一种PC/PET合金材料、制备方法及其应用与流程

本发明涉及高分子材料，特别是涉及一种pc/pet合金材料、制备方法及其应用。

背景技术：

1、聚碳酸酯（pc）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）是应用广泛的工程塑料。pc作为无定形的透明材料，具有抗冲击强度优异、耐热性和尺寸稳定性良好等特点，但pc具有熔体粘度高加工流动性差、对缺口敏感、不耐油和溶剂等缺点。pet作为半结晶型材料，具备良好的耐溶剂性和加工流动性，易于成型，但耐热性能较差，抗冲击强度低。pc/pet合金材料具有单组份所没有的优异性能，能够有效改善pc加工流动性差、不耐应力开裂和不耐溶剂的问题，提高pet冲击强度和耐老化性的同时降低了pc成本。

2、pc和pet具有一定相容性，但由于pc和pet结晶性能差异巨大、反应条件不同、共混过程中酯交换反应程度差异等原因，导致pc/pet合金材料的相容性不佳，从而影响合金材料的综合性能。

3、中国专利cn114196169a公开了一种pc/pet复合材料及其制备方法，其中包括pc、pet、无机功能材料、增韧剂、抗氧剂、偶联剂和分散润滑剂；该专利通过添加无机功能材料改善其机械强度和耐高温性能，但其会使材料的相容性变差，因此缺口冲击强度仅为38-55kj/m2，强度不高，实际应用中综合性能不佳。中国专利cn104725810a公开了一种增韧改性pc/pet合金及其制备方法，其中包括pc、pet、增韧剂、增强剂、相容剂、光稳定剂、抗氧剂、季戊四醇硬脂酸醋，其中没有考虑到酯交换反应带来的影响，长周期的实际应用中会出现性能缺陷。

4、因此，为提高pc/pet的相容性及韧性，寻找合适的增容体系以获得综合力学性能优异的共混合金，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种pc/pet合金材料，用于解决现有技术中pc/pet的相容性差、综合性能不佳的问题，同时，本发明还将提供pc/pet合金材料的制备方法；此外，本发明还将提供pc/pet合金材料的应用。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种pc/pet合金材料，包括以下质量份数的原料：

4、

5、进一步的，所述双功能化纳米纤维素是通过羧基和氨基功能化处理，在纳米纤维素上引入氨基（-nh2）和羧基（-cooh）官能团。其中，氨基可以和pet中的酯基通过氢键相互作用，而羧基可以和pc中的碳酸酯基团形成氢键或其他相互作用，使得双功能化纳米纤维素可以充当媒介增强pc与pet的相互作用，形成稳定的网络结构，从而有效提高pc与pet的相容性和材料整体性能。

6、纳米纤维素是由天然纤维素通过物理、化学或生物学方法加工而成的高性能纳米材料，其具有高比表面积、高强度、良好的生物降解性和低密度的优点。进一步的，所述纳米纤维素包括纤维素纳米晶体（cnc）、纤维素纳米纤丝（cnf）、细菌纤维素（bc）、tempo-氧化纤维素纳米纤丝（tocnf）中的至少一种。

7、更进一步的，所述双功能化纳米纤维素由以下制备方法得到：

8、（1）羧基功能化处理

9、将纳米纤维素均匀分散在溶剂中，加热至反应温度，依次加入催化剂和羧基化试剂，在反应温度下搅拌反应一段时间，反应结束后，经冷却、过滤、洗涤、干燥，得到羧基化纳米纤维素；

10、（2）氨基功能化处理

11、将上述得到的羧基化纳米纤维素均匀分散在溶剂中，加热至反应温度，然后加入氨基化试剂，在惰性气氛下搅拌反应一段时间，反应结束后，经冷却、过滤、洗涤、干燥，得到所述双功能化纳米纤维素。

12、在步骤（1）中，羧基化试剂包括单氯乙酸（mca）；

13、催化剂包括碳酸钠或碳酸氢钠；

14、溶剂包括水或无水乙醇；

15、羧基功能化处理的反应温度为80-100℃；

16、羧基功能化处理的反应时间为3-5h。

17、在步骤（2）中，氨基化试剂包括乙二胺（eda）或乙烯胺；

18、溶剂包括无水乙醇或二甲基甲酰胺（dmf）；

19、氨基功能化处理的反应温度为60-80℃；

20、氨基功能化处理的反应时间为4-6h。

21、在双功能化纳米纤维素的制备过程中，优先进行羧基功能化处理，一方面，羧基化反应更加温和，且能在纳米纤维素表面形成更多的活性点，便于后续引入氨基；另一方面，在pc/pet合金材料中，pc的量远高于pet，先进行羧基化反应可以得到引入更多的羧基，增加与pc的结合位点，形成更加完善的网络结构，相容性更好，合金材料的结构强度更高。

22、进一步的，由于树脂基体的熔融指数会影响材料的综合性能，当熔指过低，则树脂基体的黏度大，不易于加工成型；当熔指过高，则树脂基体的黏度小，会影响材料的耐热稳定性和力学性能。

23、优选的，所述pc在300℃/1.2kg条件下的熔融指数为8-20g/10min；更为优选的，所述pc在300℃/1.2kg条件下的熔融指数为9-11g/10min。

24、优选的，所述pet在270℃/1.2kg条件下的熔融指数为10-35g/10min；更为优选的，所述pet在270℃/1.2kg条件下的熔融指数为10-20g/10min。

25、进一步的，所述增韧相容剂选自甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（mbs）、乙烯-丙烯睛-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（sag）、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝三元乙丙橡胶（epdm-g-gma）、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（sbg）中的至少一种。

26、进一步的，所述酯交换抑制剂选自磷酸酯类酯交换抑制剂。优选的，所述酯交换抑制剂选用市售ax-71。

27、进一步的，所述加工助剂包括抗氧剂和黑色色母粒。

28、更进一步的，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；

29、其中，所述受阻酚类抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂1076中的任意一种；

30、所述亚磷酸酯类抗氧剂为主氧化剂与辅助氧化剂复配所得的抗氧剂，所述主氧化剂为tpp、抗氧剂168、抗氧剂626中的任意一种，所述辅助氧化剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂1076中的任意一种。

31、更进一步的，所述黑色色母粒中的炭黑含量为35-55%。

32、本发明的第二方面，提供一种pc/pet合金材料的制备方法，包括以下步骤：

33、s1、将pc和pet分别在鼓风干燥机中干燥，待用；

34、s2、按比例称取pc、pet、双功能化纳米纤维素、增韧相容剂、酯交换抑制剂和加工助剂，并将其投入高速混合机中混合均匀，得到预混料；

35、s3、将步骤s2得到的预混料加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，再经拉条、冷却、风干、切粒、干燥后，得到所述的pc/pet合金材料。

36、在步骤s1中，将pc在120℃-130℃下的鼓风干燥机中干燥4-6小时，pet在130℃-150℃下的鼓风干燥机中干燥4-6小时。

37、在步骤s2中，混合时间为5-10min。

38、在步骤s3中，所述双螺杆挤出机在加工时的各区温度为230-260℃，螺杆转速为300-600 r/min。

39、本发明的第三方面，提供一种pc/pet合金材料的应用，将所述pc/pet合金材料用于制备汽车用格栅。

40、本发明的pc/pet合金材料具有高强度和高韧性，仅添加少量的双功能化纳米纤维素、增韧相容剂、酯交换抑制剂的情况下，能够很好地改善pc/pet合金材料的相容性，提高其抗开裂性、耐冲击性、耐老性和热稳定性，尤其适用于汽车配件中对于形状稳定性要求极高的零部件，如格栅、尾翼、前后保险杠等。

41、如上所述，本发明的一种pc/pet合金材料、制备方法及其应用，具有以下有益效果：

42、1、本发明向pc/pet合金材料中引入双功能化纳米纤维素，该双功能化纳米纤维素上的羧基和氨基可以分别与pc、pet产生相互作用，形成稳定的网络结构，从而有效提高pc与pet的相容性和材料的整体性能；另外，该双功能化纳米纤维素作为pc与pet的中间媒介，可以一定程度阻止两者之间发生酯交换，从而保证合金材料的性能稳定性，提高耐久性。

43、2、由于树脂基体的熔融指数的高低会影响材料的综合性能，本发明分别严格控制pc和pet的熔融指数，使树脂的粘度适中，易于加工，又能保证材料的高耐热性、韧性等。

44、3、本发明的制备方法步骤简单，工艺难度低，便于操作；此外，添加剂的用量小、成本低，可以降低合金材料的生产成本，有一定经济优势。