CN104448545A - 具有改进的机械性能的聚丙烯树脂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械性能优异的聚丙烯树脂组合物。更具体地，聚丙烯树脂组合物在优化条件下包括玻璃纤维和滑石作为填料，并包括乙烯-丁烯弹性体。由于其优异的耐化学性，聚丙烯树脂组合物即使暴露于芳族化合物或各种化学物质时也不呈现开裂；由于其优良的机械性能如冲击强度、刚性等而易于加工；并且由于其优异的耐刮擦性、成型收缩等可以用于汽车内部部件。

Description

具有改进的机械性能的聚丙烯树脂组合物

技术领域

本发明涉及具有优异机械性能的聚丙烯树脂组合物。更具体地，本发明涉及这样的聚丙烯树脂组合物，由于其优异的耐化学性，即使在暴露于芳族化合物或各种其它化学物质时也不呈现开裂；由于其优良的机械性能如冲击强度、刚性等，易于加工；并且由于其优异的耐刮擦性、成型收缩等，可用于汽车内部部件。

背景技术

在各种树脂组合物之中，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂主要用于各种电气／电子产品、汽车内部部件等。ABS树脂是由丙烯腈(AN)、丁二烯和苯乙烯共聚合形成的无定形的、乳白色的、半透明的塑性材料。由于其容易着色，具有良好的表面光泽和优异的机械性能如耐冲击性、刚性和耐刮擦性，ABS树脂还广泛地用于家用物品、办公设备、电子产品和汽车表面部件。

然而，当ABS树脂用于室内家用物品或汽车内部部件时，在暴露于芳族化合物和各种化学物质时，易于发生开裂和断裂。这是因为无定形树脂的耐化学性差。

因此，在这些情况下，通常使用聚烯烃类热塑性树脂，特别是聚丙烯树脂作为替代物。

然而，由于聚丙烯树脂是半晶质的且不含有极性或反应性基团，其不能与内部部件中存在的极性分子形成牢固的极性键或氢键，结果，着色变得困难。此外，随着冲击强度提高，聚丙烯树脂往往耐刮擦性变差。此外，聚丙烯树脂呈现出比ABS树脂高的成型收缩，因而当使用聚丙烯树脂时，需要特殊的模具。

作为现有的聚丙烯树脂组合物，韩国专利第857,185号描述了一种树脂组合物，其包括50-95重量份的聚丙烯树脂、5-40重量份的无机纤维、0-15重量份的无机填料、0-15重量份的热塑性橡胶弹性体和增容剂。该专利描述了使用玻璃纤维作为所述的无机纤维，使用滑石等作为所述的填料。

美国专利第5,965,654号描述了一种树脂组合物和汽车模制品，其包括53-68重量份的含聚丙烯部分和丙烯-乙烯无规共聚物部分的嵌段共聚物、22-30重量份的滑石和12-20重量份的乙烯-1-丁烯共聚物橡胶，并且进一步包括其它组分如玻璃纤维。

韩国专利申请公开第2006-104110号描述了一种聚丙烯树脂组合物，其包括40-65wt％的全同立构五元组分数(isotactic pentad fraction)为96％以上的超高结晶性烯烃类树脂、2-5wt％的玻璃纤维、5-30wt％的滑石、5-25wt％的聚烯烃类弹性体和2-4wt％的铝颜料。

欧洲专利第437,096号描述了一种树脂组合物，其包括45-88wt％的结晶性乙烯-丙烯共聚物、2-25wt％的无机填料和10-35wt％的热塑性弹性体(乙烯-丁烯橡胶)。韩国专利第804,823号描述了一种热塑性树脂组合物，其包括1-90wt％的聚丙烯树脂、3-50wt％的热塑性弹性体、5-50wt％的无机填料和0.1-10wt％的具有多孔纳米球结构的除臭剂。

然而，由于这些现有的聚丙烯树脂组合物用于只要求机械刚性的应用中，所以在提供高品质外观或耐刮擦性以及要求常规物理性能或尺寸稳定性方面，例如要求高品质外观的汽车内部部件，它们存在局限。

由于这些原因，当这种树脂用作各种电气／电子产品、室内用品和汽车内部部件中的材料时，聚丙烯树脂的着色性、耐刮擦性和成型收缩以及耐化学性、耐冲击性、刚性等方面的改进是必需的。

在整个说明书中，参考并引用了许多出版物和专利文件。所引用的出版物和专利文件的公开内容以其整体方式通过引用结合到本文，以更清楚地描述相关技术和本发明的情况。

发明内容

本发明提供一种聚丙烯树脂组合物作为现有ABS树脂的替代物，该组合物在优化条件下包括玻璃纤维和滑石作为填料，并进一步包括乙烯-丁烯弹性体。本发明的聚丙烯树脂具有优异的机械特性和外观特性。

根据一个方面，本发明提供具有优异的外观特性和机械特性的聚丙烯树脂组合物。

根据多个实施方式，聚丙烯树脂组合物包括：约40-70重量份的基础树脂，其选自聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物及其混合物；约10-20重量份的玻璃纤维；约2-10重量份的滑石；约10-20重量份的乙烯-丁烯弹性体；和约1-3重量份的增滑剂(slip agent)。根据优选的实施方式，增滑剂是硅氧烷类化合物和酰胺类化合物的混合物。

根据另一方面，本发明提供包括具有优异的外观特性和机械特性的聚丙烯树脂组合物的汽车内部部件。

由于优异的耐化学性，根据本发明的聚丙烯树脂组合物即使暴露于芳族化合物或各种化学物质时也不呈现开裂。由于均衡的优异机械性能如冲击强度、刚性等，该组合物还易于加工，并且呈现优异的耐刮擦性和成型收缩。由于如上所述的优异性质，根据本发明的聚丙烯树脂组合物对各种汽车内部部件非常有用，其中汽车内部部件包括，例如杯架、门装饰物、通风口、前托盘、LC托盘、控制台部件、玻璃仪表板(glass fascia)、旋钮等。

根据下述详细说明、附图和权利要求，本发明的其它特征和方面将是显而易见的。

附图说明

现在将参考在附图中图示的某些示例性实施方式对本发明的以上和其它目的、特征和优点进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1示意性地显示在测试例中用于测试耐刮擦性的蓝宝石划痕测试仪。

应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。

具体实施方式

下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和／或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和／或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和／或其群组。如本文所使用的，术语“和／或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

除非具体说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准差范围内。“约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。

在下文中，将参考表格和附图详细说明本发明。

本发明的聚丙烯树脂组合物通常包括基础树脂、玻璃纤维、滑石和乙烯-丁烯弹性体。除此之外，组合物优选还包括硅氧烷类化合物和酰胺类化合物的混合物。根据多个实施方式，基础树脂选自聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物及其混合物，且滑石是板形的。

在下文中，进一步详细描述本发明的聚丙烯树脂组合物的组分。

基础树脂是本发明的聚丙烯树脂组合物的基础材料。具体地说，优选使用全同立构指数为约97％以上、特别是约98-99.5％的高流动性结晶性聚丙烯或丙烯-乙烯共聚物。

具体地，基于丙烯-乙烯共聚物的总重，丙烯-乙烯共聚物可具有约2-14wt％的乙烯含量。如果丙烯-乙烯共聚物的乙烯含量小于2wt％，冲击性能(韧性)可能不能令人满意。相反，如果乙烯含量超过14wt％，对于组合物用作例如汽车内部部件的材料而言，刚性(硬度)可能不足。

根据多个实施方式，聚丙烯在230℃下的熔融指数为约10-60g／10min。如果熔融指数低于10g/10min，则组合物的成型性可能不能令人满意。相反，如果熔融指数超过60g/10min，聚丙烯树脂的机械强度(例如冲击强度、刚性等)可能不足以让其用作汽车内部部件用材料。

根据多个实施方式，基于聚丙烯树脂组合物的总重，包含约40-70重量份的基础树脂。如果基础树脂的含量小于40重量份或超过70重量份，则耐冲击性和刚性可能不能令人满意。

根据多个实施方式，玻璃纤维具有约3-10mm的平均长度和约4-20μm的平均直径。

如果玻璃纤维的平均长度超过10mm，组合物提供的表面性质可能不能令人满意，因为玻璃纤维暴露在表面上，并且在流动方向和垂直方向上的收缩差异可能增大。相反，如果平均长度小于3mm，则刚性可能不能令人满意。

如果玻璃纤维的平均直径超过20μm，则刚性可能不能令人满意。相反，如果其小于4μm，虽然由于导致玻璃纤维的长宽比(aspect ratio)增大而改进刚性，但变得难以使玻璃纤维均匀地分散在聚丙烯树脂中。

根据多个实施方式，基于100重量份的基础树脂，包含约10-20重量份的玻璃纤维。如果玻璃纤维的含量小于10重量份，则冲击强度、刚性和耐冲击性可能不能令人满意。相反，如果含量超过20重量份，则由于比重增大，树脂组合物的重量增加，且应用树脂组合物的制品表面可能变得非常不稳定。

根据多个实施方式，与玻璃纤维一起使用的滑石的平均粒度为约10μm或更小，特别是约2-10μm。如果滑石的平均粒度超过10μm，则刚性、冲击性能和机械性能可能不能令人满意。根据优选的实施方式，滑石是板形的。

根据多个实施方式，基于100重量份的基础树脂，包含约2-10重量份的滑石。

如果滑石的含量小于2重量份，则在流动方向和垂直方向上的收缩差值可能不按期望减小。相反，如果含量超过10重量份，则机械性能可能非常不令人满意。

根据多个实施方式，玻璃纤维和滑石一起用作无机填料。具体地说，基于100wt％的包括玻璃纤维和滑石的无机填料，可以包含约60-80wt％的玻璃纤维，且可以包含约20-40wt％的板形滑石。更具体地说，所包含的玻璃纤维的量可以比板形滑石多约2-3倍。

当树脂组合物中以上述混合比包括玻璃纤维和板形滑石时，树脂组合物可呈现适当的平均收缩。此外，在流动方向和垂直方向上的收缩差值可达最小化，并且可充分地控制刚性和冲击性能。

相反，如果无机填料中包括的玻璃纤维的含量超过上述混合比，则在流动方向和垂直方向上的收缩差值可能减小。相反，如果滑石的含量超过上述混合比，则平均收缩可能增大并且强度可能降低。

通过在本发明的聚丙烯树脂组合物中包括乙烯-丁烯弹性体，在流动方向和垂直于聚丙烯树脂厚度的方向上的成型收缩差值可达最小化。

根据多个实施方式，在根据本发明的聚丙烯组合物中，基于100重量份的基础树脂，包含约10-20重量份的乙烯-丁烯弹性体。如果乙烯-丁烯弹性体的含量小于10重量份，则可能难以对流动方向和垂直于聚丙烯树脂厚度的方向上的成型收缩差值产生影响。相反，如果含量超过20重量份，则可改进成型收缩上的差值，但冲击强度、刚性和耐刮擦性可能不能令人满意。

根据多个实施方式，本发明的聚丙烯树脂组合物还包括用于改进耐刮擦性的增滑剂。可适当地使用任何已知的增滑剂，根据优选的实施方式，增滑剂是硅氧烷类化合物和酰胺类化合物的混合物。

根据优选的实施方式，增滑剂包括混合比为约1-9∶9-1(硅氧烷类化合物∶酰胺类化合物)的硅氧烷类化合物和酰胺类化合物。

根据多个实施方式，硅氧烷类化合物是重均分子量为约200，000或更高、更具体为约250，000-600，000的聚二甲基硅氧烷。具体地，硅氧烷类化合物用于形成光滑的表面。当将包含硅氧烷类化合物的树脂组合物施用在例如汽车内部部件的表面上时，硅氧烷类化合物释放到表面上并形成涂层膜。如此形成的涂层膜改进滑移性(slip property)。

根据多个实施方式，酰胺类化合物是油酰胺(C₁₈H₃₅ON)。酰胺类化合物用于形成光滑的表面并且具有低分子量。当将包括酰胺类化合物的树脂组合物施用在例如汽车内部部件的表面上时，酰胺类化合物释放到表面上并在施用至表面上的过程中或之后形成涂层膜。涂层膜也通过降低表面的摩擦系数来改进滑移性。

根据多个实施方式，在聚丙烯树脂组合物中，基于100重量份的基础树脂，可以包含约1-3重量份、更具体为约1-2重量份的增滑剂。如果增滑剂的含量大于该范围，则整体物理性能可能不能令人满意，并且聚丙烯与其它组分的相容性可能降低。因此，推荐上述范围。

根据多个实施方式，增滑剂以母料的形式包含在聚丙烯树脂组合物中，以更好地分散硅氧烷类化合物和酰胺类化合物的混合物。根据多个实施方式，锻烧的二氧化硅可用作制备母料的载体树脂。

基于100重量份的基础聚丙烯树脂，本发明的聚丙烯树脂组合物还可包含约2-5重量份的其中约1-2mol％极性基团被接枝聚合的改性聚丙烯。如果改性聚丙烯的含量小于2重量份，则刚性的改进可能不够。相反，如果含量超过5重量份，则冲击性能和流动性可能由于刚性增大而降低。

改性聚丙烯改进聚丙烯树脂组合物组分的相容性和结合，从而改进其物理性能。具体地说，由于存在胺类极性基团，均聚聚丙烯与马来酸酐和过氧化物的结合改进聚丙烯与无机填料之间的结合。

由于其优异的耐化学性，包括上述组分的本发明的聚丙烯树脂组合物即使暴露于芳族化合物和各种化学物质时也不呈现开裂。由于其优良的机械性能如冲击强度、刚性等，聚丙烯树脂组合物还易于加工并且可应用于各种用途。

此外，除改进的冲击强度、刚性和耐刮擦性之外，本发明的聚丙烯树脂组合物呈现减小的成型收缩。

本发明还提供包括本发明的聚丙烯树脂组合物的汽车内部部件。

根据本发明的聚丙烯树脂组合物特别适用于汽车内部部件，包括，例如杯架、门装饰物、通风口、前托盘、LC托盘、控制台部件、玻璃仪表板、旋钮等。

实施例

将通过实施例更详细地描述本发明。下述实施例仅用于说明性的目的，本发明的范围不受实施例的限制，这对本领域技术人员是显而易见的。

制备实施例

混合表1所示组分，将所得混合物干混，使用设定为200℃的双螺杆挤出机(直径45mm，SM)挤出以制备颗粒状的树脂组合物。使用设定在210℃的注塑机(合模力：140吨，LG)，将颗粒状组合物注塑成用于物理性能测定的样品、压花样品和350×100×3mm的片状样品。

表1

在表1中，PP表示聚丙烯，EOR表示乙烯-辛烯橡胶，EBR表示乙烯-丁烯弹性体，且ABS表示丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂。

测试例

如下所述，对实施例1-6和比较例1-12的物理性能测定用样品和片状样品的比重、拉伸强度、挠曲模量、冲击强度、成型收缩和耐刮擦性进行评价。

为了用作汽车内部装饰材料，上述性质应满足规定的标准。如果任一性质未能满足标准，则成型后可能出现问题，相应的产品不能用于汽车内部部件。

1)比重

根据ASTM D790将样品切成用于比重测定的试样，并根据ASTMD792测定比重。密度计(测量范围：200g／0.0001g，Mirage)用于测定。

2)拉伸强度

根据ASTM D638测定拉伸强度。十字头速度为50mm／min。通用试验机(UTM，Instron)用于测定。

3)挠曲模量

根据ASTM D790测定挠曲模量。十字头速度为10mm／min。UTM(Instron)用于测定。

4)冲击强度

根据ASTM D256，在室温下(23℃)测定冲击强度。冲击试验机(Yasuda)用于测定。

5)耐刮擦性

在表2中描述的条件下使用如图1所示的蓝宝石划痕测试仪进行试验后，根据表3中描述的标准评价表面状态。

表2

	条件
		比重(Kgf)	0.5(包括划痕测试仪的重量)
行程(mm)	100±5
		刮擦速度	100
划痕测试仪	图1
		划痕的数量	1

表3

6)成型收缩

根据ASTM D955测定成型收缩。精度为0.01mm的游标卡尺用于测定。

7)耐化学性

用布擦拭试样3次，每次单独用油脂、用于内饰部件的蜡(HMC纯级或其等效物)、遮光剂、酒精和芳族化合物浸渍，并在23±2℃和50±5％RH(RH=相对湿度)下的试验室内保持1小时。第一次评价后，将样品保持在70℃的恒温浴中3小时，然后进行第二次评价。

8)外观

在太阳光下，目测评价外观。应没有表面划伤、污点、碳化、弯曲、银纹、龟裂、有色污点、明显的流痕、焊接线、凹痕或其它缺陷。

比重、拉伸强度、挠曲模量、冲击强度、成型收缩、耐刮擦性、耐化学性和外观的评价结果显示在表4中。

如表4所示，实施例1-6的聚丙烯树脂组合物满足比重、刚性、耐冲击性和成型收缩的所有要求。

使用常规ABS树脂的比较例1呈现优异的机械性能和收缩，但耐化学性不能令人满意。只使用滑石的比较例2的机械性能、耐刮擦性或成型收缩均不令人满意。

只使用玻璃纤维的比较例3和4显示令人满意的机械性能，但收缩和耐刮擦性不能令人满意。

使用玻璃纤维、EBR和晶须的比较例5显示不令人满意的冲击强度、耐刮擦性和成型收缩。

未使用增滑剂的比较例6显示不令人满意的耐刮擦性。

使用EOR的比较例7未满足对耐刮擦性和成型收缩的要求。

使用EOR并添加增滑剂的比较例8显示不令人满意的收缩。

玻璃纤维含量减少10％的比较例9显示不令人满意的拉伸强度、挠曲模量、耐刮擦性和尺寸稳定性。

玻璃纤维含量增加20％的比较例10由于玻璃纤维暴露在表面上，显示增大的比重和不令人满意的外观。

EBR含量降低的比较例11显示不令人满意的冲击强度。

EBR含量增大的比较例12显示不令人满意的耐刮擦性。此外，收缩太小以致不能使用与ABS树脂相同的模具。

使用20％玻璃纤维和10％滑石的比较例13，由于过量使用所述无机材料，显示不令人满意的比重和耐刮擦性。此外，观察到变白。

根据本发明的聚丙烯树脂组合物显示优异的机械性能，可适合用于各种电气／电子器件、家用电器、室内用品、汽车内部部件等。

已参考其具体实施方式详细描述了本发明。然而，本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可在这些实施方式中进行各种变化和修改，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种具有优异的机械性能的聚丙烯树脂组合物，包括：

约40-70重量份的基础树脂，所述基础树脂选自聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物及其混合物；

约10-20重量份的玻璃纤维；

约2-10重量份的滑石；

约10-20重量份的乙烯-丁烯弹性体；和

约1-3重量份的硅氧烷类化合物和酰胺类化合物的混合物，

其中所述重量份是相对于100重量份的所述聚丙烯树脂组合物。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述聚丙烯在230℃下的熔融指数为约10-60g／10min。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中基于100wt％的所述丙烯-乙烯共聚物，所述丙烯-乙烯共聚物的乙烯含量为约2-14wt％。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述玻璃纤维具有约3-10mm的平均纤维长度和约4-20μm的平均直径。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述滑石是板形的并且具有约2-10μm的平均粒度。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述硅氧烷类化合物和所述酰胺类化合物是比例为约1-9∶9-1的所述硅氧烷类化合物与所述酰胺类化合物的混合物。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，还包括其中约1-2mol％的极性基团被接枝聚合的改性聚丙烯。

8.一种汽车内部部件，包括根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物。