CN103509247A - 一种耐候聚丙烯复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。该复合材料由包括以下重量份的组分制成：共聚聚丙烯40-93份，无碱玻纤5-60份，相容剂1-6份，抗氧剂0.1-0.6份，光稳剂0.1-0.3份，辐射敏化剂0.6-1份，助剂0-5份。本发明通过功能助剂相互配合，可以制备高强度、高韧性、耐候的建筑模板用复合材料，该材料以其优异的综合性能可以用于制备各种建筑模板和其他户外用设备。

Description

一种耐候聚丙烯复合材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
玻璃纤维增强塑料是一种轻质高强度工程结构材料。其拉伸、弯曲弹性模量和抗蠕变、耐疲劳特性远好于非增强塑料，主要原因是，当有外力作用时，载荷通过纤维传递，而纤维又有很好的力学性能。在西欧，约有50%的纤维增强塑料应用于汽车工业，在美国约30%。玻纤增强热塑性塑料具有优异的刚性、韧性、防翘曲性，而且价格低于ABS和工程塑料。玻璃纤维增强塑料性能主要取决于以下因素：①玻纤含量，一般来说，玻纤含量越高，玻纤增强塑料的力学性能也越高，但玻纤含量太高，对加工设备磨损严重，且易使材料脆性提高和密度增大；同时当玻纤含量超过某一临界值后，随着玻纤含量进一步增加，机械性能反而下降；②玻纤在树脂基体中的长度；③玻纤与树脂基体良好的粘结力，分散均匀。为了制备综合性能优异的玻纤增强聚丙烯，需要优化玻纤含量和添加适量的相容剂。相容剂一般为酸酐接枝物导致体系呈现酸性，这导致呈弱碱性的光稳剂的耐候性降低，因此玻纤增强聚丙烯体系的耐侯性一直是困扰其户外使用的症结。
中国发明专利CN 102329448A公布了一种玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，其中介绍了利用高碱玻纤增强增韧聚丙烯复合材料用于制备洗衣机洗衣桶。这个复合材料具有优异的机械性能，可以满足洗衣机滚筒使用要求，但是该材料不具有抗紫外老化性能，因此只可以用于避光处制件使用。
中国发明专利CN 101338051A公布了一种长纤增强聚丙烯复合材料及其其制备方法，材料组分的质量比:聚丙烯35-55wt%，长玻璃纤维35-50wt%，偶联剂0.3-0.8wt%，相容剂5-10wt%，流动改性剂2-4wt%，抗氧剂0.3-0.6wt%，润滑剂1-2wt%。其工艺：先将聚丙烯、流动改性剂、相容剂、抗氧剂及润滑剂进行混合；再将混合物加入到双螺杆挤出机内，加工温度在180-230℃；继而通过挤出机口模挤出熔体形成熔池；将连续玻璃纤维预热干燥，并对长玻纤表面进行处理；随后引入浸渍装置，使数股长玻璃纤维被引入到熔池中，使长玻璃纤维被熔体充分浸渍，再集束包覆，从喇叭口形的模头出口处出料，最后冷却、切粒，即得到长玻璃纤维增强聚丙烯粒料。该材料工艺简便易行，产品性能较好。但是该复合材料中同时没有添加光稳剂或采用抗紫外老化的方法。
玻纤增强聚丙烯复合材料以其优异的机械性能和高的性价比成为一种广泛采用的复合材料。为了制备优异性能的玻纤增强复合材料，关键是增加玻纤与树脂基体之间的相互作用力；因此，为了增加两相之间作用力，聚丙烯接枝马来酸酐类相容剂被广泛采用，然而此类相容剂中残余的未反应完全的酸酐和羧基引起体系呈现酸性。为了实现玻纤增强类材料用于户外，各类光稳剂被用于此类复合材料体系，现在广泛使用的受阻胺类光稳剂均呈弱碱性，这与玻纤增强体系的弱酸性存在拮抗作用，致使材料的机械性能和抗紫外老化性能均较差。因此，如何实现玻纤复合材料优异的机械性能同时实现抗紫外老化成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术中存在的缺陷，而提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种聚丙烯复合材料，由包括以下重量份的组分制成：
共聚聚丙烯         40-93份，
无碱玻纤           5-60份，
相容剂             1-6份，
抗氧剂             0.1-0.6份，
光稳剂             0.1-0.3份，
辐射敏化剂         0.6-1份，
助剂               0-5份。
所述的共聚聚丙烯的简支梁缺口冲击强度为20-1000J/m。
所述的无碱玻纤为连续玻纤或短切玻纤，挤出造粒后在粒子中存在的长度为0.2-0.9mm之间。
所述的相容剂为聚丙烯接枝共聚物，所述的聚丙烯接枝共聚物为聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（PP-g-GMA）、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）或三元乙丙橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（EPDM-g-GMA）中的一种或一种以上。
所述的抗氧剂为四(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）或硫代二丙酸双十八醇酯（DSTDP）中的一种或一种以上的组合物。
所述的光稳剂为受阻胺类、二苯甲酮类或紫外线吸收剂中的一种或一种以上的组合物。
所述的受阻胺类光稳剂选自光稳剂V703、光稳剂3808pp5、光稳剂770、光稳剂5589、光稳剂944或光稳剂531（氰特表面技术上海有限公司生产）；
所述的二苯甲酮类光稳剂有2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮、2,2,6,6-四甲基哌啶醇、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮或2-氨基-5-硝基-2'-氟二苯甲酮；
所述的紫外线吸收剂选自炭黑或二氧化硅。
所述的辐射敏化剂为季戊四醇丙烯酸酯（PETA），PETA吸收光辐射并将能量转化为断链小分子交联动力的。
所述的助剂为增韧剂、黑母粒、抗静电剂、耐刮檫剂、激光标记或润滑剂中的一种或一种以上。
所述的增韧剂为SEBS(乙烯-丁烯共聚物)、TPE(热塑性弹性体)或POE(聚烯烃弹性体)中的一种或一种以上。
所述的黑母粒为含炭黑的色母粒。
所述的抗静电剂选自离子或非离子型抗静电剂，优选为烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的钠盐或钙盐、长链的烷基季胺、磷或磷盐或乙氧基化脂肪族烷基胺。
所述的耐刮擦剂为耐刮檫剂190或ER740（广州合诚）。
所述的激光标记剂为二氧化钛或炭黑。
所述的润滑剂为PE蜡或硬脂酸钙。
一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）按上述配比称取各组分原料，经高速混合机搅拌均匀；
（2）由双螺杆挤出机将步骤（1）得到的原料混合物熔融挤出造粒，经过水冷后，由切粒机切粒，得到聚丙烯复合材料。
所述的步骤（1）中，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为1-3min。
所述的步骤（2）中双螺杆熔融挤出机的下料口到模口温度依次为：180，200，210，220，220，225℃，主机转速为80-100rpm。
一种上述聚丙烯复合材料用作建筑模板的用途。
本发明专利与以往发明专利相比，有以下几点优点：
传统发明专利提供的玻纤增强聚丙烯复合材料，体系中没有添加光稳剂或者光稳剂为单一碱性的受阻胺体系光稳剂，光稳效果较差，耐候性不佳。
本发明中玻纤增强体系，利用辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯吸收紫外光，然后将能量转化为断裂PP小分子链连接的动力，从而即降低了紫外线对分子链段的破坏，同时可以将断链的小分子连接起来。从而从根本上解决了紫外光诱导分子链的断裂，同时光敏化剂诱导断裂小分子的交联作用，增加了PP基体与玻纤的作用，阻止了分子量降低引起的机械性能的下降。
传统的建筑模板用玻纤增强复合材料没有考虑到户外使用过程中紫外光的影响，没有添加光稳剂提高抗紫外老化的性能；或者添加受阻胺类光稳剂提高抗紫外老化性能，但是光稳剂的碱性与体系中的弱酸性环境相拮抗，导致综合性能较差。
本发明提供的相容剂为聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（PP-g-GMA），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），三元乙丙橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（EPDM-g-GMA）中的一种或一种以上的组合物。不仅能够有效的增加玻纤与基体之间的相互作用力，同时不会导致体系呈酸性，因此也就不会产生光稳剂与体系的拮抗作用。
本发明提供的一种耐候聚丙烯复合材料不仅可以根据模板使用环境的要求，调节玻纤含量和玻纤尺寸以满足模板对材料的机械性能要求；同时通过添加光稳剂可以有效提高复合材料的耐紫外老化性能；为了进一步提高复合材料的耐老化性能，该复合材料中添加了辐射敏化剂，不仅降低了紫外光对材料的破坏，同时可以有效促进玻纤与基体树脂之间的作用力。
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作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，按重量配比分别称取聚丙烯、无碱玻纤、相容剂、抗氧剂、光稳剂等经过高速混合机混合均匀，然后由双螺杆挤出机挤出造粒制备耐紫外老化建筑模板用复合材料。
其中共聚聚丙烯一般选择熔指在15-35g/10min之间，冲击强度在40-100KJ/m2之间的共聚聚丙烯，无碱玻纤为连续玻纤；光稳定剂优选受阻胺类光稳剂购自氰特化工有限公司；耐刮擦剂优选耐刮擦剂190、ER740，购自广州合诚。
实施例1
（1）按重量配比称取干燥好的熔指为29g/10min的共聚聚丙烯93.0份，连续玻纤5.0份，PP-g-GMA相容剂为1份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.1份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为0.6份，氰特表面技术公司的光稳剂5589为0.1份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
实施例2
（1）按重量配比称取干燥好的拉伸强度为26MPa的共聚聚丙烯82.0份，连续玻纤10.0份，PP-g-GMA相容剂为2份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.1份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为0.6份，光稳剂5589为0.1份，黑母粒（PE2772）为5.0份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
实施例3
（1）按重量配比称取干燥好的熔指为45g/10min的共聚聚丙烯76.0份，短切玻纤15.0份，PP-g-GMA相容剂为2.4份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.2份，抗氧剂DSTDP为0.2份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为0.8份，光稳剂3808pp5为0.2份，黑母粒PE2772为5.0份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
实施例4
（1）按重量配比称取干燥好的共聚聚丙烯70.0份，连续玻纤25.0份，PP-g-GMA相容剂为2.0份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.2份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为1.0份，光稳剂5589为0.3份，二硫代氨基甲酸钠抗静电剂0.4份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
实施例5
（1）按重量配比称取干燥好的共聚聚丙烯60.0份，短切玻纤35.0份，PP-g-MAH相容剂为2.0份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.2份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为1.0份，光稳剂5589为0.3份，耐刮插剂ER740为0.4份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
实施例6
（1）按重量配比称取干燥好的共聚聚丙烯46.5份，连续玻纤45.0份，PP-g-GMA相容剂为6.0份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.2份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为0.8份，光稳剂5589为0.3份，耐刮擦剂ER740为1.0份，抗静电剂烷基磺酸钙为0.4份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
实施例7
（1）按重量配比称取干燥好的共聚聚丙烯47份，短切玻纤55.0份，EPDM-g-GMA相容剂为6.0份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.2份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为0.8份，光稳剂5589为0.3份，耐刮擦剂190为0.5份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
实施例8
（1）按重量配比称取干燥好的共聚聚丙烯40份，短切玻纤57.0份，PP-g-GMA相容剂为1.0份，抗氧化剂1010为0.2份，抗氧剂168为0.2份，辐射敏化剂季戊四醇丙烯酸酯为0.8份，光稳剂5589为0.1份，光稳剂531为0.1份，耐刮擦剂190为0.6份；
（2）将混合好的物料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，制备玻纤增强复合材料。其中，加工温度由下料口到模口依次为180，195，210，210，220℃，主机转速为60-80rpm，真空度为0.3MPa。性能测试结果见表1。
表1 为实施例1~8各合金材料的性能测试结果。
表1
表2
  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
  简支梁缺口冲击强度(23℃)   KJ/m2   GB/T 1043.1
表2 为表1中各测试的测试条件及方法。
由表1中的数据可以看出，伴随玻纤含量的增加，复合材料的机械性能逐渐增加，当玻纤含量超过55%以后，性能开始降低。这为该复合材料提供了广阔的应用空格，可以根据不同的使用环境，调节各组分的配比，以满足不同制件的需求。同时该材料具有较高的流动性，为制备不同尺寸制件的成型提供了可能，同时通过调整体系中光稳剂种类和互配方法可以有效提高材料的耐候性，可以制的反复使用300百次建筑模板。
上述各实施例提供的聚丙烯复合材料用作建筑模板的用途。
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 (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于：由包括以下重量份的组分制成：
Figure FDA00001788607400011
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的共聚聚丙烯的简支梁缺口冲击强度为20-1000J/m；
或所述的无碱玻纤为连续玻纤或短切玻纤，挤出造粒后在粒子中存在的长度为0.2-0.9mm之间。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为聚丙烯接枝共聚物，优选为聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝马来酸酐、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐或三元乙丙橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四(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)亚磷酸酯或硫代二丙酸双十八醇酯中的一种或一种以上的组合物；
或所述的光稳剂为受阻胺类、二苯甲酮类或紫外线吸收剂中的一种或一种以上的组合物；
或所述的辐射敏化剂为季戊四醇丙烯酸酯。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的受阻胺类光稳剂选自光稳剂V703、光稳剂3808pp5、光稳剂770、光稳剂5589、光稳剂944或光稳剂531；
或所述的二苯甲酮类光稳剂有2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮、2,2,6,6-四甲基哌啶醇、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮或2-氨基-5-硝基-2'-氟二苯甲酮；
或所述的紫外线吸收剂选自炭黑或二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的助剂为增韧剂、黑母粒、抗静电剂、耐刮檫剂、激光标记或润滑剂中的一种或一种以上。
7.根据权利要求6所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、热塑性弹性体或聚烯烃弹性体中的一种或一种以上；
或所述的黑母粒为含炭黑的色母粒；
或所述的抗静电剂选自离子或非离子型抗静电剂，优选为烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐、长链的烷基季按、磷或磷盐或乙氧基化脂肪族烷基胺；
或所述的耐刮擦剂为耐刮檫剂190或ER740；
或所述的激光标记剂为二氧化钛或炭黑；
或所述的润滑剂为PE蜡或硬脂酸钙。
8.一种上述权利要求1-7中任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）按权利要求1所述的配比称取各组分原料，经高速混合机搅拌均匀；
（2）由双螺杆挤出机将步骤（1）得到的原料混合物熔融挤出造粒，经过水冷后，由切粒机切粒，得到聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为1-3min；
或所述的步骤（2）中双螺杆熔融挤出机的下料口到模口温度依次为：180，200，210，220，220，225℃，主机转速为80-100rpm。
10.一种上述权利要求1-7中任一所述的聚丙烯复合材料用作建筑模板的用途。
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