CN114806122A - 一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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李明昆
刘贤文
彭民乐
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Abstract

本发明涉及一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。该聚碳酸酯组合物包括聚碳酸酯、微米级多孔陶瓷等组分。本发明提供的聚碳酸酯组合物以特定的多孔陶瓷作为红外阻隔功能性材料，不仅具有较好的红外阻隔性能、隔热效果好，成本低，稳定性佳，环保；还具有较好的耐候性能。

Description

一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯组合物及其制备方法 和应用。
背景技术
聚碳酸酯(PC)由于具有较高的机械强度和较好的耐冲击韧性等性能，广 泛应用于阳光板、汽车、家电、IT产品等领域中。而随着社会对节能和环保要 求的不断提高，对这些领域的产品提出了更高的隔热要求。并且由于普通玻璃对 太阳光的透过不具有选择性，在有充足可见光透过的同时，太阳光中红外光具有 明显的热效应，容易导致环境温度升高特别是导致室内温度升高。延长降温电器 的使用时间虽然可以降低室内温度，但也大大加剧了能源负担。
近年，稀土氧化物类氧化锡由于其优异的光电性能，红外阻隔效果好，对红 外的阻隔率约90％，被用于聚碳酸酯产品中。例如已有专利公开了一种高透红外 阻隔聚碳酸酯色母粒的制备方法，该色母粒以铟铯共掺杂氧化锡粉体作为红外阻 隔材料，同时配合润滑剂来提升聚碳酸酯产品的红外阻隔能力。但该方式成本高， 稳定性差，存在耐候性能差，且挤出加工过程色差大，此外该物质对人体和环境 有害。
因此，开发一种具有较好红外阻隔效果，且成本低、稳定性佳、环保的聚碳 酸酯产品具有重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的聚碳酸酯产品所用的红外阻隔材料存 在成本高，稳定性差，耐候性能差且对人体和环境有害的缺陷或不足，提供一种 聚碳酸酯组合物。本发明提供的聚碳酸酯组合物以特定的多孔陶瓷作为红外阻隔 功能性材料，不仅具有较好的红外阻隔性能、隔热效果好，成本低，稳定性佳， 环保；还具有较好的耐候性能。
本发明的另一目的在于提供上述聚碳酸酯组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述聚碳酸酯组合物在制备阳光板、汽车、家用 电器、IT产品中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚碳酸酯组合物，包括如下重量份数的组分：
聚碳酸酯 100份，
微米级多孔陶瓷 5～20份，
所述微米级多孔陶瓷经600℃烧蚀40分钟后的吸油值不高于30g/100g。
研究发现，纳米陶瓷材料具有较好的良好的透光率和红外线阻隔率，且稳定 性好，无毒环保，是一种较佳的红外阻隔材料。但将其添加至聚碳酸酯中时，由 于分散性问题，纳米陶瓷材料无法均匀分布在基体中，存在隔热率低的问题；或 者分散良好，隔热率较高的情况下，由于对光的反射能力弱，容易褪色或耐候性 差。
经进一步研究发现，选用特定吸油值的微米级多孔陶瓷，不仅具有较好的分 散性，且由于多孔的存在及吸油值较小，不仅可削弱热量传递时热辐射，从而使 陶瓷材料具有较低的热传导率及较小的比热，还对红外光具有较好的反射与散射 效果，从而达到对红外线进行有效阻隔；另外，较低的吸油值还可赋予聚碳酸酯 组合物较好的耐候性能，不易褪色。
即本发明提供的聚碳酸酯组合物以特定的多孔陶瓷作为红外阻隔功能性材 料，不仅具有较好的红外阻隔性能、隔热效果好，成本低，稳定性佳，环保；还 具有较好的耐候性能。
吸油值按照如下过程测定得到：在100g的陶瓷粉(经600℃烧蚀40分钟后 的陶瓷粉)中，把邻苯二甲酸二丁酯(DBP，di-n-butyl phthalate)逐滴加入，并随 时用刮刀混合，刚开始加入DBP时，仍处在松散状态，随着DBP的连续加入， 可使全部粉体粘结在一起成球形，若继续再加DBP，体系就会变稀，此时所用 的DBP量即为粉体的吸油量。此操作过程要求在4min～6min内完成。
本领域常规的聚碳酸酯均可用于本发明中。
优选地，所述聚碳酸酯组合物为双酚A型聚碳酸酯。
优选地，所述聚碳酸酯的重均分子量为10000～40000。
优选地，所述微米级多孔陶瓷的比表面积为30～100m2/g。在该比表面积下， 可进一步提升聚碳酸酯组合物的红外线阻隔性能，且不影响耐候性能。
比表面积测试方法：GB_T 39713-2020精细陶瓷粉体比表面积试验方法气 体吸附BET法。
优选地，所述微米级多孔陶瓷经600℃烧蚀40分钟后的吸油值为8～30g/100g。
优选地，所述微米级多孔陶瓷的平均粒径为2～15μm。
平均粒径测试方法，采用:ISO 13320-2009粒度测定-激光衍射法测试。
本领域其它常规的助剂也可以添加至本发明的聚碳酸酯组合物中，以赋予或 提升对应的性能。
更为优选地，所述其它助剂为稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、填料或 抗菌剂的一种或几种；所述其它助剂的重量份数为0～55份；进一步优选为 5.6～52.4份。
进一步优选地，所述稳定剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、磷酸酯类 抗氧剂中的一种或几种；所述稳定剂的重量份数为0.1～0.4份。
更进一步优选地，所述受阻酚类抗氧剂为烷基化一元酚或者多元酚、二烯烷 基化多元酚、丁基化对甲酚、烷基化氢醌、氮杂环多酚、亚烷基-双酚或苄基化 合物中的一种或几种。
更进一步优选地，所述受阻胺类抗氧剂为四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基) 丙酸]季戊四醇脂、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇脂、β-(3,5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲脂、1,3,5-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)均三嗪-2,4,6 (1H，3H，5H)三酮或和三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-甲基苯基)丙酸酯中的 一种或几种。
更进一步优选地，所述磷酸酯类抗氧剂为亚磷酸三苯酯、二甲基苯膦酸酯， 磷酸三甲酯或有机亚磷酸酯中的一种或几种。
进一步优选地，所述阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂、磺酸盐类阻燃剂、硅类阻燃 剂或溴化聚碳中的一种或几种；所述阻燃剂的重量份数为0.1～15份。
更进一步优选地，所述磷酸酯类阻燃剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、 亚磷酸三-(2,6-二甲基苯基)酯、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、2,6-二叔丁 基苯酚、1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯酚、双(2， 4-二叔丁基)季戊四醇二亚磷酸酯、二缩三乙二醇双[乙二醇双亚叔丁基-4-羟基-5- 甲基苯基)丙酸酯]或三甘醇双β醇双β双叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯或亚 磷酸三-壬基苯基酯中的一种或几种。
更进一步优选地，所述磺酸盐类阻燃剂为全氟丁基磺酸盐、二苯砜磺酸盐或 苯磺酸盐中的一种或几种。
更进一步优选地，所述硅类阻燃剂为聚硅氧烷、低聚倍半硅氧烷或苯基硅油 中的一种或几种。
更进一步优选地，所述溴化聚碳为全氟丁基磺酸钾、二苯砜磺酸钾或苯磺酸 钠中的一种或几种。
进一步优选地，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯类抗滴落剂；所述抗滴落剂的重 量份数为0.2～1份。
进一步优选地，所述润滑剂为PETS、硅酮或烯烃蜡中的一种或几种；所述 润滑剂的重量份数为0.1～1份。
进一步优选地，所述填料为滑石粉、云母粉、高岭土、硅灰石或二氧化硅中 的一种或几种；所述填料的重量份数为5～30份。
进一步优选地，所述抗菌剂为银离子类抗菌剂、酰基苯胺类抗菌剂、咪唑类 抗菌剂、噻唑类抗菌剂、异噻唑酮衍生物抗菌剂、季铵盐类抗菌剂、双呱类抗菌 剂或酚类抗菌剂中的一种或几种；所述抗菌剂的重量份数为0.1～5份。
上述聚碳酸酯组合物的制备方法，包括如下步骤：将各组分混合均匀得混合 料，然后将混合料熔融挤出，造粒即得所述聚碳酸酯组合物。
优选地，所述聚碳酸酯组合物的制备方法，包括如下步骤：将聚碳酸酯、微 米级多孔陶瓷和其它助剂(如有)在高混机中混合；然后在双螺杆挤出机中熔融 挤出，造粒即得所述聚碳酸酯组合物；双螺杆挤出机的长径比30:1～75:1，螺杆 温度270～290℃，转速为300～600转/min。
上述聚碳酸酯组合物在制备阳光板、汽车、家用电器、IT产品中的应用也 在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的聚碳酸酯组合物以特定的微米级多孔陶瓷作为红外阻隔功能 性材料，不仅具有较好的红外阻隔性能、隔热效果好，成本低，稳定性佳，环保； 还具有较好的耐候性能。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于 限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域 常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明， 均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的 基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
聚碳酸酯1：FN2200，日本出光，双酚A型聚碳酸酯，重均分子量为28000；
聚碳酸酯2：FN1500，日本出光，双酚A型聚碳酸酯，重均分子量为10000；
聚碳酸酯3：1300 03NP，LG化学，双酚A型聚碳酸酯，重均分子量为40000；
聚碳酸酯4：FB2560，沙伯化学，双酚A型聚碳酸酯，重均分子量为50000；
聚碳酸酯5：1300 10NP，LG化学，双酚A型聚碳酸酯，重均分子量为29000；
微米级多孔陶瓷1：Hulk生物陶瓷粉，诚佳科纺股份有限公司，经600℃烧 蚀40分钟后的吸油值为15g/100g，平均粒径为4μm，比表面积为50m2/g；
微米级多孔陶瓷2：氧化锑陶瓷，厦门纳诺科技，经600℃烧蚀40分钟后的 吸油值10g/100g，平均粒径为2μm，比表面积为40m2/g。
微米级多孔陶瓷3：Al2O3陶瓷粉，东海富彩矿物制品，经600℃烧蚀40分 钟后的吸油值为30g/100g，平均粒径为4μm，比表面积为40m2/g；
微米级多孔陶瓷4：XZ-TC56，合肥翔正化学科技有限公司，经600℃烧蚀 40分钟后的吸油值为30g/100g，平均粒径为2μm，比表面积为43m2/g；
微米级多孔陶瓷5：Al2O3陶瓷粉，深圳长瑞，经600℃烧蚀40分钟后的吸 油值为30g/100g，平均粒径为15μm，比表面积为30m2/g；
微米级多孔陶瓷6：xz-tc01-3，合肥翔正化学科技有限公司，经600℃烧蚀 40分钟后的吸油值为12g/100g，平均粒径为0.8μm，比表面积为38m2/g；
微米级多孔陶瓷7：陶瓷微珠，圣莱特，经600℃烧蚀40分钟后的吸油值为 30g/100g，平均粒径为4μm，比表面积为30m2/g；
微米级多孔陶瓷8：陶瓷粉，江苏联瑞新材料股份，经600℃烧蚀40分钟后 的吸油值为12g/100g，平均粒径为2μm，比表面积为100m2/g；
微米级多孔陶瓷9：T3Y-020AP，山东国瓷材料，经600℃烧蚀40分钟后的 吸油值为14g/100g，平均粒径为2μm，比表面积为10m2/g；
微米级多孔陶瓷10：纳米BAO-05，鑫源化工有限公司，经600℃烧蚀40 分钟后的吸油值为70g/100g，平均粒径为4均粒，比表面积为50m2/g；
微米级陶瓷(无孔)：硅酸铝陶瓷，灵寿县健石矿物粉体厂，经600℃烧蚀 40分钟后的吸油值为8g/100g，平均粒径为4μm，比表面积为35m2/g；
纳米级多孔陶瓷：XZ-ZR601，合肥翔正化学科技有限公司，经600℃烧蚀 40分钟后的吸油值为15g/100g，平均粒径为300nm，比表面积为36m2/g；
其它助剂：稳定剂，UV-234，市售。
本发明各实施例和对比例的聚碳酸酯组合物通过如下过程制备得到：
按要求称取好各原料，在高混机中混合得到混匀物料；将混匀物料投入双螺 杆挤出机，通过混炼、熔融、均化后挤出造粒，冷却，得到聚碳酸酯组合物，其 中螺筒温度270～290℃，双螺杆挤出机的长径比为40:1，转速为300转/min。
本发明各实施例及对比例的聚碳酸酯组合物按如下测试方法进行测试：
(1)阻隔性能
红外线阻隔测试(红外线阻隔率，％)：将样品制成1mm厚的片材，用I,ambda 950型紫外-可见红外分光光度计扫描780-1650nm红外光波长范围，测试其红外 线阻隔率。
隔热测试(温差△T，℃)：将样品制成100mm*100mm*2mm的试样，置于 热老化箱中，采用100℃条件，放置24小时后测试，计算氙灯老化箱内外的样 板温度差，记为△T，△T越小隔热性能越好。
(2)耐候性能
将样品制成100mm*100mm*2mm的样，置于氙灯老化箱中，采用隔热测试 中ASTM4892-2-2014同条件下，辐照强度0.51W/m2，黑板温度65℃，102min 光照/18min黑暗，老化1000小时后，测试色差ΔE。
ΔE＝√(ΔL2+Δa2+Δb2)
L表示明度，a表示红绿色差，b表示蓝黄色差
ΔL、Δa、Δb分别对应指标(L、a、b)在老化前后的差值。
实施例1～15
本实施例提供一系列聚碳酸酯组合物，其配方中各组分的用量如表1。
表1实施例1～15的配方(份)
Figure BDA0003471762360000061
Figure BDA0003471762360000071
对比例1～4
本对比例提供一系列聚碳酸酯组合物，其配方如表2。
表2对比例1～4的配方(份)
组分 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
聚碳酸酯1 100 100 100 100
微米级多孔陶瓷10 / 10 / /
微米级陶瓷(无孔) / / 10 /
纳米级多孔陶瓷 / / / 10
其它助剂 0.3 0.3 0.3 0.3
按前述的性能测试方法对各实施例和对比例所提供的聚碳酸酯组合物的性 能进行测试，结果如表3。
表3实施例1～17和对比例1～5提供的聚碳酸酯组合物的性能测试结果
Figure BDA0003471762360000072
Figure BDA0003471762360000081
由上述测试结果可知，本发明各实施例提供的聚碳酸酯组合物对红外线的阻 隔率在80％及以上，具有较高的红外线阻隔效果；经隔热测试处理后温差不高于 12℃，隔热效果好；且经氙灯耐候老化处理后，色差不高于3.7，具有较好的耐 候性，不易褪色。而对比例1未添加陶瓷，其红外线阻隔率低，隔热效果较差， 色差大。对比例2添加的微米级多孔陶瓷的吸油值过高，同样存在红外线阻隔率 较好，隔热性能差，色差大的问题；对比例3添加的是无孔微米级陶瓷，红外线 阻隔率和隔热性提升不大，氙灯老化色差进一步增大(相对于对比例1)。对比 例4添加的是纳米级陶瓷，红外线阻隔率不高，隔热性不佳，氙灯老化性很差。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。 本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本 发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围 内。

Claims (10)

1.一种聚碳酸酯组合物，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚碳酸酯100份，
微米级多孔陶瓷5～20份，
所述微米级多孔陶瓷经600℃烧蚀40分钟后的吸油值不高于30g/100g。
2.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。
3.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯的重均分子量10000～40000。
4.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述微米级多孔陶瓷的比表面积为30～100m2/g。
5.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述微米级多孔陶瓷经600℃烧蚀40分钟后的吸油值为8～30g/100g。
6.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述微米级多孔陶瓷的平均粒径为2～15μm。
7.根据权利要求1所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述聚碳酸酯组合物还包括其它助剂；所述其它助剂的重量份数为0～55份。
8.根据权利要求7所述聚碳酸酯组合物，其特征在于，所述其它助剂为稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、润滑剂、填料或抗菌剂的一种或几种。
9.权利要求1～8任一所述聚碳酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀得混合料，然后将混合料熔融挤出，造粒即得所述聚碳酸酯组合物。
10.权利要求1～8任一所述聚碳酸酯组合物在制备阳光板、汽车、家用电器、IT产品中的应用。
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