CN103113680A - 一种低光泽聚烯烃弹性体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烯烃弹性体复合材料及其制备方法，所述低光泽聚烯烃弹性体复合材由聚丙烯、聚乙烯、消光剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂、光稳剂和助剂构成。该复合材料具有表面光泽度低、韧性好、耐热性优良等特性，且原材料易得、成本低；并且无需添加硫化剂和硫化助剂等有毒有害物质，无二次污染，制备工艺简单，生产成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料及其制备方法。
技术背景
聚丙烯（PP）材料耐热性能优异、抗弯曲疲劳性好、价格低，用途广泛，但PP低温韧性差。为了提高聚丙烯的韧性，采用乙烯与丙烯共聚的方法制备共聚聚丙烯。共聚聚丙烯一般含有1%-7%（重量）的乙烯分子和99%-93%（重量）的丙烯分子。在聚合物链上，乙烯分子以无规则和嵌段的方式插在丙烯分子中间，从而提高了聚丙烯的韧性。但对于共聚聚丙烯的韧性比弹性体差了很多，对于特殊的应用环境，还需要通过适当方法进行增韧。
低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.91-0.94g/cm3，具有较高的软化温度和熔融温度，有韧性好、耐寒性好等优点，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。但是低密度聚乙烯强度不足，需要经过适度交联，形成一定的物理和化学交联点，从而实现材料的韧性和强度的平衡，有望成为热塑性弹性体的替代品之一。
热塑性弹性体TPE/TPR，又称人造橡胶或合成橡胶。其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方更、加工方式广的特点。可采用注塑、挤出、吹塑等加工方式生产，生产过程中的边角料可以粉碎后直接二次使用。既简化加工过程，又降低加工成本，因此热塑性弹性体TPE/TPR材料已成为取代传统橡胶的最新材料，其环保、无毒、手感舒适、外观精美，使产品更具创意。因此它是一支更具人性化、高品位的新型合成材料，也是世界化标准性环保材料。
中国发明专利CN1516715 A公布了一种交联热塑性聚烯烃弹性体组合物，该弹性体的制备方法包含以两步：首先，在热塑性聚烯烃存在下，通过混合/捏合弹性体聚烯烃和交联助剂以及任选的添加剂而制备母炼胶。其次，将母炼胶冷却后，混合/捏合母炼胶和交联剂以及任选的添加剂。这样制备的弹性体加工步骤复杂，不能实现连续生产，同时添加的交联剂和交联助剂容易造成二次污染。
中国发明专利CN1275998 A公布了一种热塑性弹性体和聚烯烃的增容共混物。本专利采用扩链剂，在加工过程中实现热塑性弹性体和聚烯烃的动态交联，提高两者的相容性，从而提高复合材料的抗冲性、拉伸强度，阻止材料的分层。该复合材料需要在加工过程中严格控制温度、转速等加工条件，从而限制了该技术的广泛推广，同时交联反应以后复合材料的韧性降低，脆性增强，很难满足高韧性材料的要求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的聚烯烃弹性体价格高，制备工艺复杂、具有二次污染等问题，提供了一种适用于工业化连续生产、性价比高的低光泽聚烯烃弹性体复合材料。
本发明的另一个目的是提供上述低光泽聚烯烃弹性体复合材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述复合材料是由下列组份按重量份构成：聚丙烯：20-70、消光剂：0.2-5、增韧剂：10-70、抗氧剂：0.1-0.4、润滑剂：0.1-0.5、光稳剂：0.1-0.3、助剂：0-3。
上述方案的优选方案是，所述复合材料还包含2-30份聚乙烯，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯或低密度聚乙烯。
所述聚丙烯为乙烯含量小于7%、悬臂梁缺口冲击强度大于10KJ/m2的共聚聚丙烯。
所述的消光剂为乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐（POE-g-MAH）、聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH）、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐（EPDM-g-MAH）、聚乙烯接枝马来酸酐（PE-g-GMA）中的至少一种。
所述增韧剂为乙烯辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物中的至少一种。
所述的润滑剂为白油、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硅酮粉中的至少一种。
所述抗氧剂为四(β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯（1010）、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯（168）、硫代二丙酸双十八醇酯（DSTDP）中的至少一种。
所述的光稳剂为受阻胺类或紫外线吸收剂中的至少一种。
所述的助剂为色母粒、抗静电剂、耐刮擦剂或过氧化物。
所述的色母粒优选为黑母粒，抗静电剂优化为酰胺类抗静电剂，耐刮擦剂优选为ER740。
制备上述低光泽聚烯烃弹性体复合材料的方法是，按配比将聚丙烯、聚乙烯、增韧剂、消光剂、抗氧剂、润滑剂和助剂混合后经挤出机熔融挤出后造粒制得。
本发明制备的低光泽聚烯烃弹性体复合材料以共聚聚丙烯、低密度聚乙烯为基材，以聚烯烃类弹性体为增韧剂，以马来酸酐接枝物为消光剂，制得低光泽度、耐温性好和韧性佳的复合材料。根据测试标准和条件对其检测知，该复合材料的弯曲模量小于1000MPa，光泽度低于30，并且可以经过90℃，120小时热老化后不变形，且综合成本低，具有代替TPE的潜力，成为汽车内减震、密封和防滑的复合材料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明的聚烯烃弹性体复合材料，具有表面光泽度低、韧性好、耐温性好等优点。
2、本发明中聚烯烃弹性体复合材料采用共聚聚丙烯或共聚聚丙烯与低密度聚乙烯为基料，其原材料易得，成本低。
3、本发明利用接枝物为消光剂，消除制品表面高的光泽度，同时提高了材料的耐热性，从而成为热塑性弹性体的潜在替代品之一。
4、本发明中无需添加硫化剂和硫化助剂等有毒有害物质，无二次污染，制备工艺简单，生产成本低廉。
具体实施方式：
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
在本发明中，低光泽聚烯烃弹性体复合材料是先按重量配比分别称取聚丙烯、聚乙烯、增韧剂剂、消光剂、抗氧剂、润滑剂、光稳剂、其他助剂经过高速混合机混合均匀后由双螺杆挤出机挤出造粒制备低光泽聚烯烃弹性体复合材料。
实施例1
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯65.0份，低密度聚乙烯10.0份，乙烯辛烯共聚物23份，消光剂EPDM-g-MAH为0.5 份、PP-g-MAH为0.5 份，抗氧化剂1010为0.3份，抗氧剂DSTDP为0.1份，润滑剂乙撑双硬脂酰胺0.1份，硅酮粉0.3份，受阻胺光稳剂0.2份进行混合，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
实施例2
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯70.0份，低密度聚乙烯18.5份，三元乙丙橡胶10.份，消光剂PP-g-MAH为0.2 份，抗氧化剂1010为0.3份，抗氧剂168为0.1份，润滑剂乙撑双硬脂酰胺0.1份，受阻胺光稳剂0.1份，二苯甲酮类光稳剂为0.2份，白油为0.2份，硬脂酸钙为0.1份，酰胺类抗静电剂为0.1份进行混合，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
实施例3
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯50.0份，低密度聚乙烯18.0份，苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物30份，消光剂POE-g-MAH为1.0 份，抗氧化剂1010为0.1份，润滑剂乙撑双硬脂酰胺0.2份、白油为0.2份、硬脂酸钙为0.1份，受阻胺光稳剂0.1份，二苯甲酮类光稳剂为0.2份，酰胺类抗静电剂为0.1份进行混合，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
实施例4
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯23.0份，乙烯辛烯共聚物70份，消光剂PP-g-MAH为2.0 份，POE-g-MAH为3.0 份，抗氧化剂1010为0.1份，抗氧剂168为0.1份，润滑剂乙撑双硬脂酰胺0.5份，受阻胺光稳剂0.1份，二苯甲酮类光稳剂为0.2，黑母粒为1份进行混合，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
实施例5
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯30.0份，低密度聚乙烯13.0份，乙烯辛烯共聚物50份，消光剂PP-g-MAH为5.0 份，抗氧化剂1010为0.1份，抗氧剂DSTDP为0.3份，润滑剂硅酮粉0.3份，受阻胺光稳剂0.1份，二苯甲酮类光稳剂为0.2份，黑母粒为1份进行混合，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
实施例6
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯50.0份，低密度聚乙烯28.0份，乙烯辛烯共聚物8份，三元乙丙橡胶为8份，消光剂PP-g-MAH为3.0 份，抗氧化剂1010为0.1份，抗氧剂DSTDP为0.3份，润滑剂硅酮粉0.3份，受阻胺光稳剂0.1份，二苯甲酮类光稳剂为0.2份进行混合，耐刮擦剂ER740为2份，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
实施例7
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯35.0份，低密度聚乙烯2.0份，乙烯辛烯共聚物50份，三元乙丙橡胶为8份，消光剂P0E-g-MAH为4.0 份，抗氧化剂1010为0.1份，抗氧剂DSTDP为0.3份，润滑剂硅酮粉0.3份，受阻胺光稳剂0.1份，二苯甲酮类光稳剂为0.2份进行混合，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
实施例8
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯20.0份，低密度聚乙烯30.0份，乙烯辛烯共聚物14份，苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物30份，消光剂PE-g-MAH为2.0 份，抗氧化剂1010为0.1份，抗氧剂DSTDP为0.3份，润滑剂硅酮粉0.5份,受阻胺光稳剂0.1份，黑母粒PE2772为3份，进行混合，将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，然后经过水冷后，由切粒机切成长度为1-5mm的粒子，得到最终产品。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，195℃，200℃，200℃，205 ℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。
将上述实施例1-8中的样品按照统一工艺注塑成国标样条，按照表1中所列的测试标准和条件对其分别进行机械性能和光泽度测试，测试数据如下表2所示。
表1：复合材料的性能测试标准和条件
| 测试项目 | 单位/Unit | 试验方法/Method |
| 熔融指数 | g/10min | GB/T 3682 |
| 拉伸强度 | Mpa | GB/T1040.1 |
| 断裂伸长率 | % | GB/T1040.1 |
| 弯曲强度 | Mpa | GB/T 9341.1 |
| 悬臂梁缺口冲击强度(23℃) | KJ/m2 | GB/T 1043.1 |
| 光泽度 | GB/T 18601 | |
| 邵氏硬度A | HA | GB/T 2411 |
表2： 实施例1~8中各复合材料的性能测试结果
| 实施例 | 拉伸强度/Mpa | 断裂伸长率/% | 缺口冲击强度（KJ/m2） | 弯曲模量/Mpa | 光泽度 | 邵氏硬度/HA |
| 实施例1 | 20 | 350 | 45 | 1000 | 28 | 72 |
| 实施例2 | 23 | 400 | 46 | 980 | 26 | 70 |
| 实施例3 | 23 | 350 | 38 | 1050 | 20 | 65 |
| 实施例4 | 22 | 450 | 35 | 850 | 29 | 76 |
| 实施例5 | 21 | 380 | 42 | 980 | 21 | 69 |
| 实施例6 | 19 | 560 | 39 | 943 | 22 | 71 |
| 实施例7 | 20 | 550 | 37 | 1023 | 23 | 69 |
| 实施例8 | 18 | 370 | 38 | 1026 | 21 | 68 |
从表2中的数据可以看出，所有实施例中对应的聚烯烃弹性体复合材料经测试，其断裂伸长率均大于300%，表明更改配方中成分的不同比例可以得到不同的弹性体复合材料。
分析实施例中材料的光泽度可以看出，该复合材料的光泽度均小于30，表明该材料为典型的亚光材料，能够很好的满足内饰件材料的亚光应用要求。而比较实施例4和实施例5可以看出，添加聚乙烯可以明显降低复合材料的表面光泽度。
由材料的邵氏硬度可以看出，该复合材料的邵氏硬度均在60-80之间，是比较理想的弹性体硬度。
由以上分析可以看出，本发明公布的聚烯烃弹性体复合材料是一款性价比高，实用性强的材料。
Claims (10)
1.一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述复合材料是由下列组份按重量份制备而成：
聚丙烯：20-70份
消光剂：0.2-5份
增韧剂：10-70份
抗氧剂：0.1-0.4份
润滑剂：0.1-0.5份
光稳剂：0.1-0.3份
助 剂：0-3份。
2.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述复合材料还包含2-30份聚乙烯，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯或低密度聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为乙烯含量小于7%、悬臂梁缺口冲击强度大于10KJ/m2的共聚聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述消光剂为乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述润滑剂为白油、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硅酮粉中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四(β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述光稳剂为受阻胺类或紫外线吸收剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料，其特征在于：所述助剂为色母粒、抗静电剂、耐刮擦剂或过氧化物。
10.一种制备如权利要求1所述的一种低光泽聚烯烃弹性体复合材料的方法，其特征在于：按配比将聚丙烯、增韧剂、消光剂、抗氧剂、润滑剂、光稳剂和助剂混合后经挤出机熔融挤出后造粒制得。
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