TWI508994B

TWI508994B - 聚碳酸酯組成物

Info

Publication number: TWI508994B
Application number: TW102148767A
Authority: TW
Inventors: Shu Chi Lee; Heng Bo Chiang
Original assignee: Chi Mei Corp
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-11-21
Also published as: TW201525018A; CN104744910B; CN104744910A

Description

聚碳酸酯組成物

本發明是有關於一種聚碳酸酯組成物，且特別是有關於一種導電性及絕緣性優異的聚碳酸酯組成物。

近年來，由於聚碳酸樹脂(polycarbonate resin)具有耐衝擊性及單位體積質量輕、易加工、絕緣性強等優點，已被廣泛生產與應用於光電產業、生物科技產業或資訊電子產業等領域。

隨著聚碳酸樹脂在各領域的應用越來越廣泛，鑒於電子裝置等的高度集成化、微小型化，在電性絕緣的前提下，對聚碳酸樹脂的導熱散熱性能的要求提高。聚碳酸樹脂本身導熱性不佳，目前通常以添加陶瓷填料來提升聚碳酸樹脂的導熱性。然而，同時具有高絕緣性及高導熱性的填料種類稀少，故為了避免聚碳酸樹脂之絕緣特性降低，目前填料的使用上仍有諸多限制。因此，開發具有良好導熱性及絕緣性且製造成本低的聚碳酸樹脂組成物仍是目前此領域極欲發展的目標。

本發明提供一種聚碳酸酯組成物，其同時具有高導熱性、高絕緣性以及較低的製造成本。

本發明的聚碳酸酯組成物包括聚碳酸酯、石墨以及雲母，其中石墨與雲母的重量比為0.15至1.75。

在本發明的一實驗例中，上述石墨與雲母的重量比為0.2至1.5。

在本發明的一實驗例中，以上述聚碳酸酯組成物的總重量計，聚碳酸酯的含量大於或等於45wt%。

在本發明的一實驗例中，以上述聚碳酸酯組成物的總重量計，聚碳酸酯的含量為45wt%至70wt%。

在本發明的一實驗例中，上述聚碳酸酯的熔融流動指數MI小於或等於10。

在本發明的一實驗例中，以上述聚碳酸酯組成物的總重量計，石墨的含量為5wt%至35wt%。

在本發明的一實驗例中，以上述聚碳酸酯組成物的總重量計，雲母的含量為15wt%至40wt%。

在本發明的一實驗例中，上述雲母的含鐵量小於500ppm。

在本發明的一實驗例中，上述雲母的黃色指數YI小於10。

本發明的聚碳酸酯組成物包括聚碳酸酯、石墨以及雲母，其中以聚碳酸酯組成物的總重量計，聚碳酸酯的含量大於或等於45wt%，石墨的含量為10wt%至30wt%，雲母的含量為20wt%至25wt%。

基於上述，本發明所提出的聚碳酸酯組成物含有石墨與雲母，藉此使得聚碳酸酯組成物同時具有高導熱性及高絕緣性。另外，由於雲母的價格便宜，本發明所提出的聚碳酸酯組成物製造成本能夠降低。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實驗例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。

為了製備出具有高導熱性、高絕緣性以及低製造成本的聚碳酸酯組成物，本發明提出一種聚碳酸酯組成物，其可達到上述優點。

本發明的一實施方式提供一種聚碳酸酯組成物，包括聚碳酸酯、石墨以及雲母。以下將詳細說明這三種成分。

[聚碳酸酯]

聚碳酸酯的合成方法並無特別的限制，一般的方法有光氣法、酯交換法、開環聚合法及二氧化碳聚合法等。詳細而言，光氣法為在一均質系統或非均質系統中將溶於鹼液的二羥基芳基類化合物和溶於溶劑(如二氯甲烷)的光氣(phosgene)以胺類為觸媒進行聚合反應。酯交換法為在熔融狀態將二羥基芳基類化合物與碳酸酯系化合物(如二苯基碳酸酯、二甲基碳酸酯)進行酯交換反應。較佳地，酯交換法是將二羥基芳基類化合物及碳酸酯系化合物在熔融狀態下進行酯交換反應。

聚碳酸酯的種類並無特別的限制，聚碳酸酯可以是任何已知的單一單體聚碳酸酯或共聚碳酸酯。另外，較佳地，聚碳酸酯可利用二羥基芳基類化合物與碳酸酯系化合物進行酯交換反應而製得。詳細而言，二羥基芳基類化合物是選自於二羥基聯苯類化合物、雙-(羥苯基)烷類化合物、雙-(羥苯基)雙烷類化合物、雙-(羥苯基)-硫化物、雙-(羥苯基)醚類化合物、雙-(羥苯基)酮類化合物、雙-(羥苯基)亞碸類化合物、雙-(羥苯基)碸類化合物、烷基環亞己基雙酚類化合物、雙-(羥苯基)-二異丙基苯類化合物、上述化合物的烷化衍生物、上述化合物的鹵化衍生物或其組合。

前述二羥基芳基類化合物的具體實例包括4,4-二羥基聯苯、2,2-二(4-羥基苯基)丙烷(2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane，簡稱雙酚A(bisphenol A))、2,4-雙-(4-羥苯基)-2-甲基丁烷、1,1-雙-(4-羥苯基)-環己烷(1,1-bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexane)、α,α-雙-(4-羥苯基)-二異丙基苯、2,2-雙-(3-甲基-4-羥苯基)-丙烷、2,2-雙-(3-氯-4-羥苯基)-丙烷、雙-(3,5-二甲基-4-羥苯基)-甲烷、2,2-雙-(3,5-二甲基-4-羥苯基)-丙烷(2,2-bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propane)、雙-(3,5-二甲基-4-羥苯基)-碸、2,4-雙-(3,5-二甲基-4-羥苯基)-2-甲基丁烷、1,1-雙-(3,5-二甲基-4-羥苯基)-環己烷、α,α-雙-(3,5-二甲基-4-羥苯基)-對-二異丙基苯、2,2-雙-(3,5-二氯-4-羥苯基)-丙烷、2,2-雙-(3,5-二溴-4-羥苯基)-丙烷(2,2-bis(3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl)propane)、鹵化雙酚(halogenated bisphenol)、對苯二酚(hydroquinone)、雙(4-羥基苯基)甲烷(bis(4-hydroxyphenyl)methane)、雙(4-羥基苯基)硫(bis(4-hydroxyphenyl)sulfide)、雙(4-羥基苯基)碸(bis(4-hydroxyphenyl)sulfone)、雙(4-羥基苯基)亞碸(bis(4-hydroxyphenyl)sulfoxide)、雙(4-羥基苯基)酮(bis(4-hydroxyphenyl)ketone)、雙(4-羥基苯基)醚(bis(4-hydroxyphenyl)ether)、上述化合物的均聚物、上述化合物的共聚物或其組合。較佳地，二羥基芳基類化合物為2,2-雙-(4-羥苯基)-丙烷。

前述碳酸酯系化合物包含但不限於二苯基碳酸酯(diphenyl carbonate)、二甲基碳酸酯(dimethyl carbonate)、二乙基碳酸酯(diethyl carbonate)或其組合。

另外，聚碳酸酯的末端基團構造並沒有特定的限制。所述末端基團包含但不限於羥基、芳族烴基碳酸酯及烷基碳酸酯等。本發明中使用的聚碳酸酯含一個或一個以上羥基的末端基團。詳細而言，聚碳酸酯的末端基團的羥基來自於二羥基芳基類化合物。

另外，聚碳酸酯的熔融流動指數MI小於或等於10。若熔融流動指數MI大於10，則流動性過高，不易加工成型。更佳地，熔融流動指數MI小於或等於9。最佳地，熔融流動指數MI小於或等於8。

另外，以聚碳酸酯組成物的總重量計，聚碳酸酯的含量大於或等於45wt%。若聚碳酸酯的含量小於45wt%時，則容易造成押出機堵塞的現象，而不易進行成型押出；當聚碳酸酯的含量大於或等於45wt%時，則不僅無上述缺點，且導電性及絕緣性相當優異。在一實施例中，以聚碳酸酯組成物的總重量計，聚碳酸酯的含量為45wt%至70wt%。在另一實施例中，以聚碳酸酯組成物的總重量計，所述聚碳酸酯的含量為50wt%至60wt%。另外，聚碳酸酯的重量平均分子量範圍為20,000~24,000，較佳為22,000~24,000。

[石墨]

石墨的種類並無特別的限制，石墨可以是透過合成而得的人工石墨、天然石墨、可膨脹石墨或是厚度小於1微米的膨脹石墨。在一實施例中，石墨為天然石墨。詳細而言，可商購的天然石墨存在有三種類型：鱗片型石墨(flake graphite)、無定形石墨(amorphous graphite)和晶體礦脈石墨(crystal vein graphite)。使用時可選擇單一類型的石墨或使用兩種以上混合的石墨。在一實施例中，石墨較佳為鱗片型石墨。

在一實施例中，以聚碳酸酯組成物的總重量計，石墨的含量為5wt%至35wt%。在另一實施例中，以聚碳酸酯組成物的總重量計，石墨的含量為10wt%至30wt%。另外，石墨的平均粒度範圍為300μm至500μm，較佳為350μm至450μm。若石墨的粒徑過小則聚碳酸酯組成物導熱效果不明顯，而粒徑過大則與聚碳酸酯組成物的混合性不佳。

[雲母]

雲母為層狀矽酸鹽礦物(phyllosilicate mineral)，且在本發明的聚碳酸酯組成物中，與石墨結合可提高導熱性及絕緣性。

雲母的種類並無特別的限制，雲母可以是白雲母(muscovite)、金雲母(phlogopite)、黑雲母(biotite)、絹雲母(sericite)、鋰雲母(lepidolite)、珍珠雲母(margarite)、海綠石(glauconite)或人造雲母(如氟金雲母)等。市面上最常見的兩類雲母為白雲母及金雲母，故典型用於本發明。白雲母為雙八面體鹼金屬矽酸鋁。白雲母具有矽酸鋁薄片藉鉀離子層微弱結合在一起的層狀結構。白雲母具有下述組成KAl₃ Si₃ O₁₀ (OH)₂ 。金雲母為參八面體鹼金屬矽酸鋁。金雲母具有矽酸鋁鎂薄片藉鉀離子層微弱結合在一起之層狀結構，且具有下述組成KMg₃ AlSi₃ O₁₀ (OH)₂ 。此兩類雲母典型皆以有鮮明界限邊緣的薄板狀或薄片狀的形式存在。在一實施例中，雲母可以是市售產品，例如A-5630(由向陽礦業製造)。在一實施例中，本發明的雲母具有平坦顆粒，且其顆粒大小為1微米至50微米。

另外，雲母的含鐵量小於500ppm。若雲母的含鐵量大於500ppm，則易有色澤，影響後續加工。更佳地，雲母的含鐵量小於300ppm。最佳地，雲母的含鐵量小於150ppm。

另外，雲母的黃色指數YI小於10。若雲母的黃色指數YI大於10，則易有色澤，影響後續加工。更佳地，雲母的黃色指數YI小於9。最佳地，雲母的黃色指數YI小於8。

在一實施例中，以聚碳酸酯組成物的總重量計，雲母的含量為15wt%至40wt%。在另一實施例中，以聚碳酸酯組成物的總重量計，雲母的含量為20wt%至30wt%。另外，雲母的平均粒度範圍為1μm至50μm，較佳為10μm至40μm。若雲母的粒徑過小則聚碳酸酯組成物絕緣效果不明顯，而粒徑過大則與聚碳酸酯組成物的混合性不佳。

另外，在本實施方式中，石墨與雲母的重量比為0.15至1.75，較佳為0.2至1.5。若石墨與雲母的重量比小於0.15，則聚碳酸酯組成物的導熱性降低，以致於無法使用在要求有良好散熱效果的應用中，而若石墨與雲母的重量比大於1.75，則聚碳酸酯組成物的表面電阻降低而失去絕緣性。

另外，在本實施方式中，透過使用石墨與雲母，不但使得聚碳酸酯組成物同時具有良好的導熱性及絕緣性，更由於雲母的價格便宜，使得聚碳酸酯組成物的製造成本降低。

在不損及本發明的聚碳酸酯組成物的效果範圍內，聚碳酸酯組成物可依需要添加使用其他的添加劑。添加劑可單獨或混合使用，且添加劑包含但不限於熱穩定劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、潤滑劑、成核劑、抗靜電劑、脫模劑、著色劑(例如染料和顏料)、阻燃劑、增塑劑、增韌劑、其他樹脂(例如橡膠系聚合物)或類似物等。

本發明的另一實施方式提供一種聚碳酸酯組成物，包括：聚碳酸酯、石墨以及雲母，其中以聚碳酸酯組成物的總重量計，聚碳酸酯的含量大於或等於45wt%，石墨的含量為10wt%至30wt%，雲母的含量為20wt%至25wt%。然而，聚碳酸酯、石墨以及雲母的相關描述已於上述實施方式中進行詳盡地說明，故於此不再贅述。

下文將參照實驗範例，更具體地描述本發明。雖然描述了以下實驗，但是在不逾越本發明範疇的情況下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應根據下文所述的實驗對本發明作出限制性地解釋。

〈實驗〉

實驗所用的材料及設備如下：

聚碳酸酯：由奇美實業公司製造，商品名為WONDERLITE PC-110，熔融流動指數等於10，其中熔融流動指數(Melt flow index，簡稱MI)依ASTM D-1238標準方法測試，測試溫度/荷重：300℃/1.2公斤。單位：克/10分鐘(g/10min.)。

石墨：由潤優企業有限公司代理，商品名為+590。

雲母：由向陽礦業股份有限公製造，商品名為MICA；雲母含鐵量為100ppm，黃色指數YI=7。雲母含鐵量使用習知EDS量測。雲母黃色指數YI使用分光儀(型號：Gretoawacbeth color-eye 3100)測其黃色指數YI值。

氮化硼：由Aldrich製造，粒徑約為1μm。

碳酸鈣(CaCO₃ )：由台灣塑膠工業股份有限公司製造，商品名為FP-102。

雲母-氮化硼組成物：由向陽礦業股份有限公司製造，商品名為BN-MICA。

滑石粉(talc)：由海城市鑫達礦業股份有限公司製造，牌號為SDC-F7。

玻璃纖維：由台灣玻璃工業股份有限公司製造，牌號為473A。

塑料混煉機(Brabender)：由Thermo Haake製造，設備名為Haake Polylab QC。

雙軸押出機：由澤機工業製造，設備名為ZPT32。

實驗例1

取50wt%之呈粒狀的聚碳酸酯、30wt%之鱗片型的石墨、20wt%的雲母，以塑料混煉機進行熔融混練並押出，其中塑料混煉機的料筒溫度設定為280℃、轉速為60RPM、時間為5分鐘，即可製得呈粒狀之實驗例1的聚碳酸酯組成物。

實驗例2~4

除了下文中表2所示聚碳酸酯、石墨及雲母的用量外，以與實驗例1相同的方式製備出實驗例2至實驗例4的聚碳酸酯組成物。

實驗例5

取60wt%之呈粒狀的聚碳酸酯、20wt%之鱗片型的石墨、20wt%的雲母，以附有排氣口的雙軸押出機進行熔融混練並押出，其中雙軸押出機的料筒溫度設定為270~300℃、轉速為350RPM，即可製得呈粒狀之實驗例5的聚碳酸酯組成物。

實驗例6~7

除了下文中表2所示聚碳酸酯、石墨及雲母的用量外，以與實驗例5相同的方式製備出實驗例6至實驗例7的聚碳酸酯組成物。

比較例1

比較例1與實驗例1的差異為：比較例1的聚碳酸酯組成物中不添加雲母，意即僅單獨使用石墨，其詳細用量如表1所示。此外，比較例1具與實驗例1相同的製備方式。

比較例2

比較例2與實驗例1的差異為：比較例2的聚碳酸酯組成物中不添加石墨，意即僅單獨使用雲母，其詳細用量如表1所示。此外，比較例2具與實驗例1相同的製備方式。

比較例3~7

比較例3至比較例7與實驗例1的差異為：比較例3至比較例7的聚碳酸酯組成物分別使用滑石粉、氮化硼、雲母-氮化硼組成物、玻璃纖維、碳酸鈣來取代雲母，其詳細用量如表1所示。此外，比較例3至比較例7皆具與實驗例1相同的製備方式。

比較例8~12

除了下文中表2所示聚碳酸酯、石墨及雲母的用量外，以與實驗例1相同的方式製備出比較例8至比較例12的聚碳酸酯組成物。

接著，使用油壓成型機在溫度300℃下，分別將實驗例1至實驗例7及比較例1至比較例12所得的聚碳酸酯組成物成形，以製備出對應的樣品(尺寸為5cm×5cm×3mm)。之後，對各樣品進行導熱率及表面電阻的測定。前述測定的說明如下，且測定的結果顯示於表1及表2中。

〈導熱率的測定〉

依ISO 22007-2法，對尺寸為5cm×5cm×3mm的樣品進行測定，單位為W/mK，測試機台為由科邁斯集團(TechMax)代理的熱傳導分析儀(型號為TPS2500)。在業界中，導熱率的標準至少要大於1.0W/mK，越高表示導熱性越好。

〈表面電阻的測定〉

依ASTM D257法，對尺寸為5cm×5cm×3mm的樣品進行測定，單位為Ω/cm² 。在業界中，表面電阻的標準至少要大於10⁴ Ω/cm² ，越高表示絕緣性越好，導電性越差。

由表1可知，實驗例1的聚碳酸酯組成物同時具有良好的導熱性及絕緣性。相反地，觀察比較例1之只添加石墨的聚碳酸酯組成物，可發現其絕緣效果不佳；觀察比較例2之只添加雲母的聚碳酸酯組成物，可發現其導熱效果不佳；以及觀察比較例3至比較例7之未添加雲母而分別由滑石粉、氮化硼、雲母-氮化硼組成物、玻璃纖維、碳酸鈣取代的聚碳酸酯組成物，可發現其絕緣效果皆不佳。

詳細而言，在已知技術中，石墨、雲母、滑石粉、氮化硼、雲母-氮化硼組成物、玻璃纖維、碳酸鈣皆為可作為改變聚碳酸酯之導熱性或絕緣性的無機添加劑。然而，由表1可知，在眾多列舉的無機添加物中，組合使用石墨與雲母，使得所得到的聚碳酸酯組成物同時具有良好的導熱性及絕緣性。

另外，由表1及表2可知，實驗例1至實驗例7的聚碳酸酯組成物皆同時具有良好的導熱性及絕緣性。相反地，由表2 可知，比較例8至比較例12的聚碳酸酯組成物則皆無法同時具備良好的導熱性及絕緣性。

綜上所述，上述實施方式所提出的聚碳酸酯組成物含有石墨與雲母，藉此使得聚碳酸酯組成物同時具有良好的導熱性及絕緣性。另外，由於與習知使用的氮化硼或玻璃纖維等相比，雲母具有便宜的價格，上述實施方式所提出的聚碳酸酯組成物具有較低的製造成本。

雖然本發明已以實驗例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種聚碳酸酯組成物，包括：聚碳酸酯；石墨；以及雲母，其中所述石墨與所述雲母的重量比為0.15至1.75。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中所述石墨與所述雲母的重量比為0.2至1.5。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中以所述聚碳酸酯組成物的總重量計，所述聚碳酸酯的含量大於或等於45wt%。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中以所述聚碳酸酯組成物的總重量計，所述聚碳酸酯的含量為45wt%至70wt%。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中所述聚碳酸酯的熔融流動指數MI小於或等於10。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中以所述聚碳酸酯組成物的總重量計，所述石墨的含量為5wt%至35wt%。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中以所述聚碳酸酯組成物的總重量計，所述雲母的含量為15wt%至40wt%。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中所述雲母的含鐵量小於500ppm。
如申請專利範圍第1項所述的聚碳酸酯組成物，其中所述雲母的黃色指數YI小於10。
一種聚碳酸酯組成物，包括：聚碳酸酯；石墨；以及雲母，其中以所述聚碳酸酯組成物的總重量計，所述聚碳酸酯的含量大於或等於45wt%，所述石墨的含量為10wt%至30wt%，所述雲母的含量為20wt%至25wt%。