聚碳酸酯的改性及其應用

1、（2014-2015學年第一學期）表面材料改性課程論文題目：聚碳酸酯的改性及其應用姓名：學院：材料與紡織工程學院專業(yè)：高分子材料與工程班級：學號：聯(lián)系方式：任課教師：2014年12月28日摘要本文主要介紹了聚碳酸酯的四個改性方向，分別把它作為光學材料、醫(yī)療器械材料、阻燃材料、合金材料及其在這四個方面的應用。關鍵詞：聚碳酸酯光學材料醫(yī)療器械材料阻燃材料合金材料AbstractThisessaymainlyintroducePCfourmodifieddirections,includeopticalmaterial、medicalapparatusandinstrumentsFlame-resi

2、stantmaterial、alloymaterialanddifferentuseinlife.Keyword:PC,opticalmaterial,medicalapparatusandinstruments,Flame-resistantmaterial,alloymaterial刖百聚碳酸酯（PC）是一種通用工程塑料，具有綜合均衡的力學、電氣及耐熱性能，特別以優(yōu)異的沖擊強度和耐蠕變性著稱，透光率高，力學性能好，特別是沖擊韌性在工程塑料中最佳，它的玻璃化轉變溫度高，吸水率低，制品尺寸相當穩(wěn)定，其體積電阻率和介電強度與聚酯薄膜相當，介電損耗角正切僅次于聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）,在1

3、0130e下幾乎不變。由于PC的優(yōu)良性能，現(xiàn)已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料，具制品及其共混（或合金）材料在電子、電器、機械、汽車、紡織、輕工及建筑等行業(yè)獲得了廣泛的應用。目錄摘要2引言7一、光學材料方面71.1. 光盤71.2. 鏡片81.3. 液晶顯示用導光板8二、醫(yī)療器械方面.92.1. 人工透析器和人工心肺容器92.2. 輸血、輸液、注射器92.3. 控制釋放載體102.4. 骨固定材料11三、阻燃材料方面123.1. 鹵系阻燃聚碳酸酯123.2. 含硅阻燃聚碳酸酯143.3. 含硫阻燃聚碳酸酯15四、合金材料方面164.1. PC/ABS合金164.2. PC/PBT合

4、金174.3. PC/PS合金184.4. PC/PET合金185.總結19參考文獻20聚碳酸酯的改性及其應用ThemodificationandapplicationofPC高材121班凌云Polymermaterialandengineering121classLingYun引言聚碳酸酯（PC）是一種無味、無臭、無毒、綜合性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊、耐蠕變性能，較高的抗張強度，較高的耐熱性和耐寒性.優(yōu)良的介電性能.極好的形狀和顏色穩(wěn)定性以及透光性好，可見光的透過率可達90%左右，是五大工程塑料中唯一的透明產(chǎn)品，在汽車、電子電氣、航空航天、計算機光盤、建筑、辦公設備、包裝、運

5、動器材、醫(yī)療保健等領域具有廣泛的應用，開發(fā)利用前景十分廣闊。一、光學材料方面1.1. 光盤聚碳酸酯是一種透明性良好的工程塑料，它對波長在400-750m的可見光有很高的透過率。用作光盤基材應具的性能有信號面可通激光、表面上有傳遞信息J勺針孔和激光導向梢，因此要有優(yōu)異的針孔和溝梢的重現(xiàn)性，聚碳酸酯片材不僅能滿足這些基本要求而且對較寬的光潛都有良好透過率。通常采用注射成型或注射壓縮成型工藝來加工Pc光盤,使光盤片的厚度1.2mm左右。作為光盤材料除了要求高透明性外，在記錄和輸出時使它產(chǎn)生噪聲的雙折射現(xiàn)象要小，為此若Pc和苯乙烯接枝生成的共聚物則有更好的效果。1.2. 鏡片PC用作光學材料，除了它有

6、通用工程塑料中最高的透明性以外，還兼有良好的耐熱、耐沖擊及低吸水性、此PC鏡片在眼鏡鏡片的樹脂化中最早獲得成功。與玻璃鏡片相比，Pc鏡片有質(zhì)輕和光折射率高的優(yōu)點，使鏡片薄化而且安全。PC片材有質(zhì)輕高強之優(yōu)宜作眼鏡鏡片，但要進一步減薄鏡片厚度則要開發(fā)高析光率PC,同時在PC分子鏈內(nèi)要引人硅氧烷基團以提高它的耐擦傷性。防紫外線的PC鏡片中加有能吸收波長400nm以下紫外線的吸收劑。1.3. 液晶顯示用導光板由于液晶顯示同導光板的透鏡結構極其細微，再現(xiàn)其模具的凹凸紋路就需更高流動性的PC。此外還應采用新的絕熱模具技術以確保對設計的凹凸紋路有更好的臨摹復制性液晶顯示和信號機上用作光源的發(fā)光二極管是一種

7、節(jié)能光源，需要一種透過光損失少，耐熱性又高的光擴散材料，它由PC樹脂中加入特種光擴散劑加工而成。:、醫(yī)療器械方面眾所周知，醫(yī)療行業(yè)對產(chǎn)品應用具有苛刻的要求。而聚碳酸酯具有耐高溫和耐沖擊性以及透明美觀的外觀，脂肪族聚碳酸酯則表現(xiàn)出良好的生物相容性、生物降解性和機械加工性能，而且可以通過功能化、共聚和共混等手段調(diào)節(jié)和改變聚碳酸酯的性能，以滿足不同的需求。因此，聚碳酸酯在生物醫(yī)學領域廣闊的應用前景，使其成為了多樣化醫(yī)療應用領域的首選材料。此外聚碳酸酯可采用超高溫蒸汽、高能輻射或環(huán)氧乙烷消毒，也可采用激光鐳射消毒，從而可完全避免其他材料普遍面臨的褪色或變黃問題。2.1. 人工透析器和人工心肺容器用做人

8、工透析器和人工心肺容器的PC樹脂既要透明又能耐消毒蒸汽的熱量或y線的輻照，還應有良好的濕潤性。在y射線照射下不發(fā)黃且不降低它的透明性和機械性能。由此開發(fā)出耐y射線的新型PC樹脂，專門用于電子射線滅菌的透明醫(yī)療器具。2.2. 輸血、輸液、注射器拜耳材料科技開發(fā)了以聚碳酸酯為基礎材料的胰島素注射器、吸入器和微型給藥泵等新型醫(yī)療設備產(chǎn)品。其中，胰島素注射器采用新開發(fā)的生物相容性醫(yī)療級產(chǎn)品聚碳酸酯沒有針頭的新型注射器，在自生高壓的作用下，在不到1秒的時間內(nèi)，將藥物通過皮膚壓入體內(nèi)，患者幾乎沒有痛感。胰島素注射器采用?？寺〖夹gRx2430制成。具備了良好的伽馬輻射滅菌耐受性：經(jīng)過伽馬輻射滅菌之后，依然能

9、夠保持顏色穩(wěn)定性和機械性能。大批量滅菌也成為可能。?？寺x2430樹脂同時融合了良好的機械強度和高流動性。不同于其他Rx醫(yī)療級材料，Rx2430樹脂的優(yōu)勢在于易流動，能充分滿足薄壁應用的需求。止匕外，采用該材料制成的產(chǎn)品還具有玻璃般的透明度，在醫(yī)療過程中可實現(xiàn)可目視監(jiān)控。2.3. 控制釋放載體聚合物包覆藥物或基因，能控制藥物或基因在生物體內(nèi)的釋放速率，起到緩釋的作用，不僅可以減少藥物或基因的劑量，也能降低毒副作用。而且脂肪族聚碳酸酯在生物體內(nèi)完成使命后，可生物降解并排出體內(nèi)，因此在醫(yī)學上得到廣泛的應用。Wang,C.F.;Lin,Y.X.;Jiang,T.;He,F.;Zhuo,R.X等將聚

10、乙烯亞胺（PEI）接枝到聚碳酸酯主鏈上，這類生物可降解聚陽離子可以作為非病毒基因載體。接枝的PEI可以和pDNA形成穩(wěn)定的復合物，主鏈聚碳酸酯降解后釋放出DNA以達到基因治療的效等合成的Chen,W.;Meng,F.H.;Cheng,R.;Zhong,Z.Y.聚乙二醇和聚碳酸酯的兩嵌段共聚物具有酸敏感性，能有效地包載阿霉素和紫杉醇。在酸性條件下(pH<5.0),酸敏感基團會脫落使得疏水的聚碳酸酯變得親水，并釋放出藥物。而在中性條件下，共聚物相對比較穩(wěn)定。這對于需要在腫瘤組織(pH5.0)定點釋放藥物具有重要的應用價值。Kim,S.H.;Tan,J.P.K.;Fukushima,K.;Ne

11、derberg,F.;Yang,Y.Y.;Waymouth,R.M.;Hedrick,J.L等合成了一種溫敏性嵌段聚碳酸酯，該聚碳酸酯形成的膠束能有效地包載紫杉醇。和室溫條件下相比，體溫條件下藥物從膠束中釋放更快。雖然聚碳酸酯是無毒的，但包載紫杉醇的膠束在體溫條件下比室溫下能更有效地殺死人肝癌細胞(HepG2。該聚碳酸酯形成的載藥膠束適合原位注射，能定點釋放抗癌藥物到腫瘤組織。2.4. 骨固定材料金屬合金作為骨固定材料，最大的優(yōu)點是強度大。但是金屬合金與骨的剛性不匹配，會導致骨皮質(zhì)吸收弱化、愈合延遲，腐蝕產(chǎn)生的金屬離子會引發(fā)炎癥反應，取出金屬合金的二次手術增加患者的痛苦。雖然聚乳酸類材料是臨床

12、應用最廣的生物可降解骨固定材料。然而，在聚乳酸降解過程中會釋放出大量的酸性物質(zhì)，導致部分患者出現(xiàn)炎癥和腫脹并發(fā)癥。于是人們期望找到一種降解時不會大量釋放酸性物質(zhì)的生物可降解高分子材料。James,K.;Kohn,J研究了一種以酪氨酸為原料的聚碳酸酯。發(fā)現(xiàn)該碳酸酯具有良好的生物相容性和物理化學性能。用它做骨固定材料比聚乳酸具有更好的機械性能和生物相容性，在體內(nèi)降解6個月后其彎曲模量還有1.4MPa。三、阻燃材料方面表1幾種塑料的氧指數(shù)樹脂名稱氧指數(shù)”PE聚丙烯（PP,1Z4IKJ（丙烯胞/I：烯球乙腌）共聚物IKX聚甲基丙烯酸甲酯1Z3尼龍24326628PC具有自熄性，燃燒時會放出CO2從表1

13、中可以看出其阻燃性能優(yōu)于一般塑料。但是在某些阻燃要求高的場合則需要對其進一步阻燃改性。目前在PC的阻燃改性中，國內(nèi)外最常采用的技術是添加鹵系、磷系阻燃劑，但這會嚴重損害PC材料的沖擊強度和電性能等物理力學性能，同時還會造成環(huán)境污染。隨著環(huán)保和安全法規(guī)的日趨嚴格，無鹵、無磷阻燃技術的研究與開發(fā)十分迫切。因此研究開發(fā)具有優(yōu)良綜合性能的環(huán)保型阻燃PC一直是國內(nèi)外非常重視的課題。3.1. 鹵系阻燃聚碳酸酯PC具有自熄性，其阻燃性能優(yōu)于一般塑料，但仍不能滿足對阻燃性能要求較高或很高的場合，從而在一定程度上限制了它的應用。目前，添加鹵系阻燃劑是PC阻燃改性中最常采用的技術。但歐盟于2002年制定和頒布的R

14、oHS指令（關于在電子電氣設備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令）規(guī)定：從2006年7月1日起，投放于歐盟市場的電子電氣設備不能包含鎘、鉛、汞、六價銘、多澳聯(lián)苯及多澳聯(lián)苯醍6類物質(zhì)。RoHS指令的頒布與實施對鹵系聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大的沖擊。申欣、李偉、王鳳英、劉紹栩、劉建軍等按圖1所示工藝流程制備鹵系阻燃PC材料的標準試樣，其中材料的質(zhì)量配比為PC100份、PE-g-MAH的、抗氧劑0.5份、EBS0.5份、增韌劑3份。P(圖I環(huán)保型阻燃PC材料的制備I：藝流程結果如圖二所示:由圖2可以看出，隨著四澳雙酚A用量的增加，材料的氧指數(shù)不斷增大，但當氧指數(shù)由27%曾加到37幗，再增加四澳雙酚A的用量，材

15、料的氧指數(shù)基本保持不變。實際使用時,四澳雙酚A的質(zhì)量分數(shù)為5%時,PC材料的阻燃性（氧指數(shù)為32%）就可以滿足使用要求。3.2. 含硅阻燃聚碳酸酯傳統(tǒng)的PC阻燃處理中多是添加鹵系阻燃劑，但鹵系阻燃劑在熱裂解和燃燒時生成較多的煙和腐蝕性氣體，污染環(huán)境。含硅化合物以其高效阻燃、低煙無毒、無污染、對塑料的加工性能和物理性能影響甚小等優(yōu)點而成為研究焦點。丁麗萍、宋榮君、李斌等用經(jīng)濟、簡單的方法改性含氫硅油合成PC阻燃劑，添加量較小就可單獨用于阻燃PC,并有較好的阻燃效果。在裝有攪拌器、回流冷凝器的三口燒瓶中依次加入質(zhì)量份數(shù)為3138份的苯酚、20份的含氫硅油（活性氫含量0.18%）,辛酸亞錫011份，

16、甲苯72份，置于65e恒溫油浴中反應3h后升溫到85e繼續(xù)反應3h。取出旋轉蒸發(fā)除去溶劑及小分子化合物，乙醍洗滌產(chǎn)物后烘干得白色固體。將PC在120e鼓風干燥箱中烘干，阻燃劑用粉碎機粉碎后與PC混合均勻，按設計比例在230e轉矩流變儀中共混，根據(jù)實驗要求將混合物在平板硫化機中壓片制成所需要的樣品備用。實驗結果發(fā)現(xiàn)隨阻燃劑含量的增加，阻燃PC的氧指數(shù)和UL-94級別均提高，當阻燃劑質(zhì)量分數(shù)5%寸氧指數(shù)由純PC的26.5%提高到32.5%,UL-94阻燃級別由V-2級提高到V-0級，具有較好的阻燃效果。試驗中發(fā)現(xiàn)硅的添加除在PC燃燒時起到阻燃作用外，還能避免像鹵系、磷系阻燃劑燃燒時那樣發(fā)煙量大、且

17、釋放或分解出有毒物質(zhì)對環(huán)境造成危害的問題。3.3. 含硫阻燃聚碳酸酯近年來發(fā)現(xiàn)，某些多官能團的腐酸酯（如低分子量酚甲醛樹脂與二氯腐酰氯反應生成的多環(huán)腐酸酯）可與PC交聯(lián)形成熱固性的含磷阻燃PQ后者的Tg可提高至200c以上，成炭率增至45%阻燃性明顯改善（當多環(huán)腐酸酯用量為5%寸）。作為PC的含硫阻燃劑，研究比較充分的是下述三種磺酸鹽二節(jié):甲諷改葭版(KSS一京節(jié)基瞋因雷STBOHSOKIIO全窺丁基磺液鉀(PPIBS)實驗發(fā)現(xiàn)：1 .硫能促進PC的異構化，并釋放出CO邪H2Q它們可稀釋燃燒產(chǎn)物。更重要的是，這種異構化能加速PC的交聯(lián)和成炭，而這是有助于阻燃的。2 .含硫的PC燃燒時，其燃燒表

18、面的下層材料在較長時間內(nèi)仍能維持較低溫度；而在同樣條件下，不含硫的PC則在短時間內(nèi)即有較高的溫開。這可能是阻燃PC在燃燒時表面形成了隔熱炭層之故。顯然，這種炭層能有效提高材料的阻燃性。結論：含硫化合物（磺酸鹽、磺酰胺鹽或二者的復配物，或其與聚硅氧烷的復配物）對PC的阻燃效率極高，通常只需1%以下的添加量，即可制得氧指數(shù)達35%40%UL94V0級的阻燃PG四、合金材料方面目前全球聚碳酸醋應用已向高功能化、專用化方向發(fā)展，即聚碳酸醋樹脂的發(fā)展方向為：合金化、高功能化、專用化、系列化。據(jù)有關專家預測，未來國內(nèi)聚碳酸醋需求增長最快的領域將是聚碳酸醋共混合金類復合材料，其中汽車工業(yè)將是主要拉動力。聚碳

19、酸酯成為國內(nèi)工程塑料消費增長最快的品種，得益于PC/ABS合金的高速增長。盡管PC具有許多優(yōu)異性能，然而由于PC分子鏈的高剛性和大的空間阻位使其具有較高的熔體粘度，因此加工困難，易開裂，耐溶劑性和耐磨損性較差，因此對PC改性研究成為PC應用研究最重要的課題，目前聚合物合金化成為PC改性重要途徑。4.1. PC/ABS合金聚碳酸酯與ABS共混物，一方面可以提高ABS的耐熱性、抗沖擊和拉伸強度，另一方面可以降低聚碳酸酯成本和熔體粘度，改善加工性能，減少制品內(nèi)應力和沖擊強度對制品厚度的敏感性。聚碳酸酯/ABS合金新品種有阻燃、玻纖增強、電鍍、耐紫外線等。主要用于汽車工業(yè)、計算機、復印機和電子電氣部件

20、等。我國近年來也開始一定研究和生產(chǎn)，如上海杰事杰公司的PC/ABS合金材料已應用于汽車裝飾件、燈殼和耐熱電器殼體。中科院長春應用化學所開發(fā)的高耐熱、高耐熱高抗沖、高耐熱阻燃三個品級的PC/AB蛤金材料已被國內(nèi)數(shù)家汽車制造公司使用，用做前裝飾板、儀表板及物品箱蓋專用料等。4.2. PC/PBT合金PBT具有優(yōu)異的力學性能、耐化學腐蝕及易成型等特點，將PBT與聚碳酸酯共混，可以提高聚碳酸酯流動性、改善加工性和耐化學藥品性。用與聚碳酸酯折光率相近的玻璃纖維增強聚碳酸酯/PBT,不但體系綜合性能優(yōu)良，而且具有很好的透明性，可以替代玻璃材料。由于PBT是結晶聚合物，與PC共混時易發(fā)生相分離，界面粘結不好

21、，因而其沖擊韌性不理想，通常加人一定量彈性體以提高共混物的沖擊強度。目前國外聚碳酸酯/PBT合金產(chǎn)品主要用于汽車保險杠、包裝薄膜材料、汽車底座和座位等。國內(nèi)研究則剛剛起步。4.3. PC/PS合金由于大分子結構的差異，PC與PS不會有很好的相容性。所以加入增容劑有助于提高倆者的相容性，這種材料適合于用來制作光盤。相容劑的種類大多是苯乙烯的接枝聚合物，LeeS,ParkO等將接枝聚合物PC-g-PS作為相容劑加入到PC/PS體系中，改善了PGPS兩相的相容性；提高共混體系的沖擊強度，同時提高了共混體系的拉伸強度和彎曲強度；并且表面硬度和耐溶劑開裂能力較純PC有了很大的提高。PS加入到PC中可以使

22、共混體系的粘流活化能降低，改善PC加工時對溫度的依賴性。由于PS價格大大低于PC,PC/PS共混能起到改性和降低成本兼得的效果。4.4. PC/PET合金PET具有較好的力學性能和耐化學藥品性，PC/PET既有PC的剛性和耐熱性，又有PET的耐溶齊肝生,且PET的加人也能改善PC的力口工流動性。MolinuevoCH,MendezGA,MullerAJI等采用雙螺桿擠出機以不同的螺桿轉速分別制備出PET粗/細分散的共混物；并比較了兩種PC/PET共混物的成核作用及結晶過程。結果表明，PET分散微粒越小，對PET結晶抑制作用越明顯。潛在的應用領域是PC光盤廢料和PET廢料的回收與利用。信息產(chǎn)業(yè)的

23、高速發(fā)展必然消耗更多的PC;隨之而來的PC光盤廢料處理是一個不可回避的問題；目前PET在包裝行業(yè)的廣泛使用迫使人們考慮它的回收利用。PC/PET共混物具有單組分不具備的優(yōu)異性能，在很多場合可使用這種再生料，對于節(jié)約能源、有效利用石油資源、保護環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實意義。5.總結綜上所述，PC的改性在多種領域有著其豐富的應用，在光學材料方面通過PC的改性可作為光盤、鏡片、液晶顯示用導光板等，然而其在PC透光率方面仍需做出較多的努力和改善；在醫(yī)療器械方面通過PC的改性可作為人工透析器和人工心肺容器、輸血、輸液、注射器、控制釋放載體、骨固定材料等，可見PC在醫(yī)療方面的應用多種多樣，PC作為一類生物醫(yī)

24、用高分子材料對其要求是相當苛刻的，如材料的降解速率及機理、血液相容性和組織相容性、毒性、機械性能、熱性能、加工性等諸多問題都必須考慮。因此，對于醫(yī)用聚碳酸酯的研究任重而道遠；在阻燃材料方面有鹵系、含硅型、含硫型聚碳酸酯，在可持續(xù)發(fā)展的今天，對阻燃材料的環(huán)保要求也越來越高，所以開發(fā)一種具有優(yōu)異阻燃性能且環(huán)保的PC是一件刻不容緩的事情；在合金方面有PC/ABS合金、PC/PBT合金、PC/PS合金、PC/PET合金等多種合金，由于其優(yōu)秀的性能，在汽車制造、電子電氣、光學存儲（光盤基材）、建筑建材、航空航天、辦公設備、包裝、運動器材、醫(yī)療保健等領域有著廣泛的應用，但其在合金化、高功能化、專用化、系列化仍需多加探索參考文獻1閆華，劉吉平.聚碳酸酯合金的研究現(xiàn)狀J.塑料工業(yè)，2004,(6