CN101759922A - 一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，按以下重量百分比的原料配制而成：聚丙烯55～99％无机填料0～42％增韧剂POE0～20％光稳定剂0.1～0.5％抗氧剂0.1～1％其他助剂0～5％。本发明的优点是：1、本发明通过在聚丙烯组合物中添加一种大分子量受阻胺类光稳定剂，使得所制得的聚丙烯复合材料具有较好的长期耐光照老化特性。2、本发明所制得的聚丙烯组合物在保证材料耐光照老化性能的同时，材料的各项物理力学性能不受影响。3、本发明提出的改善聚丙烯组合物的耐光照老化性能的方法制备工艺非常简单、生产成本低。

Description

一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，以及这种组合物的制备方法，具体的是通过在聚丙烯组合物体系中添加一种大分子量光稳定剂来提高聚丙烯组合物体系的长期耐光照老化性能，属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
聚丙烯是五大通用树脂之一，改性聚丙烯的种类也有许多类型，具有加工性能优良、韧性高、耐汽油和化学药品性好的优点，同时质轻、价廉，广泛应用于汽车内外饰件、电子和家用电器产品的外壳等。但是聚丙烯复合材料的耐光照老化性能不佳也影响了它的应用领域。
目前聚丙烯组合物的耐光照老化性能主要通过添加各种光稳定剂和耐热老化助剂以及利用两种助剂间的协同作用来实现。但是大部分光稳定助剂包括各种光屏蔽剂、紫外线吸收剂、自由基捕获剂等都是分子量较低的有机化合物或低聚物，而且其向材料表面迁移的速度很快。当这些助剂被添加到聚丙烯中时，在高温或紫外光照射的情况下，都有逐渐向产品表面析出的趋势。特别是当光稳定剂的含量较大时，这种向产品表面析出的现象就更容易发生，严重的时候产品表面甚至会产生喷霜现象。此外，很多助剂如UV770(化学名称为双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯)本身与聚丙烯树脂的相容性就很差，分子量只有400左右，更会加剧这种现象的发生。而光稳定助剂从产品表面析出不仅会影响产品的外观和表面性能，而且还严重降低了产品的长期耐光老化性能。
针对这一问题，Lajos Avar等在美国专利USP6,201,047中提到一种反应型光稳定剂，即这种光稳定剂能和复合材料中的基料(如聚丙烯)发生化学键合从而达到阻止光稳定剂向材料表面迁移的作用。但是这种光稳定剂的分子结构比较特殊，尚处于实验室合成阶段，所以目前并不适合在实际生产中广泛应用。
中国专利200610148847.X通过在聚丙烯复合材料中添加适量具有一定吸附作用的粉状分子筛来改善光稳定剂在聚丙烯复合材料中的分散，提高光稳定剂的抗析出能力，从而使得整个聚丙烯复合材料保持长期稳定的耐光照老化性能。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，通过在聚丙烯组合物中添加一种具有较低挥发性和迁移速率的大分子量光稳定剂，从而使得聚丙烯组合物保持长期稳定的耐光照老化性能。这种方法在实际生产中能够简单有效地改善聚丙烯组合物长期耐光照老化性能。
本发明可以通过以下技术方案来实现。
一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，按以下重量百分比的原料配制而成：
聚丙烯      55～99％
无机填料    0～42％
增韧剂POE   0～20％
光稳定剂    0.1～0.5％
抗氧剂      0.1～1％
其他助剂    0～5％。
本发明所适用的聚丙烯组合物体系中：
所述的聚丙烯为在230℃×2.16kg的测试条件下，熔体流动速率在0.5～60g/10min之间的均聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，其含量在4～10mol％的范围内，均聚聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％。
所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或几种，其粒径范围均为1～20微米。
所述的增韧剂POE(聚烯烃弹性体)为线形乙烯-辛烯共聚物，密度为0.88～0.90g/cm3，熔融指数为1～50g/10min。
所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种。如3114、1010、DSTP中的一种或几种；辅抗氧剂为亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或几种。如618和168中一种或两种。
所述的光稳定剂是一种分子量为3000的低聚受阻胺类光稳定剂HA88FD，其化学名称为：聚{[(N，N’-1，2-二亚甲基)氨基]-1，3，5-三嗪-N-丁基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}，密度为0.45g/cc，软化温度为120-150℃，其最佳添加量为0.1～0.4％。
本发明所述的其他助剂为各种颜色添加剂和各种酯类/脂肪酸类润滑剂等。
一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物的制备方法，如下所述：
(1)按重量配比称取原料；
(2)将聚丙烯、无机填料、增韧剂POE、抗氧剂、光稳定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，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，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。
本发明所用的大分子量光稳定剂是一种分子量为3000的低聚受阻胺类光稳定剂HA88FD，相对于一般的分子量在400左右的受阻胺类光稳定剂(如UV770)，这种大分子量光稳定剂与聚合物的兼容性更好，不容易析出，因此具有低挥发性、高耐萃取性、高的热稳定性的特性。
本发明的优点是：
1、本发明通过在聚丙烯组合物中添加一种大分子量受阻胺类光稳定剂，使得所制得的聚丙烯复合材料具有较好的长期耐光照老化特性。
2、本发明所制得的聚丙烯组合物在保证材料耐光照老化性能的同时，材料的各项物理力学性能不受影响。
3、本发明提出的改善聚丙烯组合物的耐光照老化性能的方法制备工艺非常简单、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：
在实施例及对比例组合物配方中，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。所用的无机填料为粒径范围均为10微米的滑石粉。所用的增韧剂POE为杜邦公司产的线形乙烯-辛烯共聚物，商品牌号Engage 8180，其熔融指数为0.5g/10min(测试条件：190℃×2.16kg)。所述的光稳定剂为是意大利3V公司产的大分子量受阻胺类光稳定剂，其化学名称为：聚{[(N，N’-1，2-二亚甲基)氨基]-1，3，5-三嗪-N-丁基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}，密度为0.45g/cc，软化温度为120-150℃，分子量为3000，商品牌号为UVASORB HA88FD。所用的主抗氧剂为英国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。此外还包括颜色添加剂黑色母。
树脂和各种添加剂在高速混合器中干混3～5分钟，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，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80×6×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。光照老化性能测试按PV1303标准进行，光照周期为5周期和10周期，试样尺寸为145×45×3.2mm，采用Atlas Ci4000水冷式氙灯老化仪进行光照老化性能测试。
材料的综合力学性能通过测试所得的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度以及弯曲模量的数值进行评判。材料的耐光照老化性能按照PV1303标准规定，在光照周期结束后根据材料表面的颜色前后变化的标度ΔE的值来评判材料的耐光性等级。具体分为5级：ΔE＝0±0.2为5级；ΔE＝0.8±0.2为4.5级；ΔE＝1.7±0.3为4级，ΔE＝2.5±0.35为3.5级；ΔE＝3.4±0.4为3级；ΔE＝4.8±0.5为2.5级；ΔE＝6.8±0.6为2级；ΔE＝9.6±0.7为1.5级；ΔE＝13.6±1.0为1级。ΔE的数值越小，表示材料的耐光老化性能越好，耐光性等级也就越高。实施例配方及各项性能测试结果见下各表：
表1：实施例1-5及对比例1-4材料配方表(重量％)
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  聚丙烯   98.1   98   67.9   67.9   57.9   97.8   67.8   67.8   57.8
  滑石粉   -   -   20   10   40   -   20   10   40
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  增韧剂POE   -   -   10   20   -   -   10   20   -
  光稳定剂HA88FD   0.1   0.2   0.3   0.3   0.3   -   -   -   -
  光稳定剂770 - - - - - 0.2 0.2 0.2 0.2
  光稳定剂944 - - - - - 0.2 0.2 0.2 0.2
  抗氧剂1010 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
  抗氧剂DSTP   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
  抗氧剂168   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
  黑色母   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2
各配方的测试结果参见表2：
表2：实施例1-5及对比例1-4测试结果
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  熔融指数(g/10min)   8.2   8.3   9.2   7.2   8.7   8   7.9   7   8.2
  缺口冲击强度(kJ/m2)   8.8   8.5   18.9   42   2.5   8.5   17.6   41.8   2.3
  拉伸强度(MPa) 25.2 25.8 20.7 16.2 32 25.5 21 16.8 32.3
  弯曲强度(MPa) 35.5 35.3 42.0 20 51 35.4 42.5 20.5 50.2
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  弯曲模量(MPa)   1260   1240   1870   980   3200   1250   1820   1020   3150
  5周期耐光照等级 4.5级 5级 5级 5级 5级 4.5级 4.5级 3.5级 3.5级
  10周期耐光照等级 3.5级 4.0级 4.5级 4.0级 4.0级 3.0级 3.0级 2.5级 2.5级
从实施例1、2与对比例1，实施例3与对比例2，实施例4与对比例3以及实施例5与对比例4的对比中可以看出，无论是纯聚丙烯还是有滑石粉填充的聚丙烯，或者是滑石粉与增韧剂复配的聚丙烯组合物体系，大分子量光稳定剂HA88FD的加入确实比其它光稳定剂如770、944对提高材料的耐光老化性能有更大的帮助，同时即使从成本方面考虑也可以发现HA88FD的添加量控制在0.2-0.3％左右就可以在光照5周期下使聚丙烯复合材料的耐光照等级达到最高等级5级的水平，而且此时聚丙烯组合物不仅具备良好的耐光老化性能，材料的物理力学性能也基本保持不变。而当光照周期达到10周期的超长辐照的时候，这种大分子量光稳定剂的优势就更加明显，在其它光稳定剂如770、944已经出现耐光照等级小于3级的不合格状态时，加有这种大分子量光稳定剂的各种聚丙烯组合物仍能基本保持大于3级的表面良好状态。

Claims (10)

1.一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，按以下重量百分比的原料配制而成：
聚丙烯        55～99％
无机填料      0～42％
增韧剂POE     0～20％
光稳定剂      0.1～0.5％
抗氧剂        0.1～1％
其他助剂      0～5％。
2.根据权利要求1所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，其特征在于：所述的聚丙烯为在230℃×2.16kg的测试条件下，为熔体流动速率在0.5～60g/10min之间的均聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，其特征在于：所述的嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，其含量在4～10mol％的范围内；均聚聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％。
4.根据权利要求1所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，其特征在于：所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或几种，其粒径范围均为1～20微米。
5.根据权利要求1所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，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0.88～0.90g/cm3，熔融指数为1～50g/10min。
6.根据权利要求1所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种；辅抗氧剂为亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，其特征在于：主抗氧剂为3114、1010和DSTP中的一种或几种；辅抗氧剂为618和168中一种或两种。
8.根据权利要求1所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，其特征在于：所述的光稳定剂的添加量为0.1～0.4％。
9.根据权利要求1或8所述的一种耐光照老化性能的聚丙烯组合物，其特征在于：所述的光稳定剂是一种分子量为3000的低聚受阻胺类光稳定剂HA88FD，其化学名称为：聚{[(N，N’-1，2-二亚甲基)氨基]-1，3，5-三嗪N-丁基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}，密度为0.45g/cc，软化温度为120-150℃。
10.一种制备权利要求1所述的耐光照老化性能的聚丙烯组合物的方法，其特征在于：如下所述：
(1)按权利要求1重量配比称取原料；
(2)将聚丙烯、无机填料、增韧剂POE、抗氧剂、光稳定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，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，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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