CN101948586A - 一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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顾在春
任俊
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Abstract

本发明属于改性聚丙烯复合材料领域，涉及一种适用于制造汽车内饰件的改性聚丙烯复合材料，包括：聚丙烯、弹性体、矿物填料和助剂，按照重量份，上述成份的重量份分别为：聚丙烯70～90；弹性体5～10；矿物填料5～20；助剂0.1～1；其中，聚丙烯、弹性体和矿物填料的重量份之和为100份。本发明采用熔融共混技术，通过弹性体与无机超细矿物填料对聚丙烯共同作用，所制得的改性复合材料不仅保留了聚丙烯原有的优良性能，而且还显著提升了其冲击强度、拉伸强度及弯曲模量，加工性能也较为优良。本发明生产过程简单，生产效率高且原材料方便易得，成本较低。

Description

一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于改性复合材料领域，具体涉及一种改性聚丙烯复合材料；本发明同时还涉及所述改性聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性、绝缘性、加工成型性以及成本低廉等优点，故而被广泛应用于家用电器、汽车零配件、建筑材料、包装材料及日用品等领域。但是，因其分子链柔性低以及晶粒粗大，导致聚丙烯的柔韧性较差，从而限制了它在许多领域的进一步发展应用。因此，在不影响其其他方面性能(或者是提高其其他方面性能)的情况下，如何改善其冲击性能就显得尤为重要了。
目前，国内外在改善聚丙烯冲击性能这一课题上，虽说有许多方法，但总体来说主要是以下两种方法：一是添加弹性体，如加入乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-辛烯共聚物(POE)等增韧剂；二是添加无机纳米粒子。但弹性体价格较贵，而无机纳米粒子则又存在分散不均的问题。因此，聚丙烯的韧性改善问题仍有待解决。
发明内容
本发明目的是提供一种改性聚丙烯复合材料，在显著提高聚丙烯冲击韧性的基础上，还改善其强度与刚度，对加工流动性能也有所提升。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种改性聚丙烯复合材料，包括：聚丙烯、弹性体、矿物填料和助剂，按照重量份，上述成份的重量份分别为：
聚丙烯          60～90；
弹性体          5～10；
矿物填料        5～30；
相容剂            1～5；
助剂              0.1～1；
其中，聚丙烯、弹性体和矿物填料的重量份之和为100份。
优选的技术方案中，矿物填料为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、二氧化硅中的两种或两种以上的混合物。
进一步优选的技术方案中，矿物填料为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、二氧化硅中的两种的混合物，且两种矿物填料的配比为3∶1。
上述技术方案中，所述聚丙烯、弹性体、矿物填料以及助剂都是本领域技术人员公知的常用的成份，具体地：
所述聚丙烯选自：共聚聚丙烯中的一种或两种的混合物。其中，共聚聚丙烯的分子量范围为30～40万，。
所述矿物调料选自：滑石粉、碳酸钙、硅灰石、二氧化硅中的一种或一种以上的混合物。其中，滑石粉粒径为3000～30000目；碳酸钙粒径为3000～30000目；硅灰石粒径为0.5～5μm；二氧化硅粒径为0.5～5μm。
所述相容剂选自：马来酸酐与聚丙烯(PP-g-MAH)的接枝聚合物。
所述助剂选自：抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂PS802、光稳定剂770、光稳定剂944、光稳定剂UV-3853或光稳定剂UV-2908中一种以上的混合物；
抗氧剂1010的CAS号为：6683-19-8，分子式为：C73H108O12，化学名为：四 [β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；
抗氧剂168的CAS号为：31570-04-4，分子式为：C42H63O3P，化学名为：亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯；
抗氧剂1076的CAS号为：2082-79-3，分子式为：C35H62O3，化学名为：β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八酯；
抗氧剂PS802的CAS号为：693-36-7，分子式为：C42H82O4S，化学名为：硫代二丙酸二硬脂醇酯，化学名为：硫代二丙酸二硬脂醇酯；
光稳定剂770的CAS号为：52829-07-9，分子式为：C28H52O4N2，化学名为：双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯；
光稳定剂944的CAS号为：70624-18-9，分子式为：(C35H66N8)n＝4-5，化学名为：聚{[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]]-1，3，5-三嗪-2，4-[(2，2，6，6，-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1，6-己二撑[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}；
光稳定剂UV-2908的CAS号为：67845-93-63，分子式为：C31H54O3，化学名为：5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸十六烷基酯。
上述改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述重量配比称取原料；
(2)将聚丙烯、弹性体与相容剂在1000～2000转/分下高速混合1～10分钟；然后加入矿物填料，在1000～2000转/分下高速混合1～10分钟；最后再加入助剂，在1000～2000转/分下高速混合1～10分钟，得到预混料；
(3)将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热1～5分钟，其中螺杆各区的温度为190～250℃，螺杆转速为200～500转/分，挤出造粒，即可制得改性聚丙烯复合材料。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
采用弹性体与超细矿物填料协同作用于聚丙烯材料，在改善材料冲击性能的同时，还能提高其拉伸、弯曲性能，并同时解决了采用单一弹性体或矿物填料时所产生的价格昂贵、分散不均的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
按下述配方备料：
(a)聚丙烯          65质量份
(b)弹性体          10质量份
(c)矿物填料        25质量份
(d)相容剂          2质量份
(e)助剂            1质量份
其中，矿物填料包括：滑石粉和碳酸钙，按照质量比，滑石粉∶碳酸钙＝3∶1。
先将聚丙烯、弹性体与相容剂在1200转/分的转速下混合搅拌3分钟；然后加入矿物填料，在1500转/分的转速下搅拌5分钟；最后再加入助剂，在1200转/分的转速下搅拌5分钟，得到预混料。将该预混料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到改性聚丙烯复合材料。
经检测，所制得的聚丙烯复合材料性能如表1所示。
实施例二
按下述配方备料：
(a)聚丙烯          65质量份
(b)弹性体          15质量份
(c)矿物填料        20质量份
(d)相容剂          2质量份
(e)助剂            1质量份
其中，矿物填料包括：滑石粉和碳酸钙，按照质量比，滑石粉∶碳酸钙＝3∶1。
先将聚丙烯、弹性体与相容剂在1200转/分的转速下混合搅拌3分钟；然后加入矿物填料，在1500转/分的转速下搅拌5分钟；最后再加入助剂，在1200转/分的转速下搅拌5分钟，得到预混料。将该预混料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到改性聚丙烯复合材料。
经检测，所制得的聚丙烯复合材料性能如表1所示。
实施例三
按下述配方备料：
(a)聚丙烯          70质量份
(b)弹性体          5质量份
(c)矿物填料        25质量份
(d)相容剂          2质量份
(e)助剂            1质量份
其中，矿物填料包括：滑石粉和碳酸钙，按照质量比，滑石粉∶碳酸钙＝3∶1。
先将聚丙烯、弹性体与相容剂在1200转/分的转速下混合搅拌3分钟；然后加入矿物填料，在1500转/分的转速下搅拌5分钟；最后再加入助剂，在1200转/分的转速下搅拌5分钟，得到预混料。将该预混料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到改性聚丙烯复合材料。
经检测，所制得的聚丙烯复合材料性能如表1所示。
实施例四
按下述配方备料：
(a)聚丙烯          70质量份
(b)弹性体          10质量份
(c)矿物填料        20质量份
(d)相容剂          2质量份
(e)助剂            1质量份
其中，矿物填料包括：滑石粉和碳酸钙，按照质量比，滑石粉∶碳酸钙＝3∶1。
先将聚丙烯、弹性体与相容剂在1200转/分的转速下混合搅拌3分钟；然后加入矿物填料，在1500转/分的转速下搅拌5分钟；最后再加入助剂，在1200转/分的转速下搅拌5分钟，得到预混料。将该预混料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到改性聚丙烯复合材料。
经检测，所制得的聚丙烯复合材料性能如表1所示。
实施例五
按下述配方备料：
(a)聚丙烯          70质量份
(b)弹性体          15质量份
(c)矿物填料        15质量份
(d)相容剂          2质量份
(e)助剂            1质量份
其中，矿物填料包括：滑石粉和碳酸钙，按照质量比，滑石粉∶碳酸钙＝3∶1。
先将聚丙烯、弹性体与相容剂在1200转/分的转速下混合搅拌3分钟；然后加入矿物填料，在1500转/分的转速下搅拌5分钟；最后再加入助剂，在1200转/分的转速下搅拌5分钟，得到预混料。将该预混料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到改性聚丙烯复合材料。
经检测，所制得的聚丙烯复合材料性能如表1所示。
测试方法及条件：
(1)拉伸强度及断裂伸长率：根据ISO 527所述方法测试。
(2)弯曲强度及弯曲模量：根据ISO 178所述方法测试。
(3)缺口/无缺口冲击强度：根据ISO 179所述方法测试。
(4)球压痕硬度：根据ISO 2039所述方法测试。
(5)熔融指数：根据ISO 1133所述方法测试，条件为230℃，2.16kg载荷作用。
表1  聚丙烯复合材料实施例一～六性能测试结果
  实施例一   实施例二   实施例三   实施例四   实施例五
  屈服强度/(MPa)   25   22.3   30.5   24.3   19.6
  弯曲模量/(MPa)   2640   1996   2813   2374   1789
  缺口冲击/(kJ/m2)   30.1   41   22.6   35.2   46.1
  熔融指数/(g/10min)   20.4   23.7   15.1   18.7   17.4
  外观   一般   良好   一般   良好   良好
上述实施例仅用于说明本发明而不应该限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明所述内容之后，本领域技术人员对本发明做各种等价形式的改动或修改，这些等价形式同样属于本申请的权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种改性聚丙烯复合材料，由聚丙烯、弹性体、矿物填料和助剂组成，其特征在于，上述成份的重量份分别为：
聚丙烯          60～90；
弹性体          5～10；
矿物填料        5～30；
相容剂          1～5；
助剂            0.1～1；
其中，聚丙烯、弹性体和矿物填料的重量份之和为100份。
2.根据权利要求1所述改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯选自：共聚聚丙烯中的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述弹性体选自：聚乙烯-辛烯共弹性体或乙丙橡胶中的一种或其组合，且弹性体的粒料大小与聚丙烯粒料大小相当。
4.根据权利要求1所述改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述矿物填料选自：滑石粉、碳酸钙、硅灰石或二氧化硅中的一种或一种以上的混合物，且矿物填料的粒径范围为3000～30000目(约0.5～5μm)。
5.根据权利要求1所述改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂选自：一种马来酸酐与聚丙烯(PP-g-MAH)的接枝聚合物。
6.根据权利要求1所述改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述助剂选自：抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂PS802、光稳定剂770、光稳定剂944、紫外吸收剂UV-3853或UV-2908中的一种或一种以上的混合物。
7.一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按权利要求1所述重量配比称取原料；
(2)将聚丙烯、弹性体与相容剂在1000～2000转/分下高速混合1～10分钟；然后加入矿物填料，在1000～2000转/分下高速混合1～10分钟；最后再加入助剂，在1000～2000转/分下高速混合1～10分钟，得到预混料；
(3)将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热1～5分钟，其中螺杆各区的温度为190～250，螺杆转速为200～500转/分，挤出造粒，即可制得聚丙烯复合材料。
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