聚碳酸酯改性合金，其中，双螺杆挤出机工艺条件为，螺杆长径比为36:1，一区温度为170-190℃，二区温度为250-280℃，三区温度为250-280℃，四区温度为250-280℃，五区温度为220-250℃，六区温度为250-280℃，七区温度为220-250℃，八区温度为230-260℃，九区温度为220-250℃，机头温度为240-270℃，主机转速为200转/分，真空负压为-0.075至-0.08MPa。
实施例2
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂68.4份，PET树脂14.4份，PETG树脂14.4份，增韧剂1份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
实施例3
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂58.4份，PET树脂29.4份，PETG树脂9.4份，增韧剂1份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
实施例4
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂58.4份，PET树脂9.4份，PETG树脂29.4份，增韧剂1份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
实施例5
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂48.4份，PET树脂24.4份，PETG树脂24.4份，增韧剂1份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
对比例1
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂59.4份，PET树脂19.4份，PETG树脂19.4份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
对比例2
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂58.7份，PET树脂19.4份，PETG树脂19.4份，增韧剂1份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
对比例3
一种PC/PET/PETG合金材料，该合金材料由包括如下重量份的组分制成：PC树脂59.4份，PET树脂19.4份，PETG树脂19.4份，增韧剂1份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
对比例4
一种聚碳酸酯改性合金材料，该合金材料包括以下重量份组分：PC树脂30份，PET树脂45份，PETG树脂22.2份，增韧剂1份，酯交换抑制剂0.3份，脱模剂0.3份，抗氧剂0.2份，相容剂1份。
该合金材料的制备方法同实施例1。
表1
| 性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 缺口冲击强度/kJ/m2 | 42.6 | 54.2 | 38.6 | 41.5 | 32.8 |
| 拉伸强度/MPa | 52.4 | 53.4 | 52.2 | 52.1 | 51.1 |
| 断裂伸长率/％ | 92 | 88 | 94 | 91 | 98 |
| 弯曲强度/MPa | 82.1 | 83.5 | 82.2 | 82.1 | 81.2 |
| 弯曲模量/MPa | 2240 | 2236 | 2241 | 2241 | 2232 |
| 透光率/％ | 89.2 | 90.4 | 86.6 | 90.6 | 88.6 |
| 粒子b值 | -0.6 | -1.6 | 1.1 | -0.1 | 1.2 |
| 雾度％ | 2.6 | 2.8 | 2.9 | 2.4 | 2.8 |
| 1.8MPa耐热定型温度/℃ | 92 | 91 | 94 | 91 | 92 |
表1(续)
由表1可见，本发明制备聚碳酸酯改性合金材料与对比例相比，本发明在保留PC、PETG、PET三相各自优点基础上，聚碳酸酯改性合金材料缺口冲击强度均高于32kJ/m2，缺口冲击强度高；本发明制备聚碳酸酯改性合金材料透光率均高于85，且雾度低，粒子b值低于1.5；所述聚碳酸酯改性合金材料耐热定型温度在90-95℃，易于加工成型；因此制备得到的聚碳酸酯改性合金材料综合性能优异。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种聚碳酸酯改性合金组合物，其特征在于，该组合物包括以下组分：
聚碳酸酯45-70重量份、对苯二甲酸乙二酯与1,4-环己烷二甲醇酯共聚物5-30重量份、聚对苯二甲酸乙二醇酯5-30重量份、酯交换抑制剂0.1-0.5份、抗氧化剂0.1-0.5重量份、脱模剂0.1-0.5重量份、相容剂1-3重量份、增韧剂不大于2重量份。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，
所述聚碳酸酯在300℃和1.2kg载荷下的熔融指数为2-20g/10min；
和/或，所述聚碳酸酯的重均分子量为10000-50000g/mol；
和/或，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的30℃下粘度为0.7-0.9dL/g；
和/或，所述对苯二甲酸乙二酯与1,4-环己烷二甲醇酯共聚物的30℃下粘度为0.75-0.85dL/g。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述聚碳酸酯选自芳香族型聚碳酸酯，优选为双酚A型聚碳酸酯。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其中，所述增韧剂为硅系透明液体增韧剂；
和/或，所述相容剂选自环氧官能团接枝聚合物，优选为环氧官能团接枝苯乙烯-丙烯腈共聚物，更优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝苯乙烯-丙烯腈共聚物。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其中，所述酯交换抑制剂为磷酸根无机盐，优选选自磷酸二氢钠、亚磷酸三苯酯、焦磷酸二氢二钠和酸式焦磷酸钠中的至少一种；
和/或，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，优选选自[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种。
6.一种聚碳酸酯改性合金材料，其特征在于，该聚碳酸酯改性合金材料由权利要求1-5中任意一项所述的组合物经熔融加工制成。
7.一种聚碳酸酯改性合金材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
将权利要求1-5中任意一项所述的组合物的各组分混合，将混合后的物料放入双螺杆挤出机中，在负压条件下进行挤出造粒，螺杆长径比为32-40:1，各段螺杆温度为170-280℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，
所述双螺杆挤出机中，包括熔融、塑化、剪切、分散，机头模头挤出、牵引、冷却、造粒和均化段；
和/或，负压条件为-0.075MPa至-0.08MPa。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，所述双螺杆挤出机中，各段螺杆温度包括：一区进料区温度为170-190℃，二区建压区温度为250-280℃，三区建压区温度为250-280℃，四区熔融温度为250-280℃，五区排气温度为220-250℃，六区输送温度为250-280℃，七区建压温度为220-250℃，八区脱挥区温度为230-260℃，九区建压区温度为220-250℃，机头温度为240-270℃。
10.权利要求6所述的聚碳酸酯改性合金材料在制备镜片、车灯和透明板中的应用。
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