CN101759919A - 一种低光泽聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低光泽聚丙烯复合材料，属于聚合物改性和加工领域。按以下重量％的原料配制成：聚丙烯58～86％；硅灰石13～30％；其他无机填料0～12％；增韧剂POE 0～15％；抗氧剂0.1～2％；其他助剂0～5％，本发明通过在聚丙烯复合材料的基础配方中添加一种能够有效降低制品表面光泽度的无机填料硅灰石，从而制备出具有优良性能的低光泽聚丙烯复合材料。

Description

一种低光泽聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低光泽聚丙烯复合材料及其制备方法，更具体的是通过侧向喂料的方式添加一种无机填料硅灰石来降低聚丙烯复合材料的光泽度，并且使材料的力学性能得到一定的改善，满足人们对汽车内饰件低光泽度的要求，属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
随着世界石油危机的一次次爆发及石油资源日益枯竭，随着社会及科技的发展，人们对汽车提出了更高的要求：轻型、节能、美观、安全、环保等。发达国家汽车塑料制品的用量逐年增加，以达到减轻汽车自重、节约能源、提高燃料经济性的目的。而塑料制品由于具有良好的性能、低廉的价格、简单的加工工艺，在汽车工业中扮演着愈来愈重要的角色。塑料近年来在汽车上的应用越来越多，其中汽车内饰件占到了很大的分量。汽车的内饰件一般是指轿车车厢的隔板、门内装饰板、仪表板总成、扶手、地毯等零部件和材料，要求材料能够满足低光泽的要求。相对于车上其他部件而言，它们对车辆的运行性能没有什么影响，但其面目一览无遗，代表了整部车子的形象，决定着轿车的声誉、档次和人们选择轿车的意向。在未来汽车内饰材料的发展趋势中，低光泽将成为中高档轿车的一个特色。
聚丙烯是目前用量最大的通用塑料之一，因为具有密度小((0.89-0.91g/cm3)、价格低、无毒性、耐腐蚀、电绝缘性能优良、透明性和加工性好等优点，被广泛应用于化工、机械、电力、运输等行业。其中聚丙烯材料在汽车上的应用，己经正在我我国工业零部件国产化的主要研究方向中占有一席之地。其中利用无机填料填充聚丙烯来制备成本低廉、光泽低、抗冲击性和刚性平衡的高性能复合材料是的最有效、最经济的途径之一。降低复合材料表面光泽度已经成为汽车塑料的一个重要研究方向。无机填料的种类、颗粒形状、粒径分布、填充量以及添加方式都对复合材料的光泽度有不可或缺的影响。
有关降低聚丙烯复合材料光泽度以经有一些报道，提出了一些解决方法，如选用具有针状或者片状结构的填料或者添加助剂等方法。
申请号为CN200610037018.4公开了一种加入氧化物交联剂0～2％使聚乙烯分子产生交联，形成微凝胶分布在聚丙烯基体中，这种微凝胶在制品表面会产生细小突起导致光线的漫反射来制得表面光泽度降低、消光效果良好的复合材料。申请号为CN200710171710.0公开了一种通过添加二氧化硅来降低复合材料表面光泽度的方法，但一定程度上螺杆的剪切会导致填料本身结构形态的破坏从而影响复合材料的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低光泽聚丙烯复合材料及其制备方法，以克服现有技术的上述不足，具体为一种低光泽硅灰石填充聚丙烯复合材料，以及在实际生产中能够简单有效地降低聚丙烯复合材料表面光泽度的办法。
为了降低聚丙烯复合材料的表面光泽度，本发明的技术方案是在聚丙烯材料的基础配方中通过侧向喂料的方式加入一种无机填料硅灰石，这种硅灰石可以通过其本身的针状晶形结构以及高长径比使制品的表面产生大量的光线漫反射，从而达到消光的效果，使材料光泽度得到降低。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低光泽聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制成：
聚丙烯                    58～86％
硅灰石                    13～30％
其它无机填料              0～12％
增韧剂POE                 0～15％
抗氧剂                    0.1～2％
其他助剂                  0～5％
所述的聚丙烯在230℃×2.16kg的测试条件下，为熔体流动速率为2～60g/10min的均聚丙烯和嵌段共聚丙烯中一种，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4～10mol％的范围内；均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％。
所述的其他无机填料为滑石粉、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种组合，其粒径范围均为1～10微米。
所述的增韧剂POE(弹性体)为线形乙烯-辛烯共聚物，密度为0.86～0.90g/cm3，在190℃×2.16kg的测试条件下，熔融指数为0.5～10g/10min。
所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂选用受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种组合。如3114、1010和DSTP(硫代二丙酸双(十八)酯)中的一种或几种；辅抗氧剂选自亚磷酸盐和酯类抗氧剂中一种。如618、168等。
所述的其他助剂为各种颜色添加剂、光稳定剂和各种酯类/脂肪酸类润滑剂中的一种或几种。
所述的硅灰石是一种白色的针状或者针状晶形的矿物，其长径比范围为20∶1到3∶1。这种特性使它能有效地降低了制品的表面光泽度。
上述低光泽聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按重量配比称取原料；
(2)将聚丙烯、其他无机填料(不包括硅灰石)、增韧剂、抗氧剂或其他助剂在高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将混合的原料置于双螺杆机中，通过侧向喂料的方式加入无机填料硅灰石，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
本发明在聚丙烯复合材料的基础配方中添加一种能够有效降低制品表面光泽度的无机填料，从而制备出低光泽硅灰石填充改性聚丙烯复合材料。
本发明的优点是：
1、本发明通过添加一种针状晶形的无机填料硅灰石来降低复合材料的表面光泽度。
2、本发明采用侧向喂料的方式来添加硅灰石，而不是采取传统的共混加料方式，避免了螺杆的强力剪切导致硅灰石针状形态破坏，而造成材料性能的损失。从而使得所制得的聚丙烯复合材料在降低光泽度的同时，材料的其他机械性能也有所改善。
3、本发明提出的降低聚丙烯复合材料光泽度的方法制备工艺简单、生产成本低。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
在实施例及对比例复合材料配方中，聚丙烯为上海石化生产的熔体流动速率为8g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)的嵌段共聚丙烯，其商品牌号为M700R。其他无机填料选用的是粒径范围为10微米的滑石粉和硫酸钡。增韧剂POE为杜邦公司产的线形乙烯-辛烯共聚物，商品名为Engage 8180，其熔融指数为0.5g/10min(测试条件：190℃×2.16kg)。硅灰石选用的是长径比范围为10∶1的白色针状硅灰石。主抗氧剂选用英国ICE公司产的DSTP，商品牌号为Negonox DSTP，化学名称为硫代二丙酸十八酯，以及Ciba公司产的3114，商品牌号为Irganox 3114，化学名称为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯。辅抗氧剂为Ciba公司产的168，商品牌号为Irgafos 168，化学名称为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。此外还包括各种颜色添加剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂等。
将聚丙烯、其他无机填料(不包括硅灰石)、增韧剂、抗氧剂或其他添加剂在高速混合器中干混3～5分钟；将混合的原料置于双螺杆机中，通过侧向喂料的方式加入无机填料硅灰石，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
性能评价方式及实行标准：
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在90～100℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射成型机上进行注射成型制样。
拉伸性能测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为170*10*4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；简支梁冲击强度按ISO 179进行，试样尺寸为80*10*4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；。光泽度测试按ASTM D532标准用光泽度仪从光面60°角测试。
材料的综合性能通过测试所得的冲击强度、缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量、光泽度的数值进行评判。实施例配方及各项性能测试结果见下列各表：
表1实施例1-3及对比例1-4材料配方表
  实施例1   实施例2   实施例3   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  聚丙烯，重量％   84.6   69.6   69.6   84.6   69.6   84.6   69.6
  硅灰石，重量％   15   30   20   -   -   -   -
  硫酸钡，重量％   -   -   -   15   30   -   -
  滑石粉，重量％   -   -   10   -   -   15   30
  抗氧剂3114，重量％   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1
  实施例1   实施例2   实施例3   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  抗氧剂DSTP，重量％   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
  抗氧剂168，重量％   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1
各配方的测试结果参见表2：
表2实施例1-3及对比例1-4测试结果
 实施例1   实施例2   实施例3   对比例1   对比例2  对比例3   对比例4
 熔融指数(g/10min)   12   10.5   12.6   13.4   13.7   11   11.7
  缺口冲击强度(kJ/m2)   9   5.4   7.2   7.4   6.9   8.5   5.3
  拉伸强度(MPa)   26.1   21.5   22.4   27   22.6   24.4   20.6
  断裂伸长率(％)   7.2   4.4   6.4   9.0   7.5   8   4.2
  弯曲强度(MPa)   41.3   48.7   44.6   39.8   40.8   41.3   44.9
  光泽度   23   12   16   38   22   30   18
表3实施例4-6及对比例5-7材料配方表
  实施例4   实施例5   实施例6   对比例5   对比例6   对比例7
  聚丙烯，重量％   74.6   69.6   59.6   74.6   69.6   59.6
  硅灰石，重量％   25   20   30   -   -   -
  滑石粉，重量％   -   -   -   25   20   30
  增韧剂POE，重量％   -   10   10   -   10   10
  抗氧剂3114，重量％   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1
  抗氧剂DSTP重量％   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
  抗氧剂168，重量％   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1
各配方的测试结果参见表4：
表4实施例4-6及对比例5-7测试结果
  实施例4   实施例5   实施例6   对比例5   对比例6   对比例7
  熔融指数(g/10min)   10.8   9.6   7.4   11   11.8   8.6
  缺口冲击强度(kJ/m2)   7.6   24.2.   14.3   6.9   26.9   12.6
  拉伸强度(MPa)   28.2   20.5   18.1   27.6   19.4   17.8
  断裂伸长率(％)   5.1   10.2   7.7   5.5   11.3   7.4
  弯曲强度(MPa)   46.8   32.5   41.2   42.3   31.8   36.8
  光泽度   15   9.5   6.3   21   15.8   12.4
从实施例1、2、4与对比例1、2、3、4、5的对比以及实施例3与对比例2、4的对比可以看出，无论是聚丙烯与硅灰石的二元填充体系还是聚丙烯、硅灰石与其它无机填料的三元填充体系，硅灰石对于降低制品的表面光泽度作用都比其它无机填料明显。而实施例5、6与对比例6、7的对比则说明，即使是在有POE弹性体的聚丙烯复合填充体系中，硅灰石降低聚丙烯制品表面光泽度的作用也是最明显的。同时从实施例5、6中也可以看出硅灰石在增韧改性的聚丙烯复合材料配方中，光泽度已经降低到了一个很小的值，完全可以满足汽车内饰件对光泽度的要求了。

Claims (10)

1.一种低光泽聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制成：
聚丙烯       58～86％
硅灰石       13～30％
其它无机填料 0～12％
增韧剂POE    0～15％
抗氧剂       0.1～2％
其他助剂     0～5％。
2.根据权利要求1所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯在230℃×2.16kg的测试条件下，为熔体流动速率2～60g/10min的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4～10mol％的范围内；均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％。
4.根据权利要求1所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其他无机填料为滑石粉、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种组合，其粒径范围均为1～10微米。
5.根据权利要求1所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂POE为线形乙烯-辛烯共聚物，密度为0.86～0.90g/cm3，在190℃×2.16kg的测试条件下，熔融指数为0.5～10g/10min。
6.根据权利要求1所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂选自受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种组合；辅抗氧剂选自亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或几种组合。
7.根据权利要求6所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的主抗氧剂为3114、1010和DSTP中的一种或几种；辅抗氧剂为618和168中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其他助剂为各种颜色添加剂、光稳定剂和各种酯类/脂肪酸类润滑剂中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种低光泽聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的硅灰石是一种白色的针状或者针状晶形的矿物，其长径比范围为20∶1到3∶1。
10.一种制备权利要求1所述的低光泽聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按权利要求1重量配比称取原料；
(2)将除硅灰石之外的聚丙烯、其他无机填料、增韧剂、抗氧剂和其他助剂在高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将混合的原料置于双螺杆机中，通过侧向喂料的方式加入硅灰石，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
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