应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法

专利名称：应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法
技术领域：
本发明涉及一种聚碳酸酯PC-聚苯乙烯PS共混物的制备方法及其应用，尤其是一种采用
溶胶一凝胶法制备pc/ps共混物以及纳米Ticysi02粉体共混合金制作车窗玻璃的方法。
背景技术：
由于PC的突出性能，汽车用透明材料不再是传统的石英玻璃和有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲 酯)的专有领域，随着汽车性能的提高，对透明材料的要求也变得越来越苛刻，PC材料将逐渐
占据汽车车窗玻璃的市场已是大势所趋。
英国剑桥TWI公司推出的Viresyn是一种采用传统浸涂、浇涂和喷涂工艺成型的低粘度液 体，在室温下用UV光固化，形成耐擦伤的表面涂层，其特点是无需底层，和聚碳酸酯粘接强度 高，涂层无孔洞。改性后的聚碳酸酯经Taber试验1000次,其雾度增加为3呢 4鬼。DSM工程塑料 公司采用特别开发的本体聚合ABS,开发出了新一代的Xantar PC/ABS合金。Xantar C不仅流动 性和冲击性能有所改进，且纯度、稳定性和自然色度也更高。表面的外观性能好，稳定性更 高，长期耐老化性能改善，对紫外线的稳定性也大大提高，耐环境应力开裂性明显改进。
美国麻萨诸塞州PittSf ield的GE高性能材料(GEAM)公司成功推出了2种工业化聚碳酸酯 (PC)汽车窗用玻璃产品，特点为光透过率高,车内积聚热小，没有涂料层或共挤出层。Lexan ExellSolar Control IR板是单壁型产品，Lexan Ther腦lear Solar Control IR是多壁 (multiwall)型产品,据GEAM公司称，与一般竞争的汽车窗用玻璃材料相比，在室内和其他环境 中，新型汽车的车内积聚热低40%，透光率高60%。这是目前为止市场上首次可见的具有如此优 良性能的透明PC汽车窗用玻璃。
中国通用电气塑料业务部推出一种新型透明聚合物一Clear LEXAN"R EXL树脂。在原有PC 的基础上加入硅酮这一突破性的产品，采用的技术既保留了PC树脂的优点，又提高了其坚韧 性。该产品被视为"新的改良型"LEXAN型树脂。其优点在于提高了抗冲击力、机械加工性能 以及较强的承受紫外线等多种气候条件的能力。同时，将低温抗冲击强度以及极低温可延展 性所能承受的温度降至-4(TC，也为车窗的生产提供了性能优良的原料。
上述现有公开的文献采用涂层的工艺或者共混的方法，使车窗玻璃满足耐磨、透明、耐 光的性能。其制备工艺的方法值得借鉴与思考。
本发明基于上述现有技术以及有机高分子材料易加工和无机纳米粉体的高刚性、高强度 及多种功能等特性，而且能够应用于车窗玻璃行业的诸多优点，针对聚碳酸酯/聚苯乙烯共混 物以及纳米复合材料的制备方法及其应用，进行了研究、实验和改进，以制备新型玻璃替代传统玻璃，满足现代交通运输业的装备轻量化，实现节能减排的目的。

发明内容
本发明的目的是提供一种应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法，以解决 聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物应用于制作车窗玻璃的耐紫外光性，耐磨性以及耐候性的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案采用溶胶-凝胶法。先将聚碳酸酯与聚苯乙烯颗粒 混合均匀，在磁力搅拌下依次加入四氢呋喃、正硅酸乙酯TEOS溶液，再量取加入丙酮去离子 水混合溶液，得到的PC/PS纳米共混物与经过表面包覆改性的纳米Ti(VSi02粉体复合，采用 注射成型工艺方法,制得聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃。
本发明应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法，包括采用溶胶-凝胶法制 备PC/PS共混物的制备方法，纳米Ti02/Si02粉体的制备方法，注塑成型车窗玻璃的工艺方法， 其具体的工艺方法按质量百分比计，按下列步骤进行 (1)聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备
首先，将PC、 PS按照100:3 100:15的比例混合，溶解于四氢呋喃中，然后在加热回流 下搅拌，温度控制在45 55t:之间，其中，四氢呋喃PC = 6:1 8:1;其次，将正硅酸乙酯 TEOS加入溶解液中，控制质量百分比Si(kPC = 1:100 5:100，搅拌10 20min，再向溶解 液中逐滴加入pH值为2.0的丙酮去离子水混合溶液，其中，丙酮:PO3:100 5:100，去离子 水:PO2:250 4:250，回流搅拌2 2. 5h，得到PC/PS凝胶；最后，待凝胶熟化后脱除溶剂， 在12(TC下烘干2 3h，制得PC/PS/Si02纳米复合材料；
(2) 纳米Ti(ySi02粉体的制备
① TE0S水解包覆纳米Ti02
首先，将纳米Ti02、去离子水按照3:100 6:100的比例混合，超声振荡20 30min;其 次，在搅拌下滴加经超声波处理的TEOS水溶液，控制质量百分比Si02/Ti02 = 1/1;然后加 入质量分数为25%的氨水做催化剂，其中，氨水:纳米Ti02=l:l 3:l，搅拌4 4.5h，得到 Si02包覆的纳米Ti02浆液；最后，将浆液过滤、洗涤、干燥，研磨，制得Si02包覆的纳米Ti02 粉体；
② 氨基硅垸偶联剂表面改性Ti02/Si02纳米复合粉体
首先，将Ti02/Si02纳米复合粉体、去离子水按照3:100 6:100的比例混合均匀，超声 振荡20 30min;其次，将氨基硅烷偶联剂加入浆液中，其中，氨基硅垸偶联剂:PCW. 1:100 5:100，在70 80'C下搅拌2 2. 5h，得到经过氨基硅烷偶联剂表面改性的纳米Ti02/Si0jg 液；最后，将浆液过滤、洗涤、干燥，研磨，制得改性的Ti(VSi02纳米复合粉体；
(3) 将上述步骤(1)制得PC/PS/Si02纳米复合材料和上述步骤(2)制得改性的Ti(VSi02纳米复
5说
合粉体共混用于制作车窗玻璃，其具体工艺方法如下
首先，将纳米Ti02/Si02粉体和聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物按照质量百分比0. 5 5%的比例 混合均匀，进行干燥，干燥料层厚度〈30mm，干燥温度为80 12(TC，干燥水分含量<0. 01%, 干燥时间为4 6h;其次，按聚碳酸酯的总量100份计，聚碳酸酯100份、聚苯乙烯6 8份、 纳米Ti(VSi02粉体0.5 5份、PC-g-PS 5 20份、液体石蜡0. 5 1. 2份，加入干燥后的混 合物中，混合均匀，造粒；第三，将干燥后的粒料加入注塑成型机中注入车窗玻璃的模型中 成型，其注塑成型工艺条件为熔化温度为230 280'C;模具温度为80 10CTC;注射压力 为600 1200公斤/厘米2;背压为10bar，制得聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金车窗玻璃。 本发明应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃所具有的优点与积极效果在于 a)在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混中，将纳米相Si02加入到聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物中，起 到了交联的作用，使PC/PS基体的热分解产生的小分子难以扩散和挥发，延缓了基体的热分 解，提高了PC/PS基体的热稳定性。
其中，l%Si02/PC/PS纳米复合材料的热分解温度最高，达到了510。C。 1鬼Si02/PC/PS纳米复合材料中分散的Si02形成粒径为20 60nm的颗粒，并均匀分散在 PC/PS连续相中，没有明显的团聚迹象，仍保持较高的76%透过率，纳米Si02的加入，在一定 程度上影响了PC的光透过率。
(2) 光催化降解亚甲基蓝实验结果表明，Si02在纳米Ti02表面形成了包覆层后，加快了电 子空穴的复合过程，使粉体的光催化活性降低。纳米Ti02的加入对PC有一定的光催化降解， 表面包覆改性得到的纳米Ti(VSi02可显著提高PC的耐光以及耐老化性能。经紫外光辐照后 的PC/PS, 0.5% Ti02/Si02/PC/PS纳米复合材料、1% Ti02/Si02/PC/PS纳米复合材料、3% Ti02/Si02/PC/PS纳米复合材料、5% Ti02/Si02/PC/PS纳米复合材料的色差值、黄化值分别为 4.61、 11.80， 3.19、 10.2， 1.04、 7.23， 2.89、 9.56， 2.01、 8.47。
由此可见，1% Ti02/Si02/PC/PS纳米复合材料的色差值、黄化值最低，抗变色和抗老化 能力最强。Ti02/Si02纳米复合粒子可以提高PC/PS抗紫外光性能。
(3) 采用上述应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金的制作车窗玻璃的方法，将熔融注射成型后 的PC/PS、 l%Ti02/Si02/PC/PS样条在型号为XLD-O. lkN，最大试验力的4% 100%的电子拉 力试验机上进行拉伸强度试验。经检测，l%Ti02/Si02/PC/PS拉伸强度为66. 056MPa，而未添 加Ti(VSi02的PC/PS的样条为61. 427MPa;将成型后的PC/PS、 l%Ti02/Si02/PC/PS样条在型 号为ZCJ-500，冲击速度为3.83m/s的冲击试验机上进行缺口冲击强度试验。经检测， mPC/PS/Ti(ySi02样条的缺口冲击强度为4. 0 kg cm，而未添加Ti02/Si02的PC/PS样条则为 2. 4 kg cm。由此可见，经过改性后的PC/PS/Ti(ySi02样条的力学性能得到一定提高。
本发明将两种原料配比和工艺方法很好的融合到一起。PC材料透明，刚硬，具有高的冲 击韧性，良好的机械强度，优异的尺寸稳定性，介电性能、耐热性好，可在-60'C 12(TC长 期使用，可用注射、挤压、吹塑、真空等多种加工方法成型。这样，在PC/PS共混物的基础 上，添加了经过纳米Si02改性过的纳米Ti02，提高了PC的耐磨性、耐紫外光性，增强了PC 的综合性能。PC的材料特征及其良好的加工性能，使PC塑性车窗具有很大的开发潜力；注 射成型一次成型出尺寸精确、形状复杂的成型特征，使新型PC塑性车窗玻璃实现范围广泛的 新设计，多材料、多配件复合及色彩组合成为可能。
本发明将透明的PS溶入到透明的PC中，弥补了PC耐紫外光性差的特性；利用PS的折 射率与PC几乎相同的特性，保证了成型后PC的透明度；通过添加具有耐磨擦性能的Si02和 耐紫外光性能的Ti02，提高了 PC的光学和力学性能。
本发明应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃，不仅用于较小载荷的Smart轿车 的车窗玻璃，而且在要求较高的公务用车中也可以用作车窗两侧面以及后面使用。与现有传 统的车窗玻璃相比，所具有的特点在于①质轻、防锈、吸震；②易与其它配件结合，设计 自由度大；③抗裂抗碎特性高； 耐紫外光，耐磨、耐候性好，可在-60 120'C下长期使用。 下表是本发明车窗玻璃与传统车窗玻璃性能的对比表
材料物性条件采用标准PC玻璃
密度(g/cm3)ISO 11831.202.5
透光率(％)4 ramDIN 5036-188〉93
拉伸模量(MPa)l咖/minISO 527240068000
冲击强度(kj/m2)230 CISO 180-4A85破碎
-30° C15
耐热温度rc)1.80 MPaISO 180-4A126
0.45 MPa138
维卡软化温度('c)50 N; 50 K/hISO 306145105
热膨胀系数(10—7K)23 55° CASTM E 8310. 70. 1
本发明应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃，经过试验及检测，符合
GB7258-1997机动车运行安全技术条件的规定。机动车门窗必须使用安全玻璃，使用的安全 玻璃符合GB9656的要求如下
(1) 透光性。汽车玻璃要求的透光度一般在80%左右。
(2) 隔热性能良好。与6mm的无机玻璃相比，6mm的聚碳酸酯板材热损失可减少40% 60%,
7而重量仅为无机玻璃的1/2，这对降低能源消耗具有现实意义。
(3) 重量轻。在面积增大的情况下，车窗的密度可由无机玻璃的2. 5g/cm3降到聚碳酸酯的 1.3g/cm3，车窗的厚度由3.3mra增加到4mm，采用聚碳酸酯后，车窗玻璃的减重净值可达40%。
(4) 阻燃性好。在火中较难融化，既不助长火势，也不产生有毒气体。聚碳酸酯板材防火 级别达DIN4102的Bl级，NF-P-92-507的M2-M3级，GB8625-88的Bl级，是理想的阻燃安全 材料。
(5) 隔音性能优良。16mm厚聚碳酸酯板材隔音性能为21dB (DIN452210-75)。
(6) 耐磨性。因磨耗引起的雾度不超过2% 4%。
本发明聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金采用溶胶-凝胶的方法使无机粒子与有机高分子聚合 物复合在一起，制备工艺简便，易于操作实现，周期短，提高了高聚物的物理及化学性能， 将其应用于车窗玻璃，提高了玻璃的耐紫外光性，耐磨性及耐候性，达到了玻璃材料的重量 轻、节能减排的要求。


图1是本发明PC/PS/Si02的扫描电镜图，
图中Si02粒子成球体状均匀地分布在PC与PS组成的连续相中，由标尺可估算出Si02 粒子的直径在20~60nm之间。
图2是本发明纳米Ti02/Si02的扫描电镜图和EDS能谱图。
图中TE0S水解包覆的纳米Ti02有所团聚，粒子直径明显增大，由标尺可估算出长约为 50 60nm，宽约为20 30nm。 图3是本发明的EDS能谱图。
图中谱图可看出有Si原子和Ti原子存在，Au原子是喷金所致，不影响观察结果。 图4是本发明的聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金的照片。 图5是注塑工艺流程图。 图6是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
下面进一步的详细说明本发明的具体实施方式
，本专业的技术人员在阅读了本实施方式 后，能够理解或实施本发明的制备工艺方法，同时，也能够按照本工艺方法制备出聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金并用于制作车窗玻璃，并达到其所述效果。 实施方式1
(l)制备聚碳酸酯PC/聚苯乙烯PS共混物
首先，将PS、 PC按照质量百分比7y。的比例混合，取PS 0.35g、 PC5g，然后在加热回流下搅拌，PS、 PC溶解于30ml的四氢呋喃中，温度控制在45 55。C之间；其次，将0. 16g的 正硅酸乙酯TEOS加入溶解液中，然后搅拌10min，再向溶解液中逐滴加入pH值为2. 0的丙 酮去离子水混合溶液，其中，丙酮为0. 196g，去离子水为0. 06g，然后回流搅拌2h，得到PC/PS 凝胶。待凝胶熟化后脱除溶剂；最后，在12(TC下烘干2h，制得PC/PS/Si02纳米复合材料；
在上述步骤中，由于四氢呋喃的沸点为65.4°C，加热温度过高或过低，会导致PC与PS 会溶解不均匀，因此，在45 55'C之间温度最佳；另外，作为溶剂的四氢呋喃，当其含量是 PC的六倍时溶解效果最好，低于六倍时PC、 PS溶解不完全，高于八倍含量的时候形成的胶 体过稀，对PC的性能有影响；TE0S水解生成的Si02的含量对PC也有影响，低于PC含量的 1%时，对PC的性能影响很小，高于PC含量的5%时，不仅会大大降低PC的透明性，而且不 容易在挤出与注射机中成型，会降低PC的力学性能和光学性能；丙酮、去离子水的含量高于 上限值，会加速溶胶-凝胶的反应，易产生爆聚现象，得不到稳定的胶体，低于下限值则会使 反应不完全。
(2) 制备纳米Ti02/Si02
① TEOS水解包覆纳米Ti02
首先，将5g纳米Ti02、 100ml去离子水混合，超声振荡20min;其次，在搅拌下滴加经 超声处理的TEOS水溶液，控制质量百分比Si02/Ti02 = 1/1;然后加入10ml质量分数为25% 的氨水做催化剂，搅拌4h，得到Si02包覆的纳米Ti02桨液；最后，将浆液过滤、洗涤、干燥， 研磨，制得Si02包覆的纳米Ti02粉体。
在上述步骤中，要注意控制Si02与Ti02的质量百分比为1:1，由于所选的两种纳米材料 的粒径差不多，且是Si02包覆改性Ti02，要保证质量比，二氧化硅以化学键合的方式沉积在 纳米Ti02表面，在包覆层和纳米Ti02颗粒之间的界面上形成了Ti-0-Si键，包覆均匀。另外， 氨水作为催化剂，高于三倍纳米Ti02含量时，包覆不均匀，低于一倍含量时，对纳米Ti02的 光催化性能影响不大；去离子水提供一个反应的场所，需保证各种物质充分反应，低于下限 值100/3时，反应不完全，高于上限值100/6时会影响包覆效果。
② 氨基硅烷偶联剂KH550表面改性Ti02/Si02纳米复合粉体
首先，将5gTi(VSi02纳米复合粉体、100ml去离子水混合，超声振荡20min;其次，将 0. 2gKH550加入浆液中，在7(TC下搅拌2h，得到经过氨基硅烷偶联剂表面改性的纳米Ti02/Si02 浆液；最后，将浆液过滤、洗涤、干燥，研磨，制得改性的Ti02/Si02纳米复合粉体。
在上述步骤中，需要注意氨基硅烷偶联剂量不能过多，根据填料的量来决定， 一般是填 料含量的0. 1% 2%，且此时的反应温度7(TC时最佳。
(3) 将上述步骤(1)制得PC/PS/Si02纳米复合材料和上述步骤(2)制得改性的Ti(ySi02纳米复合粉体共混用于制作车窗玻璃，由于透明塑料聚碳酸酯透光率要高，塑料制品表面质量要求 严格，不能有任何斑纹、气孔、泛白、雾晕、黑点、变色、光泽不佳等缺陷，因而对整个注 塑过程的要求十分严格；其次由于聚碳酸酯熔点高、流动性差，为保证产品的表面质量，往 往需要较高的温度，注射压力、注射速度等工艺参数也要作细微调整，使注塑料时既能充满 模，又不会产生内应力而引起产品变形和开裂。因此，本发明的具体工艺方法如下
首先，将纳米Ti(VSi02粉体和聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物按照质量百分比1%的比例混合 均匀，进行干燥，由于在塑料中含有任何一点杂质，都可能影响产品的透明度，因此，储存、 运输、加料过程中都必须注意密封，保证原料干净；特别是原料中含有水分，加热后会引起 原料变质，所以一定要进行干燥，干燥料层厚度<30腿，干燥温度为80 120'C，干燥水分 含量<0.01%，干燥时间为4 6h;同时，还要注意在干燥过程中，iir入的空气最好是经过过 滤、除湿，以便保证不会污染原料；其次，按聚碳酸酯的总量IOO份计，聚碳酸酯100份、 聚苯乙烯6 8份、纳米Ti(VSi02粉体l份、PC-g-PS6份、液体石蜡0.5份，加入干燥后的 混合物中，混合均匀，造粒；第三，将干燥后的粒料加入注塑成型机中注入车窗玻璃的模型 中成型，其注塑成型工艺条件为熔化温度为230 280°C;模具温度为80 100°C;注射压 力为600 1200公斤/厘米2;背压为10bar，制得聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金车窗玻璃；
需要注意的是
① 为防止原料污染和在螺杆及附件凹陷处存有旧料或杂质，在使用前、停机后都应用螺 杆清洗剂清洗干净各部件，使其不得粘有杂质，当没有螺杆清洗剂时，可用PS清洗螺杆。当 临时停机时，为防止原料在高温下停留时间长，引起解降，应将干燥机和机筒温度降低，机 筒温度降至160'C以下(料斗温度应降至IO(TC以下)。
② 为了减少内应力和表面质量缺陷，在注塑工艺方面应注意以下几方面的问题
a)应选用专用螺杆、带单独控温喷嘴的注塑机；b)注射温度在塑料树脂不分解的前提 下，宜用较高注射温度；c)注射压力 一般较高，以克服熔料粘度大的缺陷，但压力太高会 产生内应力造成脱模困难和变形；d)注射速度在满足充模的情况下， 一般宜低，最好能采 用慢一快一慢多级注射；e)保压时间和成型周期在满足产品充模，不产生凹陷、气泡的情 况下；宜尽量短，以尽量减低熔料在机筒停留时间；f)螺杆转速和背压在满足塑化质量的 前提下，应尽量低，防止产生降解的可能；g)模具温度制品的冷却好坏，对质量影响极大， 所以模具温度一定要能够达到精确控制，有可能的话，模具温度宜高一些较好。 实施方式2
在高聚物共混合金中，作为填料的无机物只占不到百分之十。本发明为了提高聚碳酸酯 的综合性能，考虑加入无机粒子纳米Ti02和纳米Si02来改善其性能。为了研究无机粒子的含量对高聚物性能的影响，通过对比的方法来优选出最能提高聚碳酸酯的综合性能的无机粒子 的含量。因此，按照实施例1的方法，实施例2的区别在于纳米Ti02/Si02粉体与PC/PS/Si02 纳米复合材料的含量比为0. 5%;在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备这一步骤中，PS为PC的 3%，即0. 15g， PC为5g;正硅酸乙酯为0.05g，丙酮为0. 15g，去离子水为0.04g;在纳米 Ti02/Si02的制备这一步骤中，正硅酸乙酯为O. 16g，氨水为5ml， KH550为3%。 实施方式3
按照实施例1的工艺方法，实施例3的区别在于纳米Ti02/Si02粉体与PC/PS/Si02纳米 复合材料的含量比为0. 5%。在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备这一步骤中，PS为PC的15%， 即0. 75g， PC为5g;正硅酸乙酯为0. 25g，丙酮为0. 25g，去离子水为0. 08g;在纳米Ti02/Si02 的制备这一步骤中，正硅酸乙酯为0. 16g，氨水为15ml， KH550为5%。 实施方式4
按照实施例1的工艺方法，实施例4的区别在于纳米Ti02/Si02粉体与PC/PS/Si02纳米 复合材料的含量比为3%。在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备这一步骤中，PS为PC的3%， 即0. 15g， PC为5g;正硅酸乙酯为0. 05g，丙酮为0. 15g，去离子水为0. 04g;在纳米Ti02/Si02 的制备这一步骤中，正硅酸乙酯为0. 16g，氨水为5ml, KH550为3%。 实施方式5
实施例5的区别在于纳米Ti(VS线粉体与PC/PS/Si02纳米复合材料的含量比为3%。 在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备这一步骤中，PS为PC的15呢，即0.75g， PC为5g;正硅 酸乙酯为0.25g，丙酮为0.25g，去离子水为0.08g;在纳米Ti02/Si02的制备这一步骤中，正 硅酸乙酯为0. 16g，氨水为15ml， KH550为5%。 实施方式6
实施例6的区别在于纳米Ti(VSi02粉体与PC/PS/Si02纳米复合材料的含量比为5%; 在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备这一步骤中，PS为PC的3M，即O. 15g， PC为5g;正硅 酸乙酯为0.05g，丙酮为O. 15g，去离子水为0.04g;在纳米Ti(ySi02的制备这一步骤中，正 硅酸乙酯为O. 16g，氨水为5ml， KH550为3呢。 实施方式7
按照实施例1的工艺方法，实施例3的区别在于纳米Ti(VSi02粉体与PC/PS/Si02纳米 复合材料的含量比为5%;在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备这一步骤中，PS为PC的15呢， 即0. 75g， PC为5g;正硅酸乙酯为0. 25g，丙酮为0. 25g，去离子水为0. 08g;在纳米Ti02/Si02 的制备这一步骤中，正硅酸乙酯为0. 16g，氨水为15ml， KH550为5%。
在实施本发明的上述方法例中，需要考虑以下几个问题(1) 高聚物之间的共混比例对高聚物合金的性能有很大影响，且PC进行共混改性的主要目 的就是改善PC的缺口敏感性和降低熔体粘度。因为PC的熔体粘度和流动性随PS加入量的增 多而逐步下降，而PS与PC的质量百分比在6% 8%之间时，共混物的综合改性效果最理想。 另外，由于PS价格大大低于PC， PC、 PS共混能起到改性和降低成本兼得的效果。
(2) 在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物制备步骤中，需在酸性环境下反应，故选择盐酸作为调节 剂。因为使用盐酸可以①促进TEOS的水解，起到水解催化作用；②使TEOS、丙酮和水三 种彼此不能混溶的溶液能够均匀混合。③解胶，即使沉淀溶解。在没有酸的情况下，金属醇 盐往往会由于水而起加水分解反应，生成白色沉淀，但当加入一定酸时，立即就可使其溶解。
(3) 在聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备这一步骤中，溶胶-凝胶过程中的催化剂溶液的滴 加速度影响稳定的溶胶的生成。
在TEOS水解时，需要向体系添加丙酮和充当水解催化剂的盐酸的水溶液才能制得二氧化 硅溶胶的水溶液。通常先用丙酮和TEOS混合成均相溶液，然后将水和盐酸的混合溶液充分搅 拌之后缓慢滴加到TEOS的丙酮溶液中。TEOS的水解反应为放热反应，如果滴加速度过快， 会发生局部水解过快生成白色沉淀，以致不能生成均匀凝胶；如果采用逐滴滴加的方式，则 反应比较平坦，可在一定程度上控制水解速度，从而缓冲了水解縮聚的进程。这时水解产生 的聚合物会有一部分溶于丙酮阻碍了粒子的团聚，从而形成稳定的溶胶溶液；若直接将参加 反应的水倒入到TEOS的丙酮溶液中会造成局部水解过快，来不及溶于丙酮中而直接发生縮聚 反应生成聚合物，生成的聚合物经碰撞交联而形成沉聚物，得不到稳定的溶胶。
(4) 在纳米Ti02/Si02的制备这一步骤中，需要选择合适的硅垸偶联剂，硅垸偶联剂作为一 种常用改性剂，利用其分子中的无机功能区与填料表面的羟基，艮卩-OH反应，以单分子形式 缠结于填料表面，同时利用长链部分形成偶联剂与有机基体的缠结或反应，从而构成填料与 有机体的"桥连"，将两种性质悬殊的材料连接在一起提高复合材料的性能和增加粘接强度。
硅垸偶联剂的选择原则硅垸偶联剂的通式如图Yf，"皿3，此处，n=0 3; X—可水解 的基团；Y —有机官能团，能与树脂起反应。X通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧 基、乙酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇(Si(0H)3)，而与无机物质结合，形成硅氧烷。 Y是乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基。这些反应基可与有机物质反应 而结合。在两类性能互异的基团中，以Y基团最重要、它对制品性能影响很大，起决定偶联 剂的性能作用。只有当Y基团能和对应的树脂起反应，才能使复合材料的强度提高。 一般要 求Y基团要与树脂相容并能起偶联反应。当Y为无反应性的垸基或芳基时，对极性树脂是不 起作用的，但可用于非极性树脂，如硅橡胶、聚苯乙烯等的胶接中。当Y含反应性官能基，要注意它与所用树脂的反应性及相容性。当Y含氨基时，是属于催化性的，能在酚醛、脲醛、 三聚氰胺甲酸的聚合中作催化剂，也可作为环氧和聚氨酯树脂的固化剂，这时偶联剂完全参 与反应，形成新键。氨基硅烷类的偶联剂是属于通用型的，几乎能与各种树脂起偶联作用，但 聚酯树脂例外。x基团的种类对偶联效果没有影响。因此，根据Y基团中反应基的种类，硅 垸偶联剂也分别称为乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅垸、巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅垸 等，这几种有机官能团硅烷是最常用的硅烷偶联剂。本发明用到的有机材料是聚碳酸酯、聚 苯乙烯，选择氨基硅烷中的KH550 。 KH-550 ，即 Y-氨丙基三乙氧基硅烷 (NH2-CH2-CH2-CH2-Si(OC2H5)3)，是一种通用的氨基偶联剂，广泛运用于促进无机和有机高分子 材料的粘接。分子的含硅部分能够提供对基材的强力键接。主要的胺官能团能与一系列热固 性树脂、热塑性塑料和合成橡胶材料发生作用。
偶联剂的用量根据填料直径尺寸决定， 一般为填料用量的0. 1%—2%。
(5)在注射成型聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金这一步骤中，需要加入一些塑料助剂来改善聚 合物的性能，本发明是一个透明体系，因此不需要加入过多塑料助剂，选择相容剂与润滑剂。
由于聚碳酸酯与聚苯乙烯是部分相容体系，因此需加入非反应型相容剂PC-g-PS来提高 它们之间的相容性，进而改善塑料合金的性能，相容剂又称增容剂、增混剂、界面剂，可分 为反应型相容剂和非反应型相容剂两大类。反应型相容剂主要是一些可与共混聚合物组分起 化学反应的官能团的共聚物，特别适用于那些相容性很差且带有易反应官能团的聚合物之间 的共混的增容；非反应型相容剂是一些嵌段共聚物和接枝共聚物，尤以前者更重要
为了改善塑料熔体的流动性能，有利于加工并防止塑料在挤出、压延、注塑、压制、铸 塑等加热过程中对机械设备的表面产生粘附作用需加入一些润滑剂，润滑剂分为外润滑剂与 内润滑剂两大类，它们之间的区分主要依其与聚合物相容性的大小，内润滑剂主要是降低极 性聚合物分子间的作用力，外润滑剂主要是降低聚合物与加工机械表面之间的摩擦。由于对 车窗玻璃的透明性要求，故选择对透明性影响较小的液体石蜡，它与聚合物之间的相容性好， 故作为内润滑剂使用，但用量不宜过多， 一般约0. 5 1. 2份，用量过多会产生离析结垢现象； 而与聚合物之间的相容性差的则作为外润滑剂使用，可以选择脱模剂，脱模剂可以防止共混
合金模腔内壁的粘附，有利于制件顺利脱模， 一般选择金属硅酮类脱模剂，即有机硅氧烷， 以聚二甲基硅氧烷(俗称甲基硅油或简称硅油)为代表，因为二甲基硅油分子中含大量极性 基，能对金属表面产生很强的吸附粘着作用，而大量甲基离开金属表面形成非极性层，使硅 酮起着被固定的分离层作用，因而有利于熔体在模具中的流动并帮助脱模。需要注意的是， 使用的脱模剂要适量， 一般是小于共混树脂总重量的1%，过少起不到应有的效果，用量过多 或涂抹不均匀，则会影响制件的外观及强度。
权利要求
1.一种应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法，包括采用溶胶-凝胶法制备聚碳酸酯PC/聚苯乙烯PS共混物的制备方法，纳米TiO2/SiO2共混的制备方法，注塑成型车窗玻璃的工艺方法，其特征在于该方法按质量百分比计按下列步骤进行(1)聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备首先，将PC、PS按照100∶3～100∶15的比例混合，溶解于四氢呋喃中，然后在加热回流下搅拌，温度控制在45～55℃之间，其中，四氢呋喃∶PC＝6∶1～8∶1；其次，将正硅酸乙酯TEOS加入溶解液中，控制质量百分比SiO2∶PC＝1∶100～5∶100，然后搅拌10～20min，再向溶解液中逐滴加入pH值为2.0的丙酮去离子水混合溶液，其中，丙酮∶PC＝3∶100～5∶100，去离子水∶PC＝2∶250～4∶250，然后回流搅拌2～2.5h，得到PC/PS凝胶，待凝胶熟化后脱除溶剂，最后，在120℃下烘干2～3h，制得PC/PS/SiO2纳米复合材料；(2)纳米TiO2/SiO2粉体的制备①TEOS水解包覆纳米TiO2首先，将纳米TiO2、去离子水按照3∶100～6∶100的比例混合，超声振荡20～30min；其次，在搅拌下滴加经超声波处理的TEOS水溶液，控制质量百分比SiO2/TiO2＝1/1；然后加入质量分数为25％的氨水催化剂，其中，氨水∶纳米TiO2＝1∶1～3∶1，搅拌4～4.5h，得到SiO2包覆的纳米TiO2浆液；最后，将浆液过滤、洗涤、干燥，研磨，制得SiO2包覆的纳米TiO2粉体；②氨基硅烷偶联剂表面改性TiO2/SiO2纳米复合粉体首先，将TiO2/SiO2纳米复合粉体、去离子水按照3∶100～6∶100的比例混合，超声振荡20～30min；其次，将氨基硅烷偶联剂加入浆液中，其中，氨基硅烷偶联剂∶PC＝0.1∶100～5∶100，在70～80℃下搅拌2～2.5h，得到经过氨基硅烷偶联剂表面改性的纳米TiO2/SiO2浆液；最后，将浆液过滤、洗涤、干燥，研磨，制得改性的TiO2/SiO2纳米复合粉体；(3)将上述步骤(1)制得PC/PS/SiO2纳米复合材料和上述步骤(2)制得改性的TiO2/SiO2纳米复合粉体共混用于制作车窗玻璃，其具体工艺方法如下首先，将纳米TiO2/SiO2粉体和聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物按质量百分比0.5～5％的比例混合均匀，进行干燥，干燥料层厚度＜30mm，干燥温度为80～120℃，干燥水分含量＜0.01％，干燥时间为4～6h；其次，按聚碳酸酯的总量100份计，聚碳酸酯100份、聚苯乙烯6～8份、纳米TiO2/SiO2粉体0.5～5份、PC-g-PS 5～20份、液体石蜡0.5～1.2份，加入干燥后的混合物中，混合均匀，造粒；第三，将干燥后的粒料加入注塑成型机中注入车窗玻璃的模型中成型，其注塑成型工艺的条件为熔化温度为230～280℃；模具温度为80～100℃；注射压力为600～1200公斤/厘米2；背压为10bar，制得聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金车窗玻璃。
2. 权利要求书1所述的应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法，其特征是 聚碳酸酯与聚苯乙烯的含量按质量百分比为100:6 100:8。
3. 权利要求书1所述的应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法，其特征是 溶胶-凝胶过程中调节溶液pH值的酸为盐酸。
4. 权利要求书1所述的应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法，其特征是 聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物的制备中，控制质量百分比Si02:PC=l:100 5:100。
5. 权利要求书1所述的应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法，其特征是 在车窗玻璃的成型过程中加入的塑料助剂有非反应型相容剂PC-g-PS、内润滑剂液体石蜡、 脱模剂硅油。
全文摘要
一种应用聚碳酸酯-聚苯乙烯共混合金制作车窗玻璃的方法是将PC、PS与SiO₂先进行包覆得到高聚物，再将TiO₂与SiO₂进行包覆得到无机粒子，然后将高聚物与无机粒子再进行熔融注射成型制得聚碳酸酯/聚苯乙烯共混合应用于制作车窗玻璃，具有较好的耐紫外光性，耐磨性及耐候性。本发明工艺简便，易于操作实现，周期短，使PC塑性车窗玻璃具有多材料、多配件复合、多色彩组合以及轻量化成为可能。
文档编号C08L69/00GK101537781SQ20091007423
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月25日 优先权日2009年4月25日
发明者波 刘, 张新蓉, 王樱花, 许并社, 魏丽乔 申请人:太原理工大学