CN117659665A - 一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料及其制备方法和应用，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料包括特定份数的第一聚碳酸酯树脂、第二聚碳酸酯树脂、耐磨剂和增韧剂，且所述第一聚碳酸酯树脂的数均分子量为5～10万，所述第二聚碳酸酯树脂的数均分子量为2～4万；通过采用两种特定分子量的聚碳酸酯树脂在特定用量范围内进行复配，二者能够取长补短，发挥协同作用，再搭配添加特定份数的耐磨剂和增韧剂，使得到的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料具有优异的耐磨性，同时还具有高弹性、良好的热稳定性和优异的耐化学腐蚀性。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚碳酸酯简称PC，是五大工程塑料之一，是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，具有无定型、无毒、无臭无味，优异的耐候性能、抗冲击性能和电绝缘性能优异等优势，且透光率高，被广泛用于电子电器外壳，汽车工业、光盘、包装、计算机、医疗及保健以及休闲器材等领域。
近些年，随着人们对环境问题的越来越重视，在产品表面使用免喷涂树脂材料正逐步成为一种趋势，免喷涂树脂材料可复制喷漆产生出的艳丽多彩的色调及珠光、闪光、金属光泽的特殊效果，从而满足人们对美学的需求。
CN115710420A公开了一种具有金属质感的免喷涂PC组合物及其制备方法和应用，包括以下重量份的组分：PC 86～94.5份，增韧剂5～10份，对苯二甲酸改性金属粉0.5～4份，抗氧剂0.1～1份，润滑剂0.2～1份，制备方法包括：将各组分加入到高速混合机中，充分混合后，再置于螺杆机中，控制螺杆机转速为300～500rpm，温度控制为200～260℃，挤出造粒，即制得具有金属质感的免喷涂PC材料，将所述免喷涂PC组合物用作汽车饰件、或家用电器原料；该发明可以显著提高金属粉与PC的相容性，改善金属粉在PC中的分散，提高金属质感，并且可以减少金属粉的使用量以及材料性能的下降；但是，该发明提供的PC组合物中需要添加有金属粉，分散均匀性较差，且耐磨性仍有待提高。
因此，针对上述不足，急需开发一种具有优异耐磨性的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料及其制备方法和应用，通过采用两种分子量的聚碳酸酯树脂进行搭配，结合了两种特定分子量的聚碳酸酯树脂各自的优势，取长补短，并搭配添加耐磨剂和增韧剂，使最终得到的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料具有优异的耐磨性，且还具有良好的热稳定性和优异的耐化学腐蚀性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料按照重量份包括如下组分：
所述第一聚碳酸酯树脂的数均分子量为5～10万，所述第二聚碳酸酯树脂的数均分子量为2～4万。
其中，所述第一聚碳酸酯树脂的用量可以为36重量份、37重量份、38重量份、39重量份、40重量份、41重量份、42重量份、43重量份或44重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述第二聚碳酸酯树脂的用量可以为40.5重量份、41重量份、41.5重量份、42重量份、42.5重量份、43重量份、43.5重量份、44重量份或44.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述耐磨剂可以为11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份或19重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述增韧剂可以为3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述第一聚碳酸酯树脂的数均分子量可以为5.5万、6万、6.5万、7万、7.5万、8万、8.5万、9万或9.5万，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述第二聚碳酸酯树脂的数均分子量可以为2.2万、2.4万、2.6万、2.8万、3万、3.2万、3.4万、3.6万或3.8万，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明提供的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料包括特定份数的第一聚碳酸酯树脂、第二聚碳酸酯树脂、耐磨剂和增韧剂；通过采用两种特定分子量的聚碳酸酯树脂在特定用量范围内进行复配，二者能够取长补短，发挥协同作用，并搭配添加耐磨剂和增韧剂，使得到的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料具有优异的耐磨性，同时还具有高弹性、良好的热稳定性和优异的耐化学腐蚀性。
优选地，所述第一聚碳酸酯树脂的密度为1.18～1.20g/cm3，例如1.185g/cm3、1.19g/cm3或1.195g/cm3，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述第一聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)为140～150℃，例如141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃或149℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述第二聚碳酸酯树脂的相对密度为1.18～1.19g/cm3，例如1.185g/cm3、1.19g/cm3或1.195g/cm3，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述第二聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)为140～150℃，例如141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃或149℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在本发明中，所述第一聚碳酸酯树脂优选拜尔化学的3103，第二聚碳酸酯优选HOPELEX的PC-1000L-NC。
优选地，所述耐磨剂包括硼酸铝晶须、硅酮粉或晶须硅中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为硼酸铝晶须。
本发明提供的所述硼酸铝晶须具有更低的密度，且弹性模量高于碳化硅晶须，抗张强度高于钛酸钾晶须，硬度与玻璃纤维相似，但其成本只有碳化硅晶须的1/10～1/100，因此，将其作为耐磨剂加入聚碳酸酯材料中，可大幅度提高聚碳酸酯材料的弹性、热稳定性、耐磨性和耐化学腐蚀性；所述硅酮粉是刚性粒子，在复合材料具有成核剂的作用，可以均匀分散在复合材料中，且还具有自润滑性能好的优势，可迁移到复合材料的表层，形成一个润滑剂分子的薄层，这种表面润滑作用能够减小表面划伤摩擦系数，从而作为耐磨剂应用到聚碳酸酯材料中，能有效提高聚碳酸酯材料的表面耐刮伤性；所述晶须硅具有纤维状结构，具有高强度和高模量，在树脂中能够均匀分散，起着骨架作用，受到外力时，应力可通过界面层由基体传递给晶须硅，晶须硅承受部分应力，使基体所受应力得以分散；此外，树脂受到外力作用时易产生形变，由于晶须硅的存在，能够吸收冲击振动能量，裂纹在扩展中遇到晶须便会受阻，裂纹得到抑制，从而起到增韧作用，减少划痕的形成。
优选地，所述硼酸铝晶须的粒径为1～10μm，例如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm或9μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述硅酮粉的粒径为5～6μm，例如5.1μm、5.2μm、5.3μm、5.4μm、5.5μm、5.6μm、5.7μm、5.8μm或5.9μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述晶须硅的粒径为20～200μm，例如40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm或180μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述增韧剂包括环氧树脂和/或酚醛树脂。
优选地，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中还包括抗氧剂。
优选地，所述抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂。
优选地，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中抗氧剂的含量为0.1～0.5重量份，例如0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂168。
优选地，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中还包括润滑剂。
优选地，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中润滑剂的含量为0.1～1重量份，例如0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份或0.9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述润滑剂包括季戊四醇硬脂酸酯、聚二甲基硅氧烷或乙撑双硬脂酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料的制备方法，所述制备方法包括：将第一聚碳酸酯树脂、第二聚碳酸酯树脂、耐磨剂、增韧剂、任选地抗氧剂和任选地润滑剂进行混合，经挤出，得到所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料。
优选地，所述挤出在双螺杆挤出机中进行。
优选地，所述双螺杆挤出机的温度为200～260℃，例如210℃、220℃、230℃、240℃或250℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料作为汽车内外饰、通讯设备或电子电器的材料的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料包括特定份数的第一聚碳酸酯树脂、第二聚碳酸酯树脂、耐磨剂和增韧剂，且所述第一聚碳酸酯树脂的数均分子量为5～10万，所述第二聚碳酸酯树脂的数均分子量为2～4万；通过采用两种特定分子量的聚碳酸酯树脂在特定用量范围内进行复配，二者能够取长补短，发挥协同作用，再搭配添加特定份数的耐磨剂和增韧剂，使得到的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料具有优异的耐磨性，同时还具有高弹性、良好的热稳定性和优异的耐化学腐蚀性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明具体实施方式中涉及到的部分原料的信息如下所示：
第一聚碳酸酯树脂：数均分子量为6万，密度为1.19g/cm3，Tg为145℃，来自拜尔化学、3103；
第二聚碳酸酯树脂：数均分子量为3万，密度为1.185g/cm3，Tg为143℃，来自HOPELEX、PC-1000L-NC；
环氧树脂：来自三木环氧树脂、SM 828；
硼酸铝晶须：平均粒径为6μm；
硅酮粉：平均粒径为5.5μm；
晶须硅：平均粒径为80～120μm。
实施例1～7
一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其具体组分和用量如表1所示，表1中，各组分的用量均为“重量份”；
表1
实施例1～7提供的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料的制备方法包括：
将第一聚碳酸酯树脂、第二聚碳酸酯树脂、耐磨剂、增韧剂、抗氧剂和润滑剂用高速混合机混合均匀，混合时间为5min，将混合后的材料加入到双螺杆挤出机中进行熔融共挤，双螺杆挤出机的温度：二区温度为230℃，三区温度为240℃，四区温度为250℃，五区温度为230℃，六区温度为255℃，七区温度为255℃，八区温度为255℃，九区温度为255℃，十区温度为255℃，十一区温度为245℃，挤出机的螺杆转速为600转/分钟，停留时间为3min，经螺杆挤出后冷却、吹干、切粒，得到所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料。
对比例1～6
一种聚碳酸酯材料，其具体组分如表2所示，表2中，各组分的用量均为“重量份”；
表2
对比例1～6提供的聚碳酸酯材料的制备方法包括：
将第一聚碳酸酯树脂、第二聚碳酸酯树脂、耐磨剂、增韧剂、抗氧剂和润滑剂用高速混合机混合均匀，混合时间为5min，将混合后的材料加入到双螺杆挤出机中进行熔融共挤，挤出机温度：二区温度为230℃，三区温度为240℃，四区温度为250℃，五区温度为230℃，六区温度为255℃，七区温度为255℃，八区温度为255℃，九区温度为255℃，十区温度为255℃，十一区温度为245℃，挤出机的螺杆转速为600转/分钟，停留时间为3min，经螺杆挤出后冷却、吹干、切粒，得到所述聚碳酸酯材料。
性能测试：
(1)耐磨性能：用铅笔硬度表示，参照《ASTM D3363》提供的测试方法进行测试，测试在23℃和50％的条件下进行；
(2)热稳定性：按照ISO 11357-3:2018、ISO 11357-2:2020提供的测试方法进行测试。
按照上述测试方法对实施例1～7和对比例1～6提供的聚碳酸酯材料进行测试，测试结果如表3所示：
表3
根据表3的数据可以看出：本发明提供的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料具有优异的热稳定性和耐磨性；
具体而言，实施例1～7提供的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料的铅笔硬度为2B～HB，热稳定性测试耐热温度为144.2～145.2℃；
与实施例1相比，对比例1～2提供的聚碳酸酯材料仅采用单一种类的聚碳酸酯树脂，进而铅笔硬度仅为4B～5B，说明耐磨性较差；
与实施例1相比，对比例3～4提供的聚碳酸酯材料中第一聚碳酸酯树脂和第二聚碳酸酯树脂的添加量不在本发明限定范围内，进而使得到的聚碳酸酯材料的耐磨性同样较差；
与实施例1相比，对比例5提供的聚碳酸酯材料中耐磨剂的添加量较低，进而耐磨性同样较差；
与实施例1相比，对比例6提供的聚碳酸酯材料中未添加增韧剂，也导致了聚碳酸酯材料的铅笔硬度发生下降。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料按照重量份包括如下组分：
第一聚碳酸酯树脂 35～45重量份；
第二聚碳酸酯树脂 40～45重量份；
耐磨剂 10～20重量份；
增韧剂 2～10重量份；
所述第一聚碳酸酯树脂的数均分子量为5～10万，所述第二聚碳酸酯树脂的数均分子量为2～4万。
2.根据权利要求1所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述第一聚碳酸酯树脂的密度为1.18～1.20g/cm3；
优选地，所述第一聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度为140～150℃。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述第二聚碳酸酯树脂的密度为1.18～1.19g/cm3；
优选地，所述第二聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度为140～150℃。
4.根据权利要求1～3任一项所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述耐磨剂包括硼酸铝晶须、硅酮粉或晶须硅中的任意一种或至少两种的组合，优选为硼酸铝晶须；
优选地，所述硼酸铝晶须的粒径为1～10μm；
优选地，所述硅酮粉的粒径为5～6μm；
优选地，所述晶须硅的粒径为20～200μm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述增韧剂包括环氧树脂和/或酚醛树脂。
6.根据权利要求1～5任一项所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中还包括抗氧剂；
优选地，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中抗氧剂的含量为0.1～0.5重量份；
优选地，所述抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂；
优选地，所述亚磷酸酯类抗氧剂包括抗氧剂168。
7.根据权利要求1～6任一项所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料，其特征在于，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中还包括润滑剂；
优选地，所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料中润滑剂的含量为0.1～1重量份；
优选地，所述润滑剂包括季戊四醇硬脂酸酯、聚二甲基硅氧烷或乙撑双硬脂酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
8.一种如权利要求1～7任一项所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将第一聚碳酸酯树脂、第二聚碳酸酯树脂、耐磨剂、增韧剂、任选地抗氧剂和任选地润滑剂进行混合，经挤出，得到所述耐磨免喷涂聚碳酸酯材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述挤出在双螺杆挤出机中进行；
优选地，所述双螺杆挤出机的温度为200～260℃。
10.一种如权利要求1～7任一项所述的耐磨免喷涂聚碳酸酯材料作为汽车内外饰、通讯设备或电子电器的材料的应用。
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