CN101089046A - 高透明聚碳酸酯合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

高透明聚碳酸酯合金复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种透明聚碳酸酯合金复合材料及其制备方法，该聚碳酸酯合金复合材料是高透明的，由以下重量配比的原料制成：聚碳酸酯10－89％，线型饱和聚酯10－89％，合金相容剂0.5－0.8％，催化剂0.01－0.05％，抗氧剂0.1－0.5％。其制备方法是以聚碳酸酯、线型饱和聚酯为基体树脂，加入相容剂、催化剂、抗氧剂，经过双螺杆挤出机造粒而成。本发明的聚碳酸酯合金复合材料透明度高，表面光亮度高，并具有优异的耐水解性能，拓宽了聚碳酸酯的用途，能够广泛用于手机盖制作、家电、汽车配件等领域。

Description

高透明聚碳酸酯合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种可拓宽纯聚碳酸酯的应用领域，能够广泛用于手机盖制作、家电、汽车配件等领域的高透明的聚碳酸酯合金复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是一种非晶体工程材料，具有优良的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性及抗污染性。但是因分子刚性及空间位阻较大，其熔融温度较高，加工困难，难以制得大型薄壁制品，且制品残余应力大，易发生应力开裂。同时PC对缺口敏感，耐水解稳定性和耐溶剂性不好，这些缺陷使PC在实际应用中受到限制。
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种结晶速度快的工程塑料，易于实现高速成型，且具有优异的耐溶剂性，化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性。但是其制品的成型收缩率大，存在缺口冲击强度低，高温下刚性不足的缺点。
PC/PBT是聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物，PC/PET是聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的混合物具有PC和PET二者的综合特性，如PC的高韧性和尺寸稳定性以及PBT、PET的化学稳定性、热稳定性和润滑特性等。
该PC/PBT、PC/PET塑料合金比较容易做透明，其中日本东丽、美国GE公司都申请有相关专利。但是上述专利技术在我国的实施成本高，而且最关键的核心技术为国外所垄断，因此很有必要研发出一种适合我国国情的透明聚碳酸酯合金，以降低成本，尽可能的实现国产化。
发明内容
本发明的目的是针对现有透明PC/PBT或透明PC/PBT塑料合金的技术为国外垄断，造成的透明聚碳酸酯合金成本高的问题，而研发一种能够降低成本、尽可能的实现国产化的表面光亮度高，具有优异的耐水解性能，可广泛用于手机盖制作、家电、汽车配件等领域的高透明聚碳酸酯合金复合材料以及其制备方法。
为达上述目的，本发明提供一种高透明聚碳酸酯合金复合材料，由下述重量百分比的原材料配制而成：
聚碳酸酯：    10-89％
聚酯：        10-89％
合金相容剂    0.5-0.8％
催化剂        0.01-0.05％
抗氧剂：      0.1-0.5％
所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，其分子量为20000-30000；所述聚酯为饱和线型聚酯，特性黏度为0.65-1.05DL/g，熔点为220-265℃；所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，或聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物；所述合金相容剂为马来酸酐接枝物；所述催化剂为碱性小分子物质；所述抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]正十八碳醇酯。
上述的高透明聚碳酸酯合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、按照重量百分比称取所述原料；
B、将聚碳酸酯、聚酯、合金相容剂、抗氧剂、催化剂在中速混合器中混合3-7分钟；
C、将上述混好的原料投置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，造粒；混合料在螺杆中输送时间为1-2分钟。其中双螺杆挤出机的温控1-2区温度为180-260℃，温控3-4区温度为180-260℃，温控5-6区温度为180-260℃，温控7-8区温度为180-260℃，温控9-10区温度为180-260℃；所述双螺杆挤出机有两个抽真空处，两个抽真空处中的一处位于送料段的末端、熔融段的开始端；另一处抽真空设备位于计量段。
本发明通过改进生产工艺，增加一个抽真空装置，使用两个抽真空设备：一处位于送料段的末端，熔融段的开始端，另一处抽真空设备位于计量段，将小分子物质及时排走，使其对合金的透明度影响最小；并对螺杆的螺纹元件进行多次的排列组合；
并且改进配方，使用碱性催化剂，阻止PBT、PET、PC三元合金发生剧烈的酯交换反应，保证其透明度；
由上述改进确定了性价比高的透明聚碳酸酯合金复合材料；使得制备的聚碳酸酯合金复合材料具有高透明性，表面光亮度高，并具有优异的耐水解性能，拓宽了聚碳酸酯的用途，能够广泛用于手机盖制作、家电、汽车配件等领域；同时使用的PET、PBT均为国产，降低了生产成本，使制得的产品极具竞争优势；而且制备过程简单，生产工艺可控。
具体实施方式
本发明提供一种高透明聚碳酸酯合金复合材料，由下述重量百分比的原材料配制而成：
聚碳酸酯：    10-89％
聚酯：        10-89％
合金相容剂    0.5-0.8％
催化剂        0.01-0.05％
抗氧剂：      0.1-0.5％。
上述的高透明聚碳酸酯合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、按照重量百分比称取所述原料；
B、将聚碳酸酯、聚酯、合金相容剂、抗氧剂、催化剂在中速混合器中混合3-7分钟；
C、将上述混好的原料投置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，造粒；混合料在螺杆中输送时间为1-2分钟。其中双螺杆挤出机的温控1-2区温度为180-260℃，温控3-4区温度为180-260℃，温控5-6区温度为180-260℃，温控7-8区温度为180-260℃，温控9-10区温度为180-260℃；所述双螺杆挤出机有两个抽真空处，两个抽真空处中的一处位于送料段的末端、熔融段的开始端；另一处抽真空设备位于计量段。
下面结合具体实施例，对本发明作详细的阐述：
所选择的聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，分子量为20000-30000，帝人化学产L-1250Y或GE产141、拜耳产2805，实施例中优选L-1250Y。
聚酯为饱和线型聚酯，可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PBT)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET)，或聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物；其中PBT的特性黏度为0.65-1.05Dl/g，国产PBT 1100或仪征化纤产PBT L2100；实施例中优选PBT 1100；PET的特性黏度为0.65-1.05Dl/g，国产纤维级(CZ-5011)或吹瓶级(80-K)；实施例中优选大有光级别的CZ-5011。
合金相容剂为马来酸酐接枝物，可为PBT-g-MAH或PET-g-MAH；实施例中优选PBT-g-MAH。
催化剂为碱性小分子物质，分析纯级，固体状粉末；催化剂也可以为酸，分析纯级，因为酸大多为液体，在添加时不好操作。所以在此发明中优先选择碱；
抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]正十八碳醇酯(1076)，为CIBA公司生产，也可选择高耐温的抗氧剂1098。实施例中优选1076。
实施例一
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)为50％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为49.39％，相容剂0.5％，催化剂0.01％，抗氧剂0.1％在中速搅拌机中混合5分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为90秒钟；
实施例二
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)为50％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为44.09％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为5％，相容剂0.8％，催化剂0.01％，抗氧剂0.1％在中速搅拌机中混合5分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为90秒钟；
实施例三
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)为50％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为38.98％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为10％，相容剂0.5％，催化剂0.02％，抗氧剂0.5％在中速搅拌机中混合3分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为90秒钟；
实施例四
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)为40％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为49.17％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为10％，相容剂0.7％，催化剂0.03％，抗氧剂0.1％在中速搅拌机中混合5分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为120秒钟；
实施例五
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)为30％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为59.29％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为10％，相容剂0.6％，催化剂0.01％，抗氧剂0.1％在中速搅拌机中混合5分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为90秒钟；
实施例六
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)为10％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为68.9％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为20％，相容剂0.8％，催化剂0.01％，抗氧剂0.2％在中速搅拌机中混合5(7)分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为90秒钟；
实施例七
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)为89％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为10％，相容剂0.6％，催化剂0.05％，抗氧剂0.35％在中速搅拌机中混合6分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为90秒钟。
实施例八
将各组分按重量百分比：聚碳酸酯PC(L-1250Y)重量百分比为50％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为39.39％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为10％，相容剂0.5％，催化剂0.01％，抗氧剂0.1％在中速搅拌机中混合5分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为90秒钟。
实施例九
将聚碳酸酯PC(L-1250Y)重量百分比为50％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为39.18％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为10％，相容剂0.7％，催化剂0.02％，抗氧剂0.1％在中速搅拌机中混合5分钟，经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为60秒钟；
实施例十
将聚碳酸酯PC(L-1250Y)重量百分比为50％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为39.29％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为10％，相容剂0.6％，催化剂0.01％，抗氧剂0.1％在中速搅拌机中混合5分钟。经过熔融温度为200-260℃双螺杆挤出机挤出，造粒。其中各区段温度为：双螺杆挤出机1-2区温度为200-260℃，3-4区温度为200-260℃，5-6区温度为200-260℃，7-8区温度为200-260℃，9-10区温度为200-260℃。混合料在螺杆中输送时间为60秒钟。
性能评价方式及实行标准
将上述10个实施例中完成造粒的粒子在110-120℃的鼓风烘箱中干燥4-6小时，再将干燥的粒子在80T注塑机上注塑制样，制样过程中保持模温在70-100℃之间。
表1实施例1-10配方及材料性能表
组成(％)     实施例1(输送时间为90秒)     实施例2(输送时间为90秒)     实施例3(输送时间为90秒)     实施例4(输送时间为120秒)     实施例5(输送时间为90秒)     实施例6(输送时间为90秒)     实施例7(输送时间为90秒)     实施例8(输送时间为90秒)     实施例9(输送时间为60秒)     实施例10(输送时间为60秒)
  PC 1250Y     50     50     50     40     30     10     89     50     50     50
  PETZ-5011     49.39     44.09     38.98     49.17     59.29     69.04     10.02     39.39     39.18     39.29
  PBT 1100     5     10     10     10     20     10     10     10
  PBT-g-MAH     0.5     0.8     0.5     0.7     0.6     0.8     0.6     0.5     0.7     0.6
  氢氧化钠     0.01     0.01     0.02     0.03     0.01     0.01     0.01     0.01     0.02     0.01
  1076     0.1     0.1     0.5     0.1     0.1     0.15     0.35     0.1     0.1     0.1
  热变形温度(℃) 78 85 86 73 71 94 96 90 85 83
  缺口冲击强度(KJ/M2) 18 22 23 17 16 29 32 28 27 18
  拉伸强度(MPa) 49.1 52.2 52.7 51.3 51.2 56.4 57.1 55.5 55.1 49
  弯曲强度(MPa) 82.2 84.2 84.7 81.2 78.2 86.3 89.2 84.5 84.9 76
  弯曲模量(MPa) 2158.3 2125.3 2180 2198.2 2214.3 2109.2 2100.2 2121.3 2111.2 2209
  雾度(％)     0.23     0.26     0.24     0.30     0.26     0.20     0.19     0.21     0.23     0.37
  透光率(％)     86.2     84.1     87.3     81.2     83.1     90.3     90.8     89     88.2     81.2
拉伸强度按GB/T 1040标准进行检验，数据统计见表1。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：170(长)×(20±0.2)(端部宽度)×(4±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；弯曲强度和弯曲模量按GB 9341/T标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)，弯曲速度为20mm/min；缺口冲击强度按GB/T 1043标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为3.2mm；热变形温度按GB/T 1634.2标准进行检验，负载为1.80MPa.跨距为100mm。
透光率和雾度按照GB2410-88标准进行，试样尺寸为50mm×50mm×1.2mm片材。
在本发明中使用到了两个抽真空设备：一处位于送料段的末端，熔融段的开始端，即双螺杆温控区的3-4区，另一处抽真空设备位于计量段，即温控8-9区。原因在于将小分子物质及时排走，使其对合金的透明度影响最小。
在本发明中使用相容剂的原因：使PC和线型饱和聚酯相容，添加分量在0.5％为宜，过多则制得的合金透光度不高。从实施例透光率和雾度变化值即可以得出。
输送时间也与透光率和雾度也有很大的关系，从试验数据中得出在螺杆中输送的时间为120秒时透光率下降和雾度升高。输送时间过短，难以形成均一的合金相，故此透光率下降和雾度升高。
使用碱性催化剂的原因：PBT、PET、PC三元合金在不使用催化剂时发生剧烈的酯交换反应，使生成的三元合金粒子外观呈现乳白色，透明度大幅下降，雾度大幅度上升。而催化剂的用量不宜过大，过大则会导致聚酯严重降解，影响机械性能。
通过对上述表格中的数据分析后得知，当和催化剂为0.01％(重量百分比)时综合机械性能和经济成本达到了最优值，当聚碳酸酯使用量增加，成本升高，上述实施例八透光率很高，综合性能优异，为本发明所确定的最佳配方。

Claims (10)

1、一种高透明聚碳酸酯合金复合材料，由下述重量百分比的原材料配制而成：
聚碳酸酯：            10-89％
聚酯：                10-89％
合金相容剂            0.5-0.8％
催化剂                0.01-0.05％
抗氧剂：              0.1-0.5％。
2、如权利要求1所述的高透明聚碳酸酯合金复合材料，其特征在于：所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，其分子量为20000-30000。
3、如权利要求1所述的的高透明聚碳酸酯合金复合材料，其特征在于：所述聚酯为饱和线型聚酯，特性黏度为0.65-1.05DL/g，熔点为220-265℃。
4、如权利要求1所述的的高透明聚碳酸酯合金复合材料，其特征在于：所述合金相容剂为马来酸酐接枝物。
5、如权利要求3所述的高透明聚碳酸酯合金复合材料，其特征在于：所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，或聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物。
6、如权利要求1所述的高透明聚碳酸酯合金复合材料，其特征在于：所述催化剂为碱性小分子物质。
7、如权利要求1所述的高透明聚碳酸酯酯合金复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]正十八碳醇酯。
8、如权利要求1所述的高透明聚碳酸酯合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、按照重量百分比称取所述原料；
B、将聚碳酸酯、聚酯、相容剂、抗氧剂、催化剂在中速混合器中混合3-7分钟；
C、将上述混好的原料投置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，造粒；混合料在螺杆中输送时间为1-2分钟。
9、如权利要求8所述的高透明聚碳酸酯合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机包括十个温控区，所述的温控1-2区温度为180-260℃，温控3-4区温度为180-260℃，温控5-6区温度为180-260℃，温控7-8区温度为180-260℃，温控9-10区温度为180-260℃。
10、如权利要求8所述的高透明聚碳酸酯合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机有两个抽真空处，两个抽真空处中的一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端；另一处抽真空设备位于计量段。
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