CN103012970B

CN103012970B - 一种耐候耐老化聚丙烯材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103012970B
Application number: CN201210508374.5A
Authority: CN
Inventors: 杨桂生; 梁娜; 孙利明
Original assignee: Hefei Genius New Materials Co Ltd
Current assignee: Hefei Genius New Materials Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-12-03
Also published as: CN103012970A

Abstract

本发明公开了一种耐候耐老化聚丙烯材料，其包括组分：PP原料65‑98份；弹性体0‑10份；填充剂0‑20份；填充分散剂0‑2份；抗氧剂0.2‑0.6份；抗氧协效剂0.2‑0.7份；光稳定剂0.15‑0.8份；光吸收剂0.1‑0.5份；炭黑母粒0.5‑1份；其中，所述的填充分散剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或锡类偶联剂；所述的抗氧剂为受阻胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂；所述的光稳定剂选自二苯甲酮类光稳剂、苯并三唑类光稳剂或受阻胺类光稳剂；所述的光吸收剂为UV‑531。本发明的聚丙烯材料具有高耐候耐老化的功能，能够极大的拓宽聚丙烯类材料的应用领域，尤其是在于户外制品中的应用，同时，本发明具有工艺简单、操作方便和成本低的优点。

Description

一种耐候耐老化聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明属于聚合物加工技术领域，涉及一种高耐候耐老化聚丙烯（PP）材料的开发。

背景技术

聚丙烯（PP）是一种结构规整的结晶性聚合物，为白色粒料或粉料、无味、无毒、质轻的热塑性树脂，具备易加工、冲击强度、挠曲性以及电绝缘性好等优点，在汽车工业、家用电器、电子、包装、建材及家具等方面具有广泛的应用。但是PP也存在一些不足之处，它的耐寒性差、低温易脆断、收缩率大、抗蠕变性差、制品尺寸稳定性差，容易产生翘曲变形等缺点，因此需要对聚丙烯进行改性，聚丙烯的改性方法一般分为化学改性和物理改性，化学改性主要包括共聚、接枝、交联、氯化等，是通过改变分子链的结构达到目的的；物理改性主要包括共混改性、填充改性、复合增强、表面改性等。

PP可以用作多种汽车零部件和家用电器，现在典型的乘用车中，PP塑料部件占60多个，包括有多种外饰件和内饰件，如保险杠、仪表板、门内饰板、空调器零部件、蓄电池外壳、冷却风扇、方向盘，其中前五种占全车PP用量的一半以上。此外，改性PP还可用作其他汽车内饰件，如杂物箱及盖板材料、立柱饰板等；PP材料也可用在多种家用电器材料中。可以看出，由于PP材料易于成型、成本低、可回收利用等优点，其应用越来越广泛。其中对于PP填充材料来说，其抗热老化性能、耐候性也是提高材料应用范围的一个重要指标。

公开号为CN102020808A的发明专利公开了一种户外用聚丙烯运动地板专用料,其由以下原料组成:聚丙烯45-60质量份、聚乙烯5-10质量份、增韧剂2-15质量份、相容剂3-5质量份、矿物填料15-30质量份、色粉0-2质量份、防老化复配助剂,其中,防老化复配助剂由1-2质量份的热稳定剂、0.2-0.4质量份的抗氧剂、0.3-0.5质量份的光稳定剂组成。本发明的户外用聚丙烯运动地板专用料在注塑成40cm×40cm平板制品后可耐翘曲、耐候、耐低温，但其高效耐候耐老化的作用不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高耐候耐老化的聚丙烯（PP）材料及其制备方法。

本发明的高耐候耐老化聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制备而成：

PP原料 65-98份；

弹性体 0-10份；

填充剂 0-20份；

填充分散剂 0-2份；

抗氧剂 0.2-0.6份；

抗氧协效剂 0.2-0.7份；

光稳定剂 0.15-0.8份；

光吸收剂 0.1-0.5份；

炭黑母粒 0.5-1份；

其中所述的PP原料为乙烯、丙烯共聚物或聚丙烯均聚物，其中所述乙烯-丙烯共聚物中乙烯含量低于15%；

所述的抗氧协效剂为环氧类树脂化合物二甲基二氧丙环(DMDO)；

所述的光稳定剂选自二苯甲酮类光稳剂、苯并三唑类光稳剂或受阻胺类光稳剂；

所述的光吸收剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂，优选2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（UV-531）；

所述的弹性体为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物，其中乙烯-丙烯共聚物中的乙烯含量为16%-25%；该弹性体的主要作用为增韧聚丙烯体系。

所述的填充剂为无机填料，进一步讲，主要为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母中的至少一种，或任意两者的复配体系，二者的复配比例为任意比例，最优选滑石粉2500目、滑石粉5000目。

所述的填充分散剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、镁类偶联剂，优选硅烷偶联剂KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）或钛酸酯偶联剂，主要以使填充剂在聚丙烯基体中分散均匀为主。

所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂。

所述的受阻酚类抗氧剂进一步选自单酚抗氧剂、双酚抗氧剂或多元酚抗氧剂。

所述的亚磷酸酯类抗氧剂进一步选自亚磷酸烷基酯、亚磷酸芳基酯或亚磷酸烷基芳基酯；优选受阻酚类抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010），亚磷酸酯类抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（抗氧剂168）。

所述的光稳定剂选自二苯甲酮类光稳剂、苯并三唑类光稳剂或受阻胺类光稳剂。

所述的二苯甲酮类光稳剂进一步选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；苯并三唑类光稳剂进一步选自2-（2’-羟基苯基）苯并三唑或2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑；受阻胺类光稳剂进一步选自三丙酮胺，优选聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]]（TH-944）。

所述的炭黑母粒为聚丙烯或聚乙烯基体的炭黑母粒，母粒中炭黑的含量为10%。

所述的高耐候耐老化聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：

1）将填充剂0-20份、填充分散剂0-2份、抗氧剂0.2-0.6份、抗氧协效剂0.2-0.7份、光稳定剂0.15-0.8份、光吸收剂0.1-0.5份在50-90℃高速混合机中使用500rpm-1000rpm混合5min-10min；

2）将步骤1）中的混合物、PP原料65-98份、弹性体0-10份、黑母粒0.5-1份放入高速混合机中混合均匀；

3）将步骤2）中的混合物在160-220℃的双螺杆挤出机中挤出造粒得到PP料粒，再经过注塑成型即可得到制品。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明的聚丙烯材料具有高耐候耐老化的功能，能够极大的拓宽聚丙烯类材料的应用领域，尤其是在于户外制品中的应用；

2、本发明具有工艺简单、操作方便和成本低的优点。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并未构成对本发明实质精神的简单限定。其中，所用双螺杆挤出机的长径比40：1，生产厂家：昆山科信橡塑机械有限公司。所用的注塑机生产厂家：浙江海天机械有限公司，型号：MA600/100。

所用的热老化箱厂家：双棱测试设备有限公司，型号：XG-CS3。所用的氙灯老化箱厂家：ATLAS，型号：Ci4000。

所用的弹性体POE 8150生产厂家为美国陶氏公司；

所用的抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1010、光稳定剂TH-944、填充分散剂硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、镁类偶联剂、滑石粉2500目、滑石粉5000目、云母粉1000目、碳酸钙1000目、硫酸钡2000目、二苯甲酮类光吸收剂UV-531、环氧化合物二甲基二氧丙环(DMDO)、光稳剂2,4-二羟基二苯甲酮、光稳剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑均为市售。

实施例1

1）将滑石粉2500目 20份、硅烷偶联剂KH550 0.2份、抗氧剂1010 0.6份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO)0.7份、受阻胺类光稳定剂TH-944 0.5份、二苯甲酮类光吸收剂UV-5310.5份在50℃高速混合机中使用1000rpm混合5min；

2）将步骤1）中的混合物、乙烯-丙烯共聚物65份、弹性体POE 8150 10份、炭黑母粒1份放入高速混合机中混合均匀；

力学性能测试结果见表1，耐候及热老化性能结果见表2。

实施例2

1）将抗氧剂1010 0.2份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.2份、受阻胺类光稳定剂TH-944 0.3份、二苯甲酮类光吸收剂 UV-531 0.1份放入高速混合机中混合均匀；

2）将步骤1）中的混合物、乙烯-丙烯共聚物98份、炭黑母粒0.5份放入高速混合机中混合均匀；

3）将步骤1）中的混合物在160-220℃的双螺杆挤出机中挤出造粒得到PP料粒，再经过注塑成型即可得到制品。力学性能测试结果见表1，耐候及热老化性能结果见表2。

实施例3

1）将滑石粉2500目 20份、硅烷偶联剂KH550 0.1份、抗氧剂168 0.2份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.3份、受阻胺类光稳定剂TH-944 0.15份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.2份在90℃高速混合机中使用500rpm混合10min；

2）将步骤1）中的混合物、乙烯-丙烯共聚物75份、弹性体POE 8150 5份、黑母粒0.7份放入高速混合机中混合均匀；

力学性能测试结果见表1，耐候及热老化性能结果见表2。

实施例4

1）将滑石粉5000目 15份、硅烷偶联剂KH550 0.15份、抗氧剂1010 0.4份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.6份、受阻胺类光稳定剂TH-944 0.3份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.4份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

2）将步骤1）中的混合物、聚丙烯均聚物85份、黑母粒0.8份放入高速混合机中混合均匀；

力学性能测试结果见表1，耐候及热老化性能结果见表2。

实施例5

1）将滑石粉5000目 12份、硅烷偶联剂KH550 0.12份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、受阻胺类光稳定剂TH-944 0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

2）将步骤1）中的混合物、聚丙烯均聚物80份、弹性体POE 8150 7份、黑母粒1份放入高速混合机中混合均匀；

力学性能测试结果见表1，耐候及热老化性能结果见表2。

实施例6

1）将滑石粉5000目 12份、硅烷偶联剂KH550 0.12份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、光稳定剂2,4-二羟基二苯甲酮0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

实施例7

1）将滑石粉5000目 12份、硅烷偶联剂KH550 0.12份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、光稳定剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

所有挤出料粒按GB进行注塑，注塑样条在23℃、相对湿度50%条件下稳定24h后进行性能测试，测试标准如下：

拉伸强度按照GB/T 1040，采用哑铃型样条；

弯曲强度和弯曲模量按照GB/T 9341，采用矩形样条；

简支梁缺口冲击强度按照GB/T 1043，缺口宽度为样条宽度的1/3；

维卡软化温度按照GB/T 1633-2000；

性能测试结果见表1。

表1

实施例	1	2	3	4	5	6	7
								拉伸强度/MPa	21.2	25.2	23.5	26.3	22.9	23.7	24.5
弯曲强度/MPa	27.3	30.7	29.6	32.4	26.7	24.7	27.8
								弯曲模量/MPa	1255	1082	1157	1582	1140	1136	1267
简支梁缺口冲击强度/KJ·m^-2	25.5	10.6	18.7	6.5	15.2	17.6	16.6
								热变形温度/℃	98	86.5	92.6	106	90.7	89.6	92.7

表2

注：ΔE为老化前后材料的色差值。

从表1中可以看出，实施例的力学性能是根据PP原料、增韧剂、填料的比例而变化，其他助剂包括环氧类树脂、二苯甲酮类树脂的加入不会改变原有体系的力学性能；从表2中可以看出，在不同的热老化时间变化下，所有的实施例都通过了150℃/1000h的热老化测试，所有实施例在经过1000h的耐候测试之后，仅实施例3的ΔE=3.5，其他实施例的ΔE都在3.0以下，体系中所使用的环氧类树脂和二苯甲酮类的光吸收剂不仅可以起到辅助热老化的作用，还可以起到辅助耐候的作用，实施例3色差值变大的原因为体系中加入了20%的填充剂，但环氧类树脂和二苯甲酮类的光吸收剂的用量并未提高，从而使耐候测试后的样品出现色差变大的情况，而对于其他实施例来讲，随着体系中填充量的增加，所添加的抗氧协效剂也随之增加，并在高温混合下对填料表面进行了处理，因此材料的耐候性能得到提高。

实施例8

1）将碳酸钙1000目 12份、钛酸酯偶联剂0.12份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂1680.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、光稳定剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

实施例9

1）将云母粉1000目 12份、钛酸酯偶联剂0.12份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂1680.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、光稳定剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

2）将步骤1）中的混合物、聚丙烯均聚物80份、乙烯-丙烯共聚物弹性体7份、黑母粒1份放入高速混合机中混合均匀；

实施例10

1）将硫酸钡2000目 12份、铝酸酯偶联剂0.12份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂1680.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、光稳定剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

实施例11

1）将滑石粉5000目 12份、镁类偶联剂0.12份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、光稳定剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

实施例12

1）将云母粉1000目 20份、硅烷偶联剂KH550 0.2份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.3份、环氧类化合物二甲基二氧丙环(DMDO) 0.5份、光稳定剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑0.4份、二苯甲酮类光吸收剂UV-531 0.35份在70℃高速混合机中使用750rpm混合8min；

2）将步骤1）中的混合物、聚丙烯均聚物72份、弹性体POE 8150 7份、黑母粒1份放入高速混合机中混合均匀；

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于，该聚丙烯材料由以下重量份数的组分制备而成：

PP原料 65-98份；

弹性体 0-10份；

填充剂 0-20份；

填充分散剂 0-2份；

抗氧剂 0.2-0.6份；

抗氧协效剂 0.2-0.7份；

光稳定剂 0.15-0.8份；

光吸收剂 0.1-0.5份；

炭黑母粒 0.5-1份；

其中，所述的抗氧协效剂为环氧化合物DMDO；

所述的光吸收剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂。

2.如权利要求1所述的耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述的PP原料为乙烯-丙烯共聚物或聚丙烯均聚物，其中所述乙烯-丙烯共聚物中乙烯含量低于15%。

3.如权利要求1所述的耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述的弹性体为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丙烯共聚物，其中乙烯-丙烯共聚物中的乙烯含量为16%-25%；

所述的填充分散剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、镁类偶联剂；

所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂；

所述的光稳定剂选自苯并三唑类光稳剂或受阻胺类光稳剂；

所述的炭黑母粒为聚丙烯或聚乙烯基体的炭黑母粒，母粒中炭黑的浓度为10%。

4.如权利要求1所述的耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述填充剂选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钡和云母中的至少一种。

5.如权利要求3所述耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述的填充分散剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

6.如权利要求3所述的耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述受阻酚类抗氧剂为单酚抗氧剂、双酚抗氧剂或多元酚抗氧剂。

7.如权利要求3所述的耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述亚磷酸酯类抗氧剂为亚磷酸烷基酯、亚磷酸芳基酯或亚磷酸烷基芳基酯。

8.如权利要求3所述的耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述苯并三唑类光稳剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑或2-（2’-羟基苯基）苯并三唑。

9.如权利要求3所述的耐候耐老化聚丙烯材料，其特征在于：所述受阻胺类光稳剂为TH-944。

10.权利要求1至9任一项所述耐候耐老化聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2）将步骤1）中的混合物、PP原料65-98份、弹性体0-10份、炭黑母粒0.5-1份放入高速混合机中混合均匀；