CN104693605A - 汽车内饰件用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车内饰件用聚丙烯复合材料及其制备方法，本发明采用纳米氧化锌或基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体为主要功能粉体，添加到聚丙烯塑料基体中起到降低VOC和降解甲醛等的作用，同时兼有抗菌防霉功能，由于纳米氧化锌和基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体难于分散，添加新的分散助剂会带来新的VOC和气味，因此采用具有降低气味或抗菌效果的有机锌作为修饰剂配合分散助剂经高速球磨中得到纳米分散粉体，可起到降低气味、降低VOC和降解甲醛，同时具有抗菌防霉功能。

Description

汽车内饰件用聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其涉及一种车用低气味低VOC含量且抗菌防霉的聚丙烯复合材料及其制备方法，属于改性聚丙烯复合材料领域，具体属于汽车内饰用聚丙烯复合材料领域。
背景技术
近年来，车内空气质量问题广泛受到人们的关注，其主要包括以下几方面：一是气味难闻，甚至令人恶心；二是有机挥发物(VOC)浓度高，严重影响人体健康；三是车内细菌滋生，产生霉味。上述这些问题的产生均是由于车辆在生产时，内饰件要使用大量的塑料制品和粘合剂，而这些塑料制品和粘合剂是产生车内环境污染的罪魁祸首。其中聚丙烯材料作为汽车内饰件使用量最多的材料，成为影响车内空气质量最大的塑料材料，其污染产生的主要来源是聚丙烯材料合成过程中的单体残留、催化剂残留、溶剂残留、副产物、加工过程中加入的助剂和在热加工过程中产生的降解物质等。
为了解决上述问题，目前常用的解决办法有：使用VOC残留较小的氢调法聚丙烯材料，如专利CN101691435A中所述，但采用此方法原材料选择范围太窄，引起成本大幅度上升；或采用多孔性吸附物质如分子筛、细孔硅胶、硅藻土等进行吸附，如专利CN1767390A、专利CN1727389A、专利CN102731901中所述，但是采用此类物质解决上述难题仍存在吸附平衡的问题，虽可部分去除VOC，同时多孔性物质的添加使得材料吸湿性增加，但也无法解决塑料细菌滋生产生的霉味；或者采用稀土改性纳米氧化钛催化降解VOC，如专利CN101570612A中所述，但是其效果极为有限，因为稀土改性纳米氧化钛作为光催化剂必须在光照下才有催化降解的效果，当其添加到塑料基体中被包裹在里面时，其光催化效果很难发挥。因此综上所述，目前仍没有一个较好的办法来有效且同时降解气味、霉味及降解有机挥发物的技术。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种汽车内饰用聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料能够降低气味、降低VOC和降解甲醛，且兼有抗菌防霉功能，能够很好的应用于汽车内饰件的制作中。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种汽车内饰件用聚丙烯复合材料，包括以下按重量份计的各组分：聚丙烯树脂65-90份、纳米无机锌粉体0.5-20份、有机锌粉体0.5-2.0份、分散助剂0.5-2.0份、增韧剂1.0-10.0份、抗氧剂0.1-0.5份；其中所述纳米无机锌粉体为纳米氧化锌粉体和基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体中的至少一种，该基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体中氧化锌的质量百分含量为50-99％；其中所述有机锌粉体为脂肪酸锌和有机物络合锌中的至少一种。
其进一步的技术方案是：
所述纳米氧化锌粉体的粒径为1-100nm，所述基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体的粒径为1-100nm；且基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体中所掺杂的元素为IIA、IVB、IB、IIIA、IVA、VA族元素中的至少一种，优选镁、钛、铜、铝、硅、氮中等元素掺杂纳米氧化锌构成基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体。
所述脂肪酸锌为蓖麻油酸锌和硬脂酸锌中的至少一种；所述有机物络合锌为吡啶硫酮锌。
所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂和共聚聚丙烯树脂中的至少一种，且该聚丙烯树脂在190℃、2.16kg下的熔融指数为1-120g/cm3。
所述增韧剂为三元乙丙橡胶、Vistamaxx弹性体、乙烯-辛稀树脂和线性低密度聚乙烯中的至少一种。
所述抗氧剂由四-[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三-(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯按照质量比为1-2:1复配而成。
本发明还公开了上述汽车内饰件用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别按重量份计称取好聚丙烯树脂、纳米无机锌粉体、有机锌粉体、分散助剂、增韧剂和抗氧剂备用；
(2)将纳米无机锌粉体、有机锌粉体和分散助剂依次加入至高速球磨机中进行混合研磨分散0.5-1.5h，并控制物料温度不高于80℃，得到改性功能粉体；
(3)将聚丙烯树脂、增韧剂、抗氧剂和(2)中所得改性功能粉体高速混合后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出造粒的温度为160-230℃，采用双阶抽真空，真空度为0.8。
本发明的有益技术效果是：本发明采用纳米氧化锌或基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体为主要功能粉体，添加到聚丙烯塑料基体中起到降低VOC和降解甲醛等的作用，同时兼有抗菌防霉功能，由于纳米氧化锌和基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体难于分散，添加新的分散助剂会带来新的VOC和气味，因此采用具有具有降低气味或抗菌效果的有机锌作为修饰剂配合分散助剂经高速球磨中得到纳米分散粉体，可起到降低气味、降低VOC和降解甲醛，同时具有抗菌防霉功能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，下述实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明。下述实施例中未提及的工艺参数、操作方式和检测方法，均为本领域技术人员使用常规方法，或通过有限次试验可以得到的常规参数。
其中氮掺杂改性纳米氧化锌是通过下述方法制备所得的：
将可溶性锌盐配成浓度为0.1～1.0mol/L的水溶液，然后在该锌盐水溶液中将富氮铵盐燃料与锌盐按质量比为0.1～1.0:1的比例混合后，再加入上述混合物总量0.1～0.5％的助燃剂，通过机械搅拌或研磨方式制备成粘稠的膏状液体，然后将该膏状液体放入预先加热到温度为600～900℃的容器中进行燃烧，结束后收集燃烧产物得到氮掺杂改性纳米氧化锌。可溶性锌盐可以为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌或柠檬酸锌等水溶性锌盐，富氮铵盐燃料为硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、高氯酸铵、硝酸铵、尿素或氨基酸中的至少一种，阻燃剂为聚乙二醇、柠檬酸、聚乙烯醇、三乙醇胺或非离子表面活性剂。铝掺杂改性纳米氧化锌可由本领域技术人员参照上述方法进行制备。
下述实施例中抗氧剂抗氧剂由四-[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯简称为抗氧剂1010，抗氧剂三-(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯简称为抗氧剂168，且所采用的分散助剂中的偶联剂和润滑剂均为本领域常用的种类，如硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等。
具体实施例1
按重量份计称取共聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为50g/cm3)90g、纳米氧化锌粉体(粒径为50nm)0.5g、蓖麻油酸锌1.0g、硬脂酸锌1.0g、三元乙丙橡胶5g、乙烯-辛稀树脂2.3g、抗氧剂1010是0.1g，抗氧剂168是0.1g。
先将纳米氧化锌、蓖麻油酸锌和硬脂酸锌依次加入至高速球磨机中进行混合研磨分散1h，并控制物料温度不高于80℃，得改性纳米氧化锌粉体A；然后将该改性纳米氧化锌粉体与共聚聚丙烯树脂、三元乙丙橡胶、乙烯-辛稀树脂、抗氧剂1010、抗氧剂168高速混合后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出造粒的温度为160-230℃，采用双阶抽真空，真空度为0.8，得到汽车内饰件用聚丙烯复合材料A。
具体实施例2
按重量份计称取共聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为50g/cm3)40g、均聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为70g/cm3)45g、氮掺杂改性纳米氧化锌(粒径为50nm，氧化锌的质量百分含量为99％)5g、蓖麻油酸锌1.0g、硅烷偶联剂1.0g、乙烯-辛稀树脂7.5g、抗氧剂1010是0.25g，抗氧剂168是0.25g。
先将氮掺杂改性纳米氧化锌、蓖麻油酸锌和硅烷偶联剂依次加入至高速球磨机中进行混合研磨分散0.5h，并控制物料温度不高于80℃，得改性纳米氧化锌粉体B；然后将该改性纳米氧化锌粉体与共聚聚丙烯树脂、均聚聚丙烯树脂、POE、抗氧剂1010、抗氧剂168高速混合后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出造粒的温度为160-230℃，采用双阶抽真空，真空度为0.8，得到汽车内饰件用聚丙烯复合材料B。
具体实施例3
按重量份计称取共聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为100g/cm3)40g、均聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为120g/cm3)41.9g、纳米无机锌粉体(粒径为80nm)5g、铝掺杂改性纳米氧化锌(粒径为80nm，氧化锌的质量百分含量为50％)10g、蓖麻油酸锌1.5g、硅烷偶联剂0.5g、Vistamaxx弹性体1.0g、抗氧剂1010是0.05g，抗氧剂168是0.05g。
先将纳米无机锌粉体、铝掺杂改性纳米氧化锌、蓖麻油酸锌和硅烷偶联剂依次加入至高速球磨机中进行混合研磨分散0.8h，并控制物料温度不高于80℃，得改性纳米氧化锌粉体C；然后将该改性纳米氧化锌粉体与共聚聚丙烯树脂、均聚聚丙烯树脂、Vistamaxx弹性体、抗氧剂1010、抗氧剂168高速混合后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出造粒的温度为160-230℃，采用双阶抽真空，真空度为0.8，得到汽车内饰件用聚丙烯复合材料C。
具体实施例4
称取共聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为50g/cm3)37g、均聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为70g/cm3)30g、纳米氧化锌粉体(粒径为30nm)20g、蓖麻油酸锌0.25g、吡啶硫酮锌0.25g、硅烷偶联剂2.0g、线性低密度聚乙烯10g、抗氧剂1010是0.25g，抗氧剂168是0.25g。
先将纳米氧化锌粉体、蓖麻油酸锌、吡啶硫酮锌和硅烷偶联剂依次加入至高速球磨机中进行混合研磨分散1.5h，并控制物料温度不高于80℃，得改性纳米氧化锌粉体D；然后将该改性纳米氧化锌粉体与共聚聚丙烯树脂、均聚聚丙烯树脂、线性低密度聚乙烯、抗氧剂1010、抗氧剂168高速混合后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出造粒的温度为160-230℃，采用双阶抽真空，真空度为0.8，得到汽车内饰件用聚丙烯复合材料D。
对比实施例
按重量份计称取共聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为50g/cm3)40g、均聚聚丙烯树脂(在190℃、2.16kg下的熔融指数为70g/cm3)36.6g、滑石粉20g、乙烯-辛稀树脂是3g、抗氧剂1010是0.2g，抗氧剂168是0.2g，然后将上述物质混合均匀后经双螺杆挤出机挤出造粒，该挤出造粒的温度为160-230℃，双阶抽真空，真空度0.8，得对比复合材料A’。
性能测试
其中抗菌性能按ISO22196测试、防霉效果按ASTMG21测试，气味按德国汽车工业标准VDA 270，VOC按袋子法测试，甲醛效果按GB/T 18204测试。上述对比实施例和具体实施例1-4的用料使用及性能测试结果参见表1所述。
表1

Claims (10)

1.一种汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下按重量份计的各组分：聚丙烯树脂65-90份、纳米无机锌粉体0.5-20份、有机锌粉体0.5-2.0份、分散助剂0.5-2.0份、增韧剂1.0-10.0份、抗氧剂0.1-0.5份；其中所述纳米无机锌粉体为纳米氧化锌粉体和基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体中的至少一种，该基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体中氧化锌的质量百分含量为50-99％；其中所述有机锌粉体为脂肪酸锌和有机物络合锌中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述纳米氧化锌粉体的粒径为1-100nm，所述基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体的粒径为1-100nm。
3.根据权利要求2所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体中所掺杂的元素为IIA、IVB、IB、IIIA、IVA、VA族元素中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述基于纳米氧化锌的掺杂改性物粉体中所掺杂的元素为镁、钛、铜、铝、硅、氮中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述脂肪酸锌为蓖麻油酸锌和硬脂酸锌中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述有机物络合锌为吡啶硫酮锌。
7.根据权利要求1所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂和共聚聚丙烯树脂中的至少一种，且该聚丙烯树脂在190℃、2.16kg下的熔融指数为1-120g/cm3。
8.根据权利要求1所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为三元乙丙橡胶、Vistamaxx弹性体、乙烯-辛稀树脂和线性低密度聚乙烯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂由四-[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三-(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯按照质量比为1-2:1复配而成。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的汽车内饰件用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)分别按重量份计称取好聚丙烯树脂、纳米无机锌粉体、有机锌粉体、分散助剂、增韧剂和抗氧剂备用；
(2)将纳米无机锌粉体、有机锌粉体和分散助剂依次加入至高速球磨机中进行混合研磨分散0.5-1.5h，并控制物料温度不高于80℃，得到改性功能粉体；
(3)将聚丙烯树脂、增韧剂、抗氧剂和(2)中所得改性功能粉体高速混合后经双螺杆挤出机进行挤出造粒，该挤出造粒的温度为160-230℃，采用双阶抽真空，真空度为0.8。
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