一种高韧性含硅疏水聚碳酸酯材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种高韧性含硅疏水聚碳酸酯材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚碳酸酯是一种重要的热塑性塑料，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，因其优良的机械性能、电性能、耐寒性、耐热性、耐冲击性、自熄以及良好的透明性等，在家电、数码产品、it产品、汽车、建筑、包装等众多领域有着广泛的应用。然而，聚碳酸酯的亲水性较强，易于吸水，容易导致尺寸稳定性下降、电性能变化等问题，同时疏水性较差，其制品表面容易受到灰尘、指纹等的污染，进而影响产品使用性能而限制了其应用领域，而且随着家电、数码产品、it产品尺寸小型化、薄壁化、除尘的趋势，不仅要求材料具有更优良的机械性能，还需要提高疏水性，在保持韧性的同时提升材料的低表面能，赋予其自清洁能力，降低吸水性，这些也是热点研究问题。

2、专利申请cn107400347a公开了一种硬质疏水聚碳酸酯材料的制备方法，其将石墨烯有机化处理后与聚碳酸酯混合分散来提供相容性，并采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷处理，将氟离子引入到聚合物表面，来提高成品材料的表面疏水性能。此方法存在缺陷：石墨烯的有机化处理过程十分复杂，步骤繁琐，且所用的原料石墨烯、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷价格昂贵，不适于推广。

3、专利申请cn115895009a公开了一种耐磨损、超疏水聚碳酸酯基片及制备方法，其聚碳酸酯基片是通过先以甲基丙烯酸缩水甘油酯对聚四氟乙烯微粉进行接枝改性，以全氟烷基硫醇对纳米二硫化钼粉末进行表面改性，再将改性聚四氟乙烯微粉、改性纳米二硫化钼粉末分散于甲醇中，喷雾沉积于聚碳酸酯基片表面而制得。此方法存在缺陷：全氟烷基硫醇原料价格昂贵，基片制备过程需用到钴60-γ射线辐照、喷雾沉积等方法，耗能耗时，工序繁琐。

4、专利cn107778515b公开了一种制备自清洁黄色超疏水聚碳酸酯板的简便方法，其包括如下步骤：(1)清洗聚碳酸酯板；(2)利用硝酸水溶液对清洗后的聚碳酸酯板进行处理；(3)用水清洗处理后的聚碳酸酯板，然后进行甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷或二甲基二氯硅烷改性；(4)将改性后的聚碳酸酯板取出后干燥过夜。此方法存在缺陷：在使用过程中需用到具有腐蚀性和毒性的硝酸水溶液，且需要将聚碳酸酯板进行整体处理，方法复杂，处理后pc基板颜色也会产生改变，不具有实用价值。

5、苯乙烯-马来酸酐共聚物(sma)是一种性能优良而价格较低廉的非离子型大分子表面活性剂，其分子链含有酸酐及苯环单元，具有很强的反应活性及衍生能力，并且通过简单的化学反应，可以改变成阴离子、阳离子或两性表面活性剂。sma本身是一种多用途的聚合物，被广泛用于作颜料的分散与增稠、涂料改性、水处理、地板抛光、造纸及高分子合金的相容剂等。目前将苯乙烯-马来酸酐共聚物及其衍生物用于聚碳酸酯的表面改性却鲜有报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术缺陷，提供了一种高韧性含硅疏水聚碳酸酯材料，其不仅具备优异的疏水性能，还能显著提高断裂伸长率和冲击韧性，而且所用的含硅疏水改性剂原料成本低，合成过程简单，具有较强的经济实用价值，应用前景广阔。

2、为实现上述目的，本发明提供一种高韧性含硅疏水聚碳酸酯材料，包括以下重量份的组分：聚碳酸酯树脂90-100份、含硅疏水改性剂2-8份、增塑剂2-5份、苯乙烯类增韧剂3-5份、抗氧剂0.2-1份、热稳定剂0.2-1份，其中，

3、含硅疏水改性剂由苯乙烯-马来酸酐共聚物、醇羟基单封端长链烷基硅油制备得到。

4、进一步的，所述的苯乙烯-马来酸酐共聚物的数均分子量为2000-3000，马来酸酐的质量含量为20-30％。

5、进一步的，所述的醇羟基单封端长链烷基硅油在25℃的粘度为200-800cst之间，并具有如下结构：

6、

7、其中，r1选自一价烷烃基、r2选自二价烷烃基，n为5到15的整数。

8、进一步的，所述的含硅疏水改性剂由以下方法制备而成：加入有机溶剂将苯乙烯-马来酸酐共聚物、醇羟基单封端长链烷基硅油、三乙胺催化剂完全溶解，在氮气保护下加热到50-60℃反应24-48h，利用旋蒸仪蒸去溶剂，再将浓缩产物加入石油醚中过滤并真空干燥24-72h，得到粉末状的含硅疏水改性剂。

9、进一步的，所述的有机溶剂包括丁酮、氯仿、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

10、任选的，所述的三乙胺催化剂添加量为苯乙烯-马来酸酐共聚物和醇羟基单封端长链烷基硅油的总质量的0.1-0.2％。

11、进一步的，所述的苯乙烯-马来酸酐共聚物、醇羟基单封端长链烷基硅油的摩尔比为1：2-4。

12、任选的，所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯、磷酸三甲苯酯、氯乙烯－酯酸乙烯共聚物中的至少一种。

13、任选的，所述的苯乙烯类增韧剂包括甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。

14、任选的，所述的抗氧剂包括茶多酚、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1h,3h,5h)-三酮中的至少一种。

15、任选的，所述的热稳定剂包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅、二盐基苯二甲酸铅、三盐基马来酸铅、盐基性硅酸铅、硬脂酸铅、水杨酸铅、二盐基邻苯二甲酸铅、碱式碳酸铅、硬脂酸镉、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸铅、硬脂酸锌、二月桂酸二正丁基锡、二月桂酸二正辛基锡中的至少一种。

16、同时，本发明还提供了一种高韧性含硅疏水聚碳酸酯材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

17、s1：将聚碳酸酯树脂、含硅疏水改性剂充分干燥，加入增塑剂、苯乙烯类增韧剂、抗氧剂、热稳定剂，混合均匀；

18、s2：将s1得到的物料加入到挤出机或密炼机中混炼均匀，冷却，再在造粒机或破碎机进行造粒，干燥，得到高韧性含硅疏水聚碳酸酯粒料；

19、s3：将s2得到的高韧性含硅疏水聚碳酸酯粒料通过注塑机注塑成型，得到高韧性含硅疏水聚碳酸酯材料。

20、进一步的，所述的混合为采用高速混合机混合；优选的，所述的高速混合机的转速为500-800rpm，混合温度范围为20-50℃，混合时间为8-15min。

21、任选的，所述的挤出机为双螺杆挤出机，其各区温度范围为220-260℃，螺杆转速为300-500rpm。

22、任选的，所述的注塑机为卧式注塑机，其各区温度范围为250-300℃。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果主要为：

24、(1)本发明采用了具有优良疏水性能的长链硅氧烷结构，提升了疏水改性剂在制品表面的疏水效果，并联用特定的马来酸酐质量含量为20-30％的苯乙烯-马来酸酐共聚物作为疏水改性剂基体，不仅能够与聚碳酸酯基体相容，还能使得疏水改性剂在加工混炼过程中能够在基体中良好的分散，保证疏水改性剂迁移后在基体表面的分布均匀性，并赋予了疏水改性剂在基体中的锚定能力。本发明经过大量实验及测试，通过对原料分子量及结构的筛选优化，同时搭配高流动性聚碳酸酯基体及适量的增塑剂，使得疏水改性剂在加工及使用过程中在制品表面能够很好地富集，发挥优异的疏水性能，改性后聚碳酸酯材料的接触角提升了30-39°，降低了聚碳酸酯材料的表面能，使污渍难以附着，保障了材料良好的使用性能。

25、(2)本发明采用的苯乙烯类增韧剂，不仅能够降低材料制品脆性，增加材料韧性和承载强度，维持材料保有一定的力学强度，并能够与聚碳酸酯基体和疏水改性剂实现相容。制备得到的改性聚碳酸酯材料，不仅具有优异的疏水性能，并且材料的拉伸强度没有产生明显下降，还能显著提高断裂伸长率和冲击韧性。

26、(3)本发明制备的聚碳酸酯疏水改性剂，原料成本低，合成过程简单，具有较强的经济实用价值，应用前景广阔。