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1. WO2020113888 - POLYCARBONATE MATERIAL FOR SELECTIVELY SHIELDING NEAR-INFRARED RAYS, PREPARATION METHOD THEREFOR, AND USE THEREOF

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

说明书

发明名称 : 一种选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001]
本发明属于屏蔽近红外线材料技术领域,特别涉及一种选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002]
红外线是一种高效的信号传播媒介和热辐射传播媒介,其电磁波波长范围在770nm-1000μm之间。红外线可以分为三个波段:780-1500nm为近红外区,1500-6000nm为中红外区,6000nm-10000mm为远红外区。其中太阳光中的热量主要是通过近红外区的电磁波进行传播。因此,制备一种具有高效选择性的近红外线屏蔽材料在电磁信号屏蔽和隔热等领域具有重要的应用价值。
[0003]
CN101553525A公开了一种红外透射热塑性组合物,主要涉及一种能够选择性透过红外线,但是对可见光和紫外线部分有选择性屏蔽左右的聚碳酸酯及其复合材料。该材料主要应用于信号传播媒介。
[0004]
CN102746781A公开了一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料。该材料选择过渡金属氧化物作为红外线的屏蔽试剂制作全屏蔽红外线涂料。产品的制备和应用过程比较复杂,且材料物理力学性能无法保证,限制了其大范围的应用。
[0005]
发明内容
[0006]
为了克服上述现有技术的缺点与不足,本发明的首要目的在于提供一种选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料。本发明材料配方更简单,选择性高,加工性能优异,物理力学性能均衡,其在信号屏蔽和隔热等领域具有潜在的应用。
[0007]
本发明另一目的在于提供一种上述选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料的制备方法。
[0008]
本发明再一目的在于提供上述选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料在电子电器、航空航天、交通运输、工业控制等领域中的应用。
[0009]
本发明的目的通过下述方案实现:
[0010]
一种选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,包含以下质量百分数的组分:聚碳酸酯基材77.5~91.6%;红外线屏蔽试剂8~20%;协效剂0.1~0.5%;光稳定剂0.1~1%;抗氧剂0.1~0.5%;加工助剂0.1~0.5%。
[0011]
本发明所述的红外线屏蔽试剂为包括掺杂的稀土金属氧化物与磷酸酯类载体的非均相分散体;具体的,掺杂的稀土金属氧化物为包括三氧化二铟(In 2O 3)、二氧化锡(SnO 2)与三氧化二锑(Sb 2O 3)的混合物。
[0012]
更具体的,掺杂的稀土金属氧化物中,三氧化二铟(In 2O 3)、二氧化锡(SnO 2)与三氧化二锑(Sb 2O 3)的质量比为5~20:50~90:5~20,更优选为10:80:10。
[0013]
本发明所述的红外线屏蔽试剂中,掺杂的稀土金属氧化物的含量为1~5wt%,其中最优选为3wt%。
[0014]
本发明所述的红外线屏蔽试剂,可通过包括以下方法制备得到:将包括三氧化二铟(In 2O 3)、二氧化锡(SnO 2)与三氧化二锑(Sb 2O 3)的稀土金属氧化物混合研磨,80~100℃下在高速搅拌下分散于磷酸酯类载体中。
[0015]
本发明的红外线屏蔽试剂的添加量更优选为8~20wt%,其中最优化选择为14wt%。
[0016]
本发明所述的聚碳酸酯基材为具有优异抗冲击性能的中等粘度双酚A型聚碳酸酯材料,熔体质量流动指数为8~12g/10min。
[0017]
本发明所述的协效剂为纳米金属氧化物,可包括氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO)等,其中优选为氧化锌(ZnO)。
[0018]
本发明所属的协效剂(ZnO)的推荐添加量为0.1~0.5wt%,其中优选为0.2wt%。
[0019]
本发明所述的光稳定剂为苯并三嗪类光稳定剂,其中优选为UV1164,化学名为:2-(4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚。
[0020]
本发明所述的光稳定剂的添加量最优选为0.2wt%。
[0021]
本发明所述的抗氧剂优选为亚膦酸酯类抗氧剂,更优选为亚膦酸酯类抗氧剂S9228,其添加量优选为0.2wt%。
[0022]
本发明所述的加工助剂优选为季戊四醇硬脂酸酯,其添加量优选为0.2wt%。
[0023]
本发明还提供一种上述选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料的制备方法,将各组分混合后通过双螺杆挤出机挤出造粒得到。
[0024]
具体可包括以下步骤:
[0025]
(1)将包括三氧化二铟(In 2O 3)、二氧化锡(SnO 2)与三氧化二锑(Sb 2O 3)的稀土金属氧化物混合研磨,80~100℃下在高速搅拌下分散于磷酸酯类载体中,得到红外线屏蔽试剂待用;
[0026]
(2)聚碳酸酯基材、协效剂、抗氧剂、光稳定剂和加工助剂混合后加入双螺杆挤出机中,控制挤出机各加热段的温度在230~260℃,主机的螺杆转速为250~330rpm,料斗进料螺杆的转速为24~35rpm;
[0027]
(3)把红外线屏蔽试剂在80~100℃下经双螺杆挤出机的排气口加入,共混熔融挤出,冷却,风干后切粒,得到选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料。
[0028]
本发明的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料具有对近红外线选择性屏蔽,加工性能优良等特点,且加工性能良好,具有均衡的物理力学性能,可应用于电子电器、航空航天、交通运输、工业控制等领域中,特别是一些需要信号屏蔽和隔热的领域。
[0029]
本发明的机理为:
[0030]
本发明的聚碳酸酯材料具有能够选择性屏蔽近红外线,但是对远红外线和可见光能够选择性透过的特性,且具有良好的刚韧平衡性能。本发明选择双酚A型聚碳酸酯作为树脂基材,保证了所得到材料的优异物理力学性能和抗低温冲击性能,从而保证了材料在严酷应用条件下的应用性。本发明选择双螺杆熔融共混工艺制作具有选择性近红外屏蔽性能的聚碳酸酯复合材料保证了材料的加工方便性和连续化生产能力。本发明的红外线屏蔽试剂的预分散工艺保证了稀土金属氧化物的加工稳定性和分散能力。

具体实施方式

[0031]
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
[0032]
下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。
[0033]
下列实施例中的加工方法为:将聚碳酸酯基材、协效剂、抗氧剂、光稳定剂和加工助剂按配方称量好,加入到高速搅拌机中搅拌10min,然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为36:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中,设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为(共六区):230℃,240℃,245℃,255℃,260℃,260℃,主机的螺杆转速为300rpm,料斗进料螺杆的转速为28rpm;把红外线屏蔽试剂在80~100℃下经双螺杆挤出机的排气口加入,进而将物料共混熔融挤出;上述样条经过水槽冷却,风干后进入切粒机进行切粒,注塑,得到可选择性屏蔽近红外线的制品。
[0034]
材料的熔体流动指数按照ISO1183进行,测试条件是300摄氏度,1.2公斤载荷;简支梁冲击强度按ISO179进行,试样尺寸80×6×4mm,缺口深度为试样厚度的三分之一;材料的低温冲击性能采用三箱式低温冲击箱测试;可见光和红外线的穿透率的测定采用制备3cm×3cm的正方形注塑样板,通过PE-lambda950型紫外-可见-红外分光光度计测试(UV-Vis-IR)。
[0035]
对比例1
[0036]
聚碳酸酯99.4wt%,抗氧剂0.2wt%,润滑剂0.2wt%,光稳定剂0.2wt%。
[0037]
测试结果表明:熔体质量流动指数:12g/10min;缺口冲击强度测试:67KJ/m 2;阻燃测试:可见光透过率:88%;近红外线(1000nm)透过率:90%,远红外线透过率(1500nm):90%。
[0038]
对比例2
[0039]
98.3wt%的聚碳酸酯(PC),0.42wt%的红外线屏蔽试剂(In 2O 3/SnO 2/Sb 2O 3=1/8/1,不含磷酸酯载体),0.2wt%的协效剂(ZnO),0.3wt%的光稳定剂(UV1164),0.2wt%的抗氧剂(S9228),0.3wt%的加工助剂(PETS)。 所有材料通过主喂料口加入挤出机挤出造粒。
[0040]
测试结果表明:熔体质量流动指数:32g/10min;缺口冲击强度测试:10KJ/m 2;可见光透过率:5%;近红外线透过率(1000nm):25%;远红外线透过率(1500nm):90%。
[0041]
实施例1
[0042]
91.2wt%的聚碳酸酯(PC),8wt%的红外线屏蔽试剂(In 2O 3/SnO 2/Sb 2O 3=1/8/1,掺杂量为3wt%),0.2wt%的协效剂(ZnO),0.2wt%的光稳定剂(UV1164),0.2wt%的抗氧剂(S9228),0.2wt%的加工助剂(PETS)。
[0043]
测试结果表明:熔体质量流动指数:32g/10min;缺口冲击强度测试:64KJ/m 2;可见光透过率:5%;近红外线透过率(1000nm):5%;远红外线透过率(1500nm):90%。
[0044]
实施例2
[0045]
79.2wt%的聚碳酸酯(PC),20wt%的红外线屏蔽试剂(In 2O 3/SnO 2/Sb 2O 3=1/8/1,掺杂量为3wt%),0.2wt%的协效剂(ZnO),0.2wt%的光稳定剂(UV1164),0.2wt%的抗氧剂(S9228),0.2wt%的加工助剂(PETS)。
[0046]
熔体质量流动指数:28g/10min;;缺口冲击强度测试:64KJ/m 2;可见光透过率:1%;近红外线透过率(1000nm):2%;远红外线透过率(1500nm):90%。
[0047]
实施例3
[0048]
85.2wt%的聚碳酸酯(PC),14wt%的红外线屏蔽试剂(In 2O 3/SnO 2/Sb 2O 3=1/8/1,掺杂量为3wt%),0.2wt%的协效剂(ZnO),0.2wt%的光稳定剂(UV1164),0.2wt%的抗氧剂(S9228),0.2wt%的加工助剂(PETS)。
[0049]
熔体质量流动指数:28g/10min;;缺口冲击强度测试:64KJ/m 2;可见光透过率:4%;近红外线透过率(1000nm):3%;远红外线透过率(1500nm):90%。
[0050]
实施例4
[0051]
88.2wt%的聚碳酸酯(PC),14wt%的红外线屏蔽试剂(In 2O 3/SnO 2/Sb 2O 3=1/8/1,掺杂量为3wt%),0.1wt%的协效剂(ZnO),0.3wt%的光稳定剂(UV1164),0.2wt%的抗氧剂(S9228),0.3wt%的加工助剂(PETS)。
[0052]
熔体质量流动指数:35g/10min;;缺口冲击强度测试:12KJ/m 2;可见光透过率:8%;近红外线透过率(1000nm):7%;远红外线透过率(1500nm):90%。
[0053]
实施例5
[0054]
85.2wt%的聚碳酸酯(PC),14wt%的红外线屏蔽试剂(In 2O 3/SnO 2/Sb 2O 3=0.5/9/0.5,掺杂量为3wt%),0.2wt%的协效剂(ZnO),0.3wt%的光稳定剂(UV1164),0.2wt%的抗氧剂(S9228),0.3wt%的加工助剂(PETS)。
[0055]
熔体质量流动指数:35g/10min;;缺口冲击强度测试:12KJ/m 2;可见光透过率:6%;近红外线透过率(1000nm):6%;远红外线透过率(1500nm):90%。
[0056]
实施例6
[0057]
85.2wt%的聚碳酸酯(PC),14wt%的红外线屏蔽试剂(In 2O 3/SnO 2/Sb 2O 3=2/6/2,掺杂量为3wt%),0.2wt%的协效剂(ZnO),0.3wt%的光稳定剂(UV1164),0.2wt%的抗氧剂(S9228),0.3wt%的加工助剂(PETS)。
[0058]
熔体质量流动指数:35g/10min;;缺口冲击强度测试:12KJ/m 2;可见光透过率:1%;近红外线透过率(1000nm):7%;远红外线透过率(1500nm):90%。
[0059]
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,其特征在于包含以下质量百分数的组分:聚碳酸酯基材83~98.5%;红外线屏蔽试剂1.1~14%;协效剂0.1~1%;光稳定剂0.1~1%;抗氧剂0.1~0.5%;加工助剂0.1~0.5%; 所述的红外线屏蔽试剂为包括掺杂的稀土金属氧化物与磷酸酯类载体的非均相分散体;掺杂的稀土金属氧化物为包括三氧化二铟、二氧化锡与三氧化二锑的混合物。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,其特征在于:所述掺杂的稀土金属氧化物中,三氧化二铟、二氧化锡与三氧化二锑的质量比为5~20:50~90:5~20。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,其特征在于:所述的红外线屏蔽试剂中,掺杂的稀土金属氧化物的含量为1~5wt%。
[权利要求 4]
根据权利要求1所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,其特征在于:所述的红外线屏蔽试剂,通过包括以下方法制备得到:将包括三氧化二铟、二氧化锡与三氧化二锑的稀土金属氧化物混合研磨,80~100℃下在高速搅拌下分散于磷酸酯类载体中。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,其特征在于:所述红外线屏蔽试剂的添加量为8~10wt%。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,其特征在于:所述的聚碳酸酯基材为中等粘度双酚A型聚碳酸酯材料,熔体质量流动指数为8~12g/10min。
[权利要求 7]
根据权利要求1所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料,其特征在于:所述的协效剂为纳米金属氧化物;所述的光稳定剂为苯并三嗪类光稳定剂;所述的抗氧剂为亚膦酸酯类抗氧剂;所述的加工助剂为季戊四醇硬脂酸酯。
[权利要求 8]
一种权利要求1~7任一项所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料的制备方法,其特征在于将各组分混合后通过双螺杆挤出机挤出造粒得到。
[权利要求 9]
根据权利要求8所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料的制备方 法,其特征在于具体包括以下步骤: (1)将包括三氧化二铟、二氧化锡与三氧化二锑的稀土金属氧化物混合研磨,80~100℃下在高速搅拌下分散于磷酸酯类载体中,得到红外线屏蔽试剂待用; (2)聚碳酸酯基材、协效剂、抗氧剂、光稳定剂和加工助剂混合后加入双螺杆挤出机中,控制挤出机各加热段的温度在230~260℃,主机的螺杆转速为250~330rpm,料斗进料螺杆的转速为24~35rpm; (3)把红外线屏蔽试剂在80~100℃下经双螺杆挤出机的排气口加入,共混熔融挤出,冷却,风干后切粒,得到选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料。
[权利要求 10]
权利要求1~7任一项所述的选择性屏蔽近红外线的聚碳酸酯材料在电子电器、航空航天、交通运输、工业控制领域中的应用。