一种高断裂伸长率、高韧性聚碳酸酯合金及其制备方法和用途与流程

本发明属于高分子共混、高分子成型加工领域。具体涉及一种高断裂伸长率、高韧性聚碳酸酯合金及其制备方法和用途。

背景技术：

1、聚碳酸酯合金以其优异的力学性能、耐热性及加工性能广泛应用于电子电器、汽车及办公电器多个领域，特别随着以塑代钢等轻量化需求增加，应用范围逐渐扩大，但阻燃聚碳酸酯合金由于阻燃剂强的塑化作用使得其断裂伸长率、韧性显著降低，特别在低温条件下呈现脆性断裂。因此，普通阻燃聚碳酸酯合金仅适用于室内及南方地区，在北方地区的冬季则不适用，大大限制了聚碳酸酯合金的使用范围。

2、随着新能源汽车销量的爆发性增长，配套的新能源充电桩也快速增长，在未来几年存在非常大的增量市场。充电桩壳体一般为塑料，充电桩的塑料外壳要求具备阻燃、耐低温冲击、高断裂伸长率等特性，阻燃pc/abs是最适合的塑料材料之一，为满足行业要求，全面进入充电桩、户外电表等应用领域，提高阻燃聚碳酸酯合金的断裂伸长率、韧性等性能势在必行。

3、为了提高聚碳酸酯合金的常低温韧性，人们做了很多研究工作，cn102061077a中公开了一种pc/abs合金的改性方法。该发明由如下组分组成(按质量份配比)：pc树脂60-70、abs树脂10-25、磷酸酯类阻燃剂8-12、阻燃协效剂0.5-3、增韧剂3-10、相容剂2 -5、抗氧剂0.2-0.4。该发明使pc/abs合金拥有v-0级阻燃性能的同时还保持优良的力学性能。但该专利添加了较多的磷系阻燃剂，磷系阻燃剂有较强的塑化作用，过多添加会显著降低产品韧性特别是低温韧性，同时协效阻燃剂氧化锌与聚碳酸酯基体的相容性不佳，会使合金的常低温冲击性能下降。

4、cn103131154a中公开了一种耐寒pc/abs合金。该pc/abs合金包含有以下原料：pc含量为40-60wt％、abs含量为10-15wt％、无卤阻燃剂np含量为8-16wt％、增韧剂含量为3-8wt％、含锑化合物含量为2-5wt％、四氟乙烯含量为0.3-0.7wt％、反应性单体m含量为1-2wt％、抗氧剂的含量为0.2-0.9wt％、抗紫外线剂的含量为0.1-0.7wt％和加工助剂的含量为0.1-2.4wt％。该发明可以显著改善合金的力学性能，提高合金的常低温冲击强度，但该专利中添加了含锑化合物，其环保性不能满足行业要求并会对人员健康造成危害。

5、cn112341781a公开了一种高伸长率喷涂pc/pbt合金材料及其制备方法。该合金材料由包括如下重量份的组分制成：pc中粘树脂50-70份，支化pc树脂10-30份；pbt中粘树脂25-40份，反应性增韧剂1-5份，增韧剂1-6份，酯交换抑制剂0.1-0.5份，抗氧剂0.1-0.5份，润滑剂0.1-0.5份。该发明通过反应性增韧剂乙烯-丙烯酸酯的三元共聚物的聚烯烃橡胶提供合金的韧性、聚丙烯酸酯提高与pc和pbt的相容性、环氧基团与pbt端位基团(羧基或羟基)反应提高增容性，进而实现对pc/pbt合金的增容、增韧目的。但该专利所呈现断裂伸长率和普通阻燃pc/abs比较接近，没有实现显著提升，同时披露的常温冲击较为普通，没有涉及低温韧性的提升。

6、因此，需要开发一种新的阻燃聚碳酸酯合金材料，提高断裂伸长率、韧性又保持其高阻燃特性及力学性能，满足相关产品要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高断裂伸长率、高韧性聚碳酸酯合金，采用特殊结构的热塑性苯硅聚氨酯作为增韧剂，能够有效提高产品断裂伸长率、韧性等，同时保持材料优异的阻燃性能。

2、本发明的另一目的在于提供该高断裂伸长率、高韧性阻燃聚碳酸酯合金的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供该高断裂伸长率、高韧性聚碳酸酯合金在新能源汽车、电动工具等领域的应用。

4、为了实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：

5、一种高断裂伸长率、高韧性聚碳酸酯合金，包括以下组分：

6、

7、以上为基于聚碳酸酯、橡胶接枝聚合物、热塑性苯硅聚氨酯和有机磷化合物的重量和。

8、本发明中，所述高断裂伸长率聚碳酸酯合金优选的实施方式，包括以下组分：

9、

10、

11、以上为基于聚碳酸酯、橡胶接枝聚合物、热塑性苯硅聚氨酯和有机磷化合物的重量和。

12、本发明中，所述聚碳酸酯树脂为芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯和芳香-脂肪族聚碳酸酯中的一种或多种，优选双酚a型聚碳酸酯。

13、为了保证具备优异力学性能的同时具有良好的加工性能，作为优选的方案，所述双酚a聚碳酸酯树脂熔融指数为3-65g/10min，优选5-50g/10min，更优选7-35g/10min，熔融指数测试标准为astm d1238(测试方法为300℃，1.2kg)。

14、本发明中，所述橡胶接枝聚合物选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(abs)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(mbs)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯三元共聚物(asa)中的一种或多种，优选丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(abs)，所述abs中丁二烯含量为10-30wt％，丙烯腈含量为15-35wt％，苯乙烯含量为50-70wt％；abs的生产方法为连续本体法或乳液掺混法，优选连续本体法生产的abs。

15、本发明中，所述热塑性苯硅聚氨酯的结构式表示为：

16、

17、为有机硅单元；

18、其中r4、r5和r6分别独立代表h、c1-c18的饱和烷基、c1-c18的饱和卤代烷基、c2-c18的不饱和烃基、c2-c18的卤代不饱和烃基、c6-c18芳烃基、c6-c18卤代芳烃基，优选甲基或苯基；

19、m的数值为1-100的整数，优选10-50的整数；

20、所述r2为脂肪族二异氰酸酯残基或芳香族二异氰酸酯残基，优选芳香族二异氰酸酯残基；更优选为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯残基。

21、所述r3为脂肪族小分子扩链剂残基，优选乙二醇残基或1,4-丁二醇残基，更优选1,4-丁二醇残基；

22、x为1-20的整数，优选2-10的整数；

23、y为1-200的整数，优选4-100的整数；

24、n为1-100的整数，优选2-50的整数。

25、本发明所述热塑性苯硅改性聚氨酯的数均分子量为60000-180000，优选70000-150000。

26、本发明所述热塑性苯硅改性聚氨酯中苯硅单元所占的比例，按重量含量计，为5-55wt％优选在10-30wt％。

27、本发明中，所述高断裂伸长率聚碳酸酯合金，所述有机磷化合物为间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、双酚a双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯、磷酸三苯酯和聚芳基磷酸酯中的一种或多种，优选双酚a双(二苯基磷酸酯)。

28、本发明中，所述高断裂伸长率聚碳酸酯合金，基于聚碳酸酯、橡胶接枝聚合物、热塑性苯硅聚氨酯和有机磷化合物的总重量和，还任选的包括：

29、0-10wt％，优选0.1-5wt％马来酸酐接枝聚合物和/或环氧基接枝聚合物；优选为环氧基接枝聚合物，更优选环氧基含量为40-60wt％的环氧基接枝聚合物，进一步优选环氧基含量为40-60wt％的硅-丙烯酸酯-环氧树脂三元接枝共聚物；

30、0-10wt％，优选0.1-5wt％塑料添加剂，所述塑料添加剂包括抗滴落剂、抗氧剂和润滑剂中的一种或多种。

31、所述抗滴落剂为包覆型和/或纯粉型聚四氟乙烯，优选包覆型聚四氟乙烯，更优选苯乙烯-丙烯腈包覆聚四氟乙烯。作为一种优选的方案，所述抗滴落剂添加量占聚碳酸酯、橡胶接枝聚合物、热塑性苯硅聚氨酯及有机磷化合物四者重量和的0-5wt％，优选0.1-2wt％。

32、所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，主抗氧剂包括β-[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯等，所述辅助抗氧剂包括三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双[2,4-二叔丁基苯基]季戊四醇二亚磷酸酯等。

33、所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸脂(pets)和/或硅酮粉。

34、本发明中，作为一种优选的方案，所述抗氧剂及润滑剂添加量之和占聚碳酸酯、橡胶接枝聚合物、热塑性苯硅聚氨酯及有机磷化合物四者重量和的0-2wt％，优选0.2-1wt％。

35、本发明所高断裂伸长率、高韧性聚碳酸酯合金的制备方法，包括以下步骤：①按比例称取聚碳酸酯、橡胶接枝聚合物、热塑性苯硅聚氨酯、有机磷化合物、任选的马来酸酐接枝聚合物和/或环氧基接枝聚合物和任选的塑料添加剂于混合器内混合；

36、②将混合均匀的上述物质加入双螺杆挤出机中，物料熔融挤出后拉条造粒。

37、所述步骤②中双螺杆挤出机的机筒温度为230-250℃，螺杆转速为200-600rpm。

38、本发明所述方法制备的高断裂伸长率、高韧性聚碳酸酯合金可以作为外壳材料用于消费电子、新能源汽车、电动工具等领域。

39、本发明的有益效果如下：

40、(1)本发明通过添加热塑性苯硅聚氨酯，其和聚碳酸酯树酯的相容性较好，形成良好的协同及改善作用，能够显著改善阻燃聚碳酸酯合金的断裂伸长率、韧性等；

41、(2)同时本发明使用的热塑性苯硅聚氨酯与有机磷化合物(磷系阻燃剂)具有协效阻燃特性，可以降低磷系阻燃剂的用量，从而降低磷系阻燃剂的负面效应；并在提高聚碳酸酯合金体系的断裂伸长率、韧性同时又保持其优异的阻燃性能；

42、(3)此外本发明通过添加含有活性基团的橡胶接枝聚合物，在户外环境下可以延缓pc/abs的降解，从而显著提高产品的耐候性能。