CN110845835B - 一种聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造涉及一种聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料及其制备方法，该材料包括以下质量百分比的组分组成：聚碳酸酯1%～99%、聚硫酸酯1%～99%、相容剂0.1%～20%、增韧剂0.5%～20%、润滑剂0.1%～5%、抗氧剂0.3%～2%和无机物1%～60%，在聚碳酸酯中加入聚硫酸酯后，可以有效的改善聚碳酸酯耐酸碱腐蚀性和加工性能，提高硬度、耐磨擦性和力学强度。
Description
【技术领域】
本发明创造涉及高分子材料技术领域，特别是一种聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料及其制备方法。
【背景技术】
聚碳酸酯（PC）是综合性能优良的工程塑料，具有良好的抗冲击性、耐蠕变性能，较高的拉伸强度，介电性能优良，透光性能好，有好的颜色和尺寸稳定性，其缺点是耐应力开裂、耐疲劳强度、耐紫外性、耐摩擦性、耐酸碱腐蚀性都很差，且聚碳酸酯熔体粘度高，流动性较差，难以成型，且成型后残余应力大。
聚硫酸酯（PSE）是一种新型的聚酯类工程塑料，主体结构为双酚A、4,4’-二羟基二苯醚、对苯二酚、间苯二酚、联苯二酚中的一种或几种，以硫酸酯键连接，综合性能优良，具有易加工、较高的力学强度、耐摩擦性较好、耐紫外线、优异的耐强酸、强碱腐蚀性能，但材料韧性略差。
PC/PSE合金是一种新型的合金，可以结合两种材料的优异特性，其透光性、加工性能、力学强度、耐磨擦性能、耐酸碱腐蚀性能优良，但材料刚性较大，韧性不足，大大限制了其使用的领域。另外，由于聚硫酸酯的结构与聚碳酸酯的结构相似，具有较好的相容性，但化学键结构有差异，因此需进一步改善相容性。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明创造提供一种高强度、耐酸碱腐蚀、耐磨损、耐紫外、易加工的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明创造提供如下技术方案：
一种聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，该材料包括以下质量百分比（w%）的组分组成：
聚碳酸酯（PC） 1%～99%；
聚硫酸酯（PSE） 1%～99%；
相容剂 0.1%～20%；
增韧剂 0.5%～20%；
润滑剂 0.1%～5%；
抗氧剂 0.3%～2%；
无机物 1%～60%。
作为优选实施方式，进一步限定为：该材料包括以下优选质量百分比（w%）的组分组成：
聚碳酸酯（PC） 50%～90%；
聚硫酸酯（PSE） 10%～50%；
相容剂 1%～10%；
增韧剂 5%～10%；
润滑剂 0.1%～1%；
抗氧剂 0.3%～0.5%；
无机物 1%～10%。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述相容剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂和无机物的含量以聚碳酸酯（PC）和聚硫酸酯（PSE）的总量为基准。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述聚碳酸酯（PC）选用双酚A型聚碳酸酯。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述双酚A型聚碳酸酯的分子量为30000-35000。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述聚硫酸酯（PSE）选用双酚A型聚硫酸酯、4,4’-二羟基二苯醚型聚硫酸酯、对苯二酚型聚硫酸酯、联苯二酚型聚硫酸酯或间苯二酚型聚硫酸酯中的一种或任意几种的混合物，分子量优选30000～60000。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述双酚A型聚硫酸酯的分子量为30000～60000。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述相容剂选用苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物（SAG）。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物(POE)接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA) (POE-g-GMA)、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甘油酯（E-GMA-MA）或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯（MBS）中的一种或任意几种的混合物。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述润滑剂选用季戊四醇硬脂酸酯（PETS）。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述抗氧剂选用β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯抗氧剂1076和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯抗氧剂168的复配物，二者比例为1:6。
作为优选实施方式，进一步限定为：所述无机物选用直径小于2.5μm的碳酸钙粒子。
一种制备聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：将聚碳酸酯（PC）在120℃烘箱中烘干4h，将聚硫酸酯（PSE）在90℃烘箱中烘干4h，按如下质量百分比（w%）称量获得所需的各组分原料；
聚碳酸酯（PC） 1%～99%；
聚硫酸酯（PSE） 1%～99%；
相容剂 0.1%～20%；
增韧剂 0.5%～20%；
润滑剂 0.1%～5%；
抗氧剂 0.3%～2%；
无机物 1%～60%；
步骤2：将步骤1中称量后的各组分原料放入高混机中，在400-500rpm条件下混合5分钟获得混合物料；
步骤3：将混合物料放入双螺杆挤出机中，在190℃～250℃条件下熔融共混并挤出，经冷却后进行切粒，获得PC/PSE合金树脂颗粒。
作为优选实施方式，进一步限定为：步骤1中按如下质量百分比（w%）称量获得所需的各组分原料；
聚碳酸酯（PC） 50%～90%；
聚硫酸酯（PSE） 10%～50%；
相容剂 1%～10%；
增韧剂 5%～10%；
润滑剂 0.1%～1%；
抗氧剂 0.3%～0.5%；
无机物 1%～10%。
本发明创造的有益效果是：1、聚碳酸酯（PC）本身具有优异的透光性、机械性能，通过加入聚硫酸酯（PSE）结合两种材料的优异性能，可以有效的改善聚碳酸酯（PC）的耐酸碱性和耐摩擦性，提高力学强度且不影响的透光性，拓宽使用领域范围，且该PC/PSE合金树脂材料更易成型加工。
2、相容剂中环氧基团可以与聚碳酸酯（PC）的端羟基、羧基，聚硫酸酯（PSE）的端羟基发生反应，提高了聚碳酸酯（PC）与聚硫酸酯（PSE）的结合力，在不影响加工性能的前提下，显著改善共混物的抗冲击冲击性能。
3、弹性体增韧剂选择带有环氧基团的乙烯-辛烯共聚物(POE)接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA) (POE-g-GMA)、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甘油酯（E-GMA-MA）中的一种或任意几种的混合物，或者选用核壳结构弹性体增韧剂，协同增韧，保证增韧效果和材料性能的稳定性。
【具体实施方式】
以下结合实施例1-6、对比例1和对比例2对本发明作进一步详细说明：
实施例1-6中，将聚碳酸酯（PC）在120℃烘箱中烘干4h，将聚硫酸酯（PSE）在90℃烘箱中烘干4h，按表1中的质量百分比称量获得所需的各组分原料，将称量后的各组分原料放入高混机中，在400-500rpm条件下混合5分钟获得混合物料；将混合物料放入双螺杆挤出机中，在190℃～250℃条件下熔融共混并挤出，经冷却后进行切粒，获得PC/PSE合金树脂颗粒。
对比例1，将聚碳酸酯（PC）在120℃烘箱中烘干4h后放入双螺杆挤出机中，在190℃～250℃条件下熔融并挤出，经冷却后进行切粒，制得聚碳酸酯树脂颗粒。
对比例2，将聚硫酸酯（PSE）在90℃烘箱中烘干4h后放入双螺杆挤出机中，在180～220℃条件下熔融并挤出，经冷却后进行切粒，制得聚硫酸酯树脂颗粒。
取实施例1-6的得PC/PSE合金树脂颗粒、对比例1的聚碳酸酯树脂颗粒和对比例2的聚硫酸酯树脂颗粒分别进行进行拉伸强度性能测试、弯曲强度性能测试、缺口冲击强度性能测试、耐液体化学试剂性能测试和硬度性能测试。
拉伸强度按照GB/T1040.2-2006进行测试。
弯曲强度按照GB/T9341-2008进行测试。
缺口冲击强度按照GB/T1843-2008进行测试。
耐液体化学试剂按照GB/T11547-2008进行测试。
硬度测试按照GB/T230.2-2002进行测试。
测试结果如下表1-表5所示。
表1为实施例1-6、对比例1和对比例2的力学性能测试结果，具体如下：
由表1可得知，制备PC/PSE合金树脂材料可以显著提高聚碳酸酯（PC）的拉伸强度、弹性模量和硬度，实施例1和实施例2并未加入相容剂，合金韧性略微下降，原因是聚硫酸酯（PSE）材料刚性大，与聚碳酸酯（PC）有一定的相容性，但是分子链结构有差异。
加入相容剂后，合金综合性能有所提高，尤其对缺口冲击强度和断裂伸长率有明显的改善，原因是加入相容剂后增大了界面层的厚度，阻止各个分散相发生凝聚，增加了聚碳酸酯（PC）和聚硫酸酯（PSE）的相容性，使两相之间粘结力增大，形成稳定的相态结构，可以显著改善PC/PSE合金的抗冲击性能。
分析实施例1、实施例4和实施例5可得知，通过向共混物中加入弹性体增韧剂POE-g-GMA或无机刚性粒子后，可以显著的提高共混物的柔韧性和抗冲击性能，原因是甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）具有较高的反应活性，环氧官能团开环后与合金树脂端羟基反应，接枝到主链，达到反应增容和增韧的目的，有效地改善合金树脂对缺口强度的敏感性，加入弹性体的同时加入无机刚性粒子，对抗冲击性能也有提高，且不影响合金的拉伸、弯曲性能。
分析实施例1、实施例2、实施例5和实施例6可得知，聚碳酸酯（PC）和聚硫酸酯（PSE）含量变化时，合金树脂的性能也会有明显的变化，聚碳酸酯（PC）含量较多时材料韧性较好，抗冲击性能较好，聚硫酸酯（PSE）含量较多时，材料拉伸强度、弹性模量、弯曲强度、弯曲模量、硬度增加，韧性下降。
该PC/PSE合金树脂材料可根据不同的应用领域范围调节各组分的比例。
表2 是对比例1得到的聚碳酸酯树脂颗粒在强酸强碱中浸泡7天后的力学性能测试结果，具体如下：
由表2可得知，聚碳酸酯（PC）在强酸强碱中各项力学性能下降很多，尤其在浓硫酸中，说明聚碳酸酯（PC）不耐强酸强碱的腐蚀。
表3是对比例2得到的聚硫酸酯树脂颗粒在强酸强碱中浸泡7天后的力学性能测试结果，具体如下：
由表3可得知，聚硫酸酯（PSE）在各种强酸强碱中力学性能没有变化，说明聚硫酸酯（PSE）对强酸强碱有优异的耐受性。
表4是实施例1得到的PC/PSE合金树脂颗粒在强酸强碱中浸泡7天后的力学性能测试结果，具体如下：
由表4可得知，加入10%聚硫酸酯（PSE）共混后，该PC/PSE合金树脂颗粒在强酸强碱中浸泡后，各项力学性能都有较好的保持率，耐强酸碱性得到很明显的改善。
表5是实施例2得到的PC/PSE合金树脂颗粒在强酸强碱中浸泡7天后的力学性能测试结果，具体如下：
由表5可得知，加入20%聚硫酸酯（PSE）共混后，该PC/PSE合金树脂颗粒对强酸强碱的耐受性大大提高，其力学性能保持率较好，可以解决聚碳酸酯（PC）不耐酸碱性的问题。
Claims (14)
1.一种聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于该材料包括以下质量百分比的组分组成：
聚碳酸酯 1%～99%；
聚硫酸酯 1%～99%；
相容剂 0.1%～20%；
增韧剂 0.5%～20%；
润滑剂 0.1%～5%；
抗氧剂 0.3%～2%；
无机物 1%～60%；
所述材料中的所有组分之和不超过100%。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于该材料包括以下质量百分比的组分组成：
聚碳酸酯 50%～90%；
聚硫酸酯 10%～50%；
相容剂 1%～10%；
增韧剂 5%～10%；
润滑剂 0.1%～1%；
抗氧剂 0.3%～0.5%；
无机物 1%～10%；
所述材料中的所有组分之和不超过100%。
3.根据权利要求2所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述聚碳酸酯选用双酚A型聚碳酸酯。
4.根据权利要求3所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述双酚A型聚碳酸酯的分子量为30000-35000。
5.根据权利要求2所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述聚硫酸酯选用双酚A型聚硫酸酯、4,4’-二羟基二苯醚型聚硫酸酯、对苯二酚型聚硫酸酯、联苯二酚型聚硫酸酯或间苯二酚型聚硫酸酯中的一种或任意几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述双酚A型聚硫酸酯的分子量为30000～60000。
7.根据权利要求2所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述相容剂选用苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物。
8.根据权利要求2所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甘油酯或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯中的一种或任意几种的混合物。
9.根据权利要求2所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述润滑剂选用季戊四醇硬脂酸酯。
10.根据权利要求2所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述抗氧剂选用β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯抗氧剂1076和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯抗氧剂168的复配物。
11.根据权利要求10所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯抗氧剂1076和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯抗氧剂168的复配比例为1:6。
12.根据权利要求2所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料，其特征在于所述无机物选用直径小于2.5μm的碳酸钙粒子。
13.一种制备如权利要求1-12任一所述的聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤1：将聚碳酸酯在120℃烘箱中烘干4h，将聚硫酸酯在90℃烘箱中烘干4h，按以下质量百分比称量获得所需的各组分原料；
聚碳酸酯 1%～99%；
聚硫酸酯 1%～99%；
相容剂 0.1%～20%；
增韧剂 0.5%～20%；
润滑剂 0.1%～5%；
抗氧剂 0.3%～2%；
无机物 1%～60%；
所述材料中的所有组分之和不超过100%；
步骤2：将步骤1中称量后的各组分原料放入高混机中，在400-500rpm条件下混合5分钟获得混合物料；
步骤3：将混合物料放入双螺杆挤出机中，在190℃～250℃条件下熔融共混并挤出，经冷却后进行切粒，获得聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂颗粒。
14.根据权利要求13所述的制备聚碳酸酯/聚硫酸酯合金树脂材料的方法，其特征在于步骤1中按以下质量百分比称量获得所需的各组分原料：
聚碳酸酯 50%～90%；
聚硫酸酯 10%～50%；
相容剂 1%～10%；
增韧剂 5%～10%；
润滑剂 0.1%～1%；
抗氧剂 0.3%～0.5%；
无机物 1%～10%；
所述材料中的所有组分之和不超过100%。
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