一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法

摘要

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，其步骤是：A.母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按1-20∶100的质量比进行熔融共混，冷却固化后制得母料；B.合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、改性聚合物、增容剂和母料按40-75∶15-45∶1-10∶1-5的质量比例熔融共混，冷却固化后既得；其中所述的改性聚合物为ABS工程塑料、聚乳酸、聚烯烃类聚合物中的一种；增容剂为能促进双酚A型聚碳酸酯和改性聚合物结合的增容剂。该方法制得的高韧聚合物共混物合金在低温和常温下的缺口冲击性能好，韧性强，拉伸性能好。

说明书

技术领域

本发明属于高韧聚合物共混物合金的制备技术领域。

背景技术

聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)是一种分子链中含有碳酸酯基的聚合物， 包括脂肪族、脂肪族-芳香族以及芳香族PC材料。而芳香族聚碳酸酯中的双酚 A型聚碳酸酯由于具有较好的机械性能，高的热变形温度、良好的抗蠕变性、 尺寸稳定性以及良好的电绝缘性能，在工程材料领域得到了广泛的应用。但由 于双酚A型聚碳酸酯本身对缺口比较敏感、缺口冲击强度低；虽然可以通过改 性来改善其缺点，但双酚A型聚碳酸酯与其他聚合物共混时相容性较差，因此 其应用受到了限制。因此双酚A型聚碳酸酯材料的冲击性能，提高材料的韧性 是目前急需解决的问题。

目前，改性方法主要分为两种，一种是依靠大分子主链、支链或侧链结构 的变化实现改性，虽然经化学改性的PC改性效果较好，但是改性过程可操作 性小，并且成本较高，因此应用相对较少。其次可利用不同组分之间的物理作 用(如吸附、络合或氢键等作用)以及整个组分本身的形态变化来达到改性目 的。对双酚A型聚碳酸酯的物理改性方法主要包括，填充改性和聚合物共混物 两种。为了改善双酚A型聚碳酸酯某一方面的性能或者降低其生产成本，多数 情况下会向双酚A型聚碳酸酯中添加比例不同的无机粉体或纤维等填充剂进行 改性，其中玻璃纤维的应用最为广泛。与纯双酚A型聚碳酸酯相比，玻璃纤维 增强双酚A型聚碳酸酯具有强度高，刚性大，耐应力开裂性好，耐热性高和电 性能好等优点，但是玻璃纤维增强双酚A型聚碳酸酯在刚性、强度提高的同时， 冲击强度显著下降。另一方面，随着纳米技术的发展，纳米复合技术已经成为 双酚A型聚碳酸酯的新型改性方法。为了改善双酚A型聚碳酸酯的性能，可将 其与一些无机填料，如二氧化硅、氧化锌、蒙脱土、碳纳米管、炭黑、粘土等 进行复合，从而使机械性能、电学性能、热性能等得到改善，但是这往往依赖 于纳米填料的分散以及与基体之间的相互作用，因此冲击强度的改善较为有 限。与另一种聚合物共混也是提高双酚A型聚碳酸酯冲击韧性的有利手段，可 以提高材料的抗冲击性能；但简单的共混物材料物理和力学性能不稳定，制品 易出现相分离，低温抗冲击性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，该 方法制得的高韧聚合物共混物合金在低温和常温下的缺口冲击性能好，韧性 强，拉伸性能好。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种熔融共混制备高韧聚 合物共混物合金的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按1-20:100的质量比进 行熔融共混，冷却固化后制得母料；

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、改性聚合物、增容剂和母料按 40-75:15-45:1-10:1-5的质量比例熔融共混，冷却固化后既得；其中所述的 改性聚合物为ABS工程塑料、聚乳酸、聚烯烃类聚合物中的一种；增容剂为 能促进双酚A型聚碳酸酯和改性聚合物结合的增容剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、由于碳纳米管强度高，碳纳米管和双酚A型聚碳酸酯之间的π-π相互 作用，有利于提高合金的抗拉伸性能。同时，碳纳米管在双酚A型聚碳酸酯基 体中选择性的均匀分散改变了双酚A型聚碳酸酯相相区尺寸，增大了双酚A型 聚碳酸酯相相畴，也有利于合金的冲击性能的改善。其次通过增容剂对不相容 双酚A型聚碳酸酯和改性聚合物的增容作用，使改性聚合物和双酚A型聚碳酸 酯结合增强，再次改善材料的韧性和抗拉伸性能。从而碳纳米管及增容剂对不 相容共混物起到了协同增韧的作用，制得的聚合物共混物合金抗冲击性能强， 韧性好，抗拉伸性能高。不仅常温下的高韧性好，在低温下也具有很好的韧性， 实验证明在同时添加碳纳米管和增容剂后，双酚A型聚碳酸酯/聚乳酸混物合金 的常温下冲击强度从13.4kJ/m²最大幅度可以增加到87.1kJ/m²，而低温(0℃) 下的冲击强度可以从7.5kJ/m²增加到40.0kJ/m².而其抗拉伸强度则变化幅度 小。

二、本发明可选择不同特性的改性聚合物，使合金具有相应的特性，例 如将聚乳酸与双酚A型聚碳酸酯进行共混，聚乳酸作为一种可降解的生物材 料，可以改善高韧双酚A型聚碳酸酯基合金材料的水解性能，因此，合金综 合性能具有可控性。

上述的碳纳米管是直径为5-200nm，长度为100nm-50μm的单壁碳纳米管 或者多壁碳纳米管。

这种管径和长度的碳纳米管能够在双酚A型聚碳酸酯中均匀分散，并和 双酚A型聚碳酸酯结合更好，能很好的改善合金的韧性和抗拉伸强度。

上述的母料制备中的熔融共混的工艺条件是：温度为260-280℃，共混时 间为5-20min。

熔融共混的温度为260-280℃高出双酚A型聚碳酸酯的熔融温度(240℃) 20-40℃，能保证双酚A型聚碳酸酯充分熔融；再配合5-20min的共混时间 能使双酚A型聚碳酸酯和碳纳米管很好的混合形成母料。

上述的合金制备时的熔融共混的工艺条件是：温度为260-280℃，共混时 间为5-20min。

双酚A型聚碳酸酯、改性聚合物、增容剂和母料四种物质中双酚A型聚碳 酸酯的熔融温度最高为240℃。合金制备时的熔融温度为260-280℃，高出四 种物质的最高熔融温度20-40℃，能保证四种物质充分熔融；再配合再配合5-20 min的共混时间，能使母料、改性聚合物、双酚A型聚碳酸酯和增容剂更好的 熔融共混形成聚合物共混合金。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1a为对比例制得的聚合物共混物合金的TEM图片。

图1b为实施例一制得的聚合物共混物合金的TEM图片。

图2a为实施例一、二、三及对比例制得的聚合物共混合金的常温冲击性 能柱状图。

图2b为实施例一、二、三及对比例制得的聚合物共混合金的低温(0℃) 冲击性能柱状图。

具体实施方式

实施例一

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按20:100的质量比进行 熔融共混，冷却固化后制得母料；

熔融共混的工艺条件是：温度为260℃，共混时间为20min。

本例的碳纳米管是直径为50nm，长度为100nm的单壁碳纳米管。

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、聚乳酸、马来酸酐接枝乙烯-辛烯 共聚物(增容剂)和母料按75:15:7.5:2.5的质量比例熔融共混，冷却固化 后既得。

熔融共混的工艺条件是：温度为260℃，共混时间为10min。

为了证明碳纳米管与增容剂对双酚A型聚碳酸酯基合金的协同增韧作用， 本发明人不添加碳纳米管和增容剂，其余操作与实施例一相同，制备了双酚A 型聚碳酸酯基/聚乳酸合金材料，见对比例。

对比例

将双酚A型聚碳酸酯和聚乳酸按75:15的质量比例熔融共混，冷却固化 后既得。

熔融共混的工艺条件熔融共混的工艺条件是：温度为260℃，共混时间为 10min。

图1a为对比例制得的双酚A型聚碳酸酯基合金材料的扫描电镜图片，图 1b为实施例一制得的聚合物共混物合金的扫描电镜图片。图1a可以看出，球 形的聚乳酸分散在双酚A型聚碳酸酯基体中，聚乳酸相的平均尺寸在0.36μm， 图1b可以看出，加入碳纳米管和增容剂后，聚乳酸相区尺寸降低到0.24μm， 双酚A型聚碳酸酯相畴相应增大，碳纳米管均匀分布在双酚A型聚碳酸酯中。

实施例二

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按20:100的质量比进行 熔融共混，冷却固化后制得母料；

熔融共混的工艺条件是：温度为260℃，共混时间为20min。

本例的碳纳米管是直径为50nm，长度为100nm的单壁碳纳米管。

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、聚乳酸、马来酸酐接枝乙烯-辛烯 共聚物(增容剂)和母料按75:15:5:5的质量比例熔融共混，冷却固化后既 得。

熔融共混的工艺条件是：温度为260℃，共混时间为10min。

实施例三

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按1:100的质量比进行熔 融共混，冷却固化后制得母料；

熔融共混的工艺条件是：温度为260℃,共混时间为20min。

本例的碳纳米管是直径为0.5nm，长度为100nm的单壁碳纳米管。

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、聚乳酸、马来酸酐接枝乙烯-辛烯 共聚物(增容剂)和母料按75:15:5:3的质量比例熔融共混，冷却固化后既 得。

熔融共混的工艺条件是：温度为260℃，共混时间为10min。

图2a为实施例一、二、三及对比例制得的聚合物共混合金的常温冲击性 能柱状图。从图2a中可以看出，增容剂和碳纳米管的加入使共混物的常温冲 击性能都有了明显的提高。比如实施例一至三的常温冲击强度分别是87.1， 74.3和64.3kJ/m²，而对比例(双酚A型聚碳酸酯/聚乳酸)的冲击强度仅为 13.4kJ/m²，纯双酚A型聚碳酸酯的冲击强度为13.1kJ/m²；

图2b为实施例一、二、三及对比例制得的聚合物共混合金的低温(0℃) 冲击性能柱状图。从图2b中可以看出，增容剂和碳纳米管的加入使共混物的 低温冲击性能都有了明显的提高。比如实施例一至三的低温冲击强度是32.0， 35.3和41.6kJ/m²，而对比例的低温冲击强度仅为7.5kJ/m²。

表1为实施例一、二和三及对比例的抗拉伸性能数据，从表中可以看出， 实施例一到三的抗拉伸性能为64.2MPa,59.7MPa,58.1MPa，而对比例的抗拉 伸性能为62.1MPa。

  对比例 实施例一 实施例二 实施例三 拉伸强度 62.1MPa 64.2MPa 59.7MPa 58.1MPa

实施例四

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按20:100的质量比进行 熔融共混，冷却固化后制得母料；

熔融共混的工艺条件是：温度为270℃，共混时间为5min。

本例的碳纳米管是直径为20nm，长度为50μm的多壁碳纳米管。

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、ABS工程塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯(acrylonitrile-butadiene-styrene,ABS)、ABS接枝马来酸酐(ABS  grafted maleic anhydride，ABS-g-MA)(增容剂)和母料按75:15:5:3的质 量比例熔融共混，冷却固化后既得。

熔融共混的工艺条件是：温度为270℃，共混时间为5min。

实施例五

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按20:100的质量比进行 熔融共混，冷却固化后制得母料；

熔融共混的工艺条件是：温度为280℃，共混时间为20min。

本例的碳纳米管是直径为200nm，长度为50μm的单壁碳纳米管。

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、聚乙烯、聚乙烯接枝马来酸酐(增 容剂)和母料按45:30:1:4的质量比例熔融共混，冷却固化后既得。

熔融共混的工艺条件是：温度为280℃，共混时间为5min。

实施例六

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按10:100的质量比进行 熔融共混，冷却固化后制得母料；

熔融共混的工艺条件是：温度为280℃，共混时间为20min。

本例的碳纳米管是直径为200nm，长度为50μm的单壁碳纳米管。

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、聚丙烯、聚丙烯接枝马来酸酐(增 容剂)和母料按40:45:1:1的质量比例熔融共混，冷却固化后既得。

熔融共混的工艺条件是：温度为280℃，共混时间为20min。

实施例七

一种熔融共混制备高韧聚合物共混物合金的方法，其步骤是：

A、母料制备：将碳纳米管与双酚A型聚碳酸酯按20:100的质量比进行 熔融共混，冷却固化后制得母料；

熔融共混的工艺条件是：温度为270℃，共混时间为10min。

本例的碳纳米管是直径为5nm，长度为100nm的多壁碳纳米管。

B、合金制备：将双酚A型聚碳酸酯、聚丙烯、聚丙烯接枝马来酸酐(增 容剂)和母料按60:20:10:5的质量比例熔融共混，冷却固化后既得。

熔融共混的工艺条件是：温度为280℃，共混时间为20min。