CN101775173A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：聚丙烯40～70％，增韧剂5～30％，中空玻璃微球10～40％，光热稳定剂0.2～5％，偶联剂0.1～5％，相容剂0.5～5％，加工助剂0.1～5％，阻燃剂2～15％。本发明聚丙烯复合材料的制备方法，通过配料、中空玻璃微球在偶联剂中浸泡、烘干、混料、造粒制备得到聚丙烯复合材料。本发明通过填充高强度中空玻璃微球，降低PP材料的密度并且提高PP材料的强度以及尺寸稳定性，对于塑料减重具有重大意义，尤其在车用塑料材料中，对汽车的轻量化，节能减排意义重大。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯技术领域，公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)材料具有优良的力学性能及低成本、易加工、无毒、化学稳定性好的优点，因此广泛应用在汽车、电子、家电部件、建筑等领域。但是随着科技的发展，特别是迎合汽车减重的需求，需要开发低密度的聚丙烯材料。聚丙烯复合材料是PP材料中的一种，聚丙烯填充材料被广泛用于制备聚丙烯复合材料中，普通的聚丙烯填充材料是滑石粉、陶土等，制备的传统聚丙烯复合材料密度大，加工过程中收缩率大，很难达到高强度。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种能够降低聚丙烯材料的密度并且提高聚丙烯材料的强度以及尺寸稳定性的聚丙烯复合材料。
本发明实施例的另一个目的是提供聚丙烯复合材料的制备方法。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：
一种聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料的配方包括以下重量百分含量的组分：
聚丙烯 40～70％
增韧剂 5～30％
中空玻璃微球 5～40％
光热稳定剂 0.2～5％
偶联剂 0.1～5％
相容剂 0.5～5％
加工助剂 0.1～5％
阻燃剂 2～15％。
本发明提供优选的方案：一种聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料的配方包括以下重量百分含量的组分：
聚丙烯 50～60％
增韧剂 10～25％
中空玻璃微球 10～35％
光热稳定剂 0.5～4％
偶联剂 0.5～4％
相容剂 1.0～4％
加工助剂 0.5～4％。
阻燃剂 5～10％。
所述的增韧剂选自乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物(POE)、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物(EPDM)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)及丙烯-乙烯接枝共聚物中的一种或两种以上。
所述中空玻璃微球，直径为5-150um，密度为0.125g/cc-0.60g/cc，软化温度600℃，抗压强度250psi-18000psi。
所述光热稳定剂选自钛白粉、紫外线吸收剂、抗氧剂及防老剂中的一种或两种以上。
所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述相容剂为马来酸酐接枝共聚物。
所述的加工助剂选自硬脂酸、硬脂酸盐、硅橡胶、EBS(花王)及PE蜡中的一种或两种以上。
所述硬脂酸盐为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的一种。
所述的阻燃剂为三氧化二锑、十溴二苯乙烷，MCA(氰尿酸三聚氰胺)、氢氧化镁中的一种或两种以上。
本发明还提供一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下的步骤：
(1)将聚丙烯、增韧剂、中空玻璃微球、光热稳定剂、偶联剂、相容剂、加工助剂及阻燃剂按照配方，准确称量后备用；
(2)将中空玻璃微球浸泡于偶联剂中10-60min，得到表面处理过、相容性好的中空玻璃微球；
(3)将表面处理后的中空玻璃微球置于烘箱中80-100℃，1-3小时烘干；
(4)将烘干后的中空玻璃微球及聚丙烯、增韧剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂、阻燃剂置于高混机中，在转速为800-1000rpm下混合15～25min，加热温度为100-150℃，一次加入或分三批等量加入中空玻璃微球，得到混合均一、干燥的物料；
(5)将步骤(4)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为140～220℃、螺杆转速为150～200rpm，挤出切粒后得到聚丙烯复合材料，密封包装。
本发明提供另一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下的步骤：
(1)将聚丙烯、增韧剂、中空玻璃微球、光热稳定剂、偶联剂、相容剂、加工助剂及阻燃剂按照配方，准确称量后备用；
(2)将中空玻璃微球浸泡于偶联剂中10-60min，得到表面处理过、相容性好的中空玻璃微球；
(3)将表面处理后的中空玻璃微球置于烘箱中80-100℃，1-3小时烘干；
(4)将聚丙烯、增韧剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂及阻燃剂置于高混机中，在转速为1000-1200rpm下高速混合15～20min，加热温度为100-150℃；
(5)将步骤(4)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机加料斗中，步骤(3)中已处理过的中空玻璃微球在双螺杆的机头加料口处加入，控制混合物和中空玻璃微球的喂料速度，主机喂料转速10-15rpm，用来控制步骤(4)中混合物的加料速度，机头加料口喂料转速1-5rpm，用来控制中空玻璃微球的加入速度，加热温度为140～220℃、螺杆转速为150～200rpm，挤出切粒后得到玻璃微球填充聚丙烯复合材料，密封包装。
本发明实施例的有益效果是：本发明通过填充高强度中空玻璃微球，获得一种复合改性新型轻质聚丙烯，降低PP材料的密度并且提高PP材料的强度以及尺寸稳定性，对于塑料减重具有重大意义，尤其在车用塑料材料中，对汽车的轻量化，节能减排意义重大。
本发明主要提供车用注塑件PP复合材料，如车用保险杆材料、车用仪表板材料、内外车护板等车用塑料件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
按照下列配方称取原料：(千克)
聚丙烯70、POE 10、中空玻璃微球10、钛白粉0.5、硅烷偶联剂KH570 2、POE接枝马来酸酐3、硬脂酸1、三氧化二锑1、十溴二苯乙烷2.5。
中空玻璃微球选用：3M公司型号为M30K的中空玻璃微球。
制备方法：
(1)将聚丙烯70千克、POE 10千克、中空玻璃微球10千克、钛白粉0.5千克、硅烷偶联剂KH570 2千克、POE接枝马来酸酐3千克、硬脂酸1千克三氧化二锑1千克，十溴二苯乙烷2.5千克，按照配方准确称量后备用；
(2)将中空玻璃微球10千克浸泡于硅烷偶联剂KH570 2千克中30min，得到表面处理过、相容性好的中空玻璃微球；
(3)将表面处理后的中空玻璃微球置于烘箱中100℃，干燥1小时，烘干中空玻璃微球；
(4)将烘干后的中空玻璃微球及聚丙烯70千克、POE 10千克、钛白粉0.5千克、马来酸酐3千克、硬脂酸1千克、三氧化二锑1千克、十溴二苯乙烷2.5千克置于高混机中，在转速为1000rpm下混合20min，加热温度为100℃，中空玻璃微球分3批加入，前两次每次加入3.3千克，最后得到混合均一、干燥的物料。
实施例2
按照下列配方称取原料：(千克)
聚丙烯65、EPDM 10、SBS 3、中空玻璃微球15、抗氧化剂1010 1.5、硅烷偶联剂KH5501、EPDM接枝马来酸酐、0.5、硬脂酸0.5、PE蜡1、硅橡胶0.5、三氧化二锑1、MCA 1。
中空玻璃微球选用3M公司型号为S60SH的中空玻璃微球。
制备方法：
(1)将聚丙烯65千克、EPDM 10千克、SBS 3千克、中空玻璃微球15千克、抗氧化剂1010 1.5千克、硅烷偶联剂KH550 1千克、EPDM接枝马来酸酐0.5千克、硬脂酸0.5千克、PE蜡1千克，硅橡胶0.5、三氧化二锑1千克、MCA1千克，按照配方准确称量后备用；
(2)将中空玻璃微球15千克浸泡于硅烷偶联剂KH550 1千克中10min，得到表面处理过、相容性好的中空玻璃微球；
(3)将表面处理后的中空玻璃微球置于烘箱中80℃干燥时间2小时，烘干中空玻璃微球；
(4)将聚丙烯65千克、EPDM 10千克、SBS 3千克、抗氧化剂1010 1.5千克、EPDM接枝马来酸酐0.5千克、硬脂酸0.5千克、PE蜡1千克、硅橡胶0.5千克、三氧化二锑1千克及MCA 1千克置于高混机中，在转速为1200rpm下高速混合20min，加热温度为150℃；
(5)将步骤(4)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机加料斗中，步骤(3)中已处理过的中空玻璃微球15千克在双螺杆的机头加料口处加入，控制混合物和中空玻璃微球的加料速度，例如，喂料主机即双螺杆挤出机喂料转速15rpm，用来控制步骤(4)中混合物的加料速度，机头加料口喂料转速2rpm，用来控制中空玻璃微球的加入速度，当然，主机喂料转速可以选择在10-15rpm内，机头加料口喂料转速可以选择在1-5rpm内不受限定。加热温度为200℃、螺杆转速为200rpm，挤出切粒后得到聚丙烯复合材料，密封包装。
采用本发明实施例2的方法，将中空玻璃微球和其它混合物分别从两个加入口加入到双螺杆挤出机中，能够防止中空玻璃微球在通过螺杆时的破碎现象。
实施例3
按照下列配方称取原料：(千克)
聚丙烯60、POE 2、EPDM 8、中空玻璃微球17、钛白粉1、防老剂CPL(己内酰胺)2.5、硅烷偶联剂KH560 1、PP接枝马来酸酐3、PE蜡0.3、硅橡胶0.2，三氧化二锑5。
制备方法如实施例1。
实施例4
按照下列配方称取原料：(千克)
聚丙烯55、SBS 14、中空玻璃微球20、紫外线吸收剂1、抗氧化剂1010 1、硅烷偶联剂KH560 0.5、马来酸酐2.5、硬脂酸锌1、三氧化二锑2.5KG、十溴二苯乙烷2.5。
制备方法如实施例1。
实施例5
按照下列配方称取原料：(千克)
聚丙烯47、POE 25、中空玻璃微球10、钛白粉0.1、抗氧化剂1010 0.1、硅烷偶联剂KH570 5、POE接枝马来酸酐4.8、硬脂酸钙1.5、PE蜡2、硅橡胶1.5、三氧化二锑1、氢氧化镁2。
制备方法如实施例2。
实施例6
按照下列配方称取原料：(千克)
聚丙烯40、EPDM 10、丙烯-乙烯接枝共聚物10、中空玻璃微球30、抗氧化剂1010 0.5、硅烷偶联剂KH570 0.4、马来酸酐(EPDM接枝)1、硬脂酸0.1、三氧化二锑4、十溴二苯乙烷4。
制备方法如实施例2。
实施例7
按照下列配方称取原料：(千克)
聚丙烯40、POE 1、SEBS 3、SBS 1、中空玻璃微球25、紫外线吸收剂2、己内酰胺2、硅烷偶联剂KH570 4.5、POE接枝马来酸酐3、EBS 2、硅橡胶1.5、三氧化二锑5、十溴二苯乙烷5、MCA 5。
制备方法如实施例2。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于：该聚丙烯复合材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：
聚丙烯 40～70％
增韧剂 5～30％
中空玻璃微球 5～40％
光热稳定剂 0.2～5％
偶联剂 0.1～5％
相容剂 0.5～5％
加工助剂 0.1～5％
阻燃剂 2～15％。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：该聚丙烯复合材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：
聚丙烯 50～60％
增韧剂 10～25％
中空玻璃微球 10～35％
光热稳定剂 0.5～4％
偶联剂 0.5～4％
相容剂 1.0～4％
加工助剂 0.5～4％
阻燃剂 5～10％。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂选自乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物及丙烯-乙烯接枝共聚物中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述中空玻璃微球密度为0.125g/cc-0.60g/cc，直径为5-150um，软化温度600℃，抗压强度250psi-18000psi。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述光热稳定剂选自钛白粉、紫外线吸收剂、抗氧剂及防老剂中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述相容剂为马来酸酐接枝共聚物。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的加工助剂选自硬脂酸、硬脂酸盐、硅橡胶、花王EBS及PE蜡中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂为三氧化二锑、十溴二苯乙烷、氰尿酸三聚氰胺、氢氧化镁中的一种或两种以上。
9.一种权利要求1-8任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下的步骤：
(1)将聚丙烯、增韧剂、中空玻璃微球、光热稳定剂、偶联剂、相容剂、加工助剂、阻燃剂按照配方，准确称量后备用；
(2)将中空玻璃微球浸泡于偶联剂中10-60min，得到表面处理过、相容性好的中空玻璃微球；
(3)将表面处理后的中空玻璃微球置于烘箱中80-100℃烘干；
(4)将烘干后的中空玻璃微球及聚丙烯、增韧剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂、阻燃剂置于高混机中，在转速为800-1000rpm下混合15～25min，加热温度为100-150℃，一次或分批加入中空玻璃微球，得到混合均一、干燥的物料；
(5)将步骤(4)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机加料斗中，加热温度为140～220℃、螺杆转速为150～200rpm，挤出切粒后得到聚丙烯复合材料，密封包装。
10.一种权利要求1-8任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下的步骤：
(1)将聚丙烯、增韧剂、中空玻璃微球、光热稳定剂、偶联剂、相容剂加工助剂及阻燃剂按照配方，准确称量后备用；
(2)将中空玻璃微球浸泡于偶联剂中10-60min，得到表面处理过、相容性好的中空玻璃微球；
(3)将表面处理后的中空玻璃微球置于烘箱中80-100℃烘干；
(4)将聚丙烯、增韧剂、光热稳定剂、相容剂、加工助剂及阻燃剂置于高混机中，在转速为1000-1200rpm下高速混合15～20min，加热温度为100-150℃；
(5)将步骤(4)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机加料斗中，步骤(3)中已处理过的中空玻璃微球在双螺杆的机头加料口处加入，控制混合物和中空玻璃微球的喂料速度，加热温度为140～220℃、螺杆转速为150～200rpm，挤出切粒后得到聚丙烯复合材料，密封包装。
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