CN105037941B - 一种低voc、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种低voc、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，原料由以下重量份的组分组成：聚丙烯40‑70份，相容剂1‑5份，木纤维5‑40份，填充剂5‑20份、气味吸收剂1‑5份、润滑剂0.3‑2份，抗氧剂0.2‑1份，光稳定剂0.2‑0.5份。通过使用适量气味吸收剂与聚丙烯材料降解产生的气味物质发生化学反应并将其消耗掉，同时有效吸附残留的散发性VOC物质，降低聚丙烯/木纤维复合材料挤出、注塑过程中VOC物质含量；采用抗氧剂和光稳定剂终止木纤维增强聚丙烯复合材料在加工和使用过程中发生热和光作用下的降解，有效避免散发性小分子物质产生，最终获得具有轻量化、节能环保特征的低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，满足汽车内饰件散发性物质含量标准要求的同时保证了材料各项力学性能指标。

Description

一种低VOC、低气味木纤维增强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，尤其是一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚丙烯改性材料是汽车零部件中用量最大、种类最多的塑料。木纤维是一种比重低、廉价易得的天然纤维材料，同时具有一定的强度。木纤维增强聚丙烯复合材料用于制备汽车零部件不仅可以达到轻量化的目的，还可以降低生产成本。而且，木纤维作为天然可再生材料，它的可生物降解性使得木纤维增强聚丙烯复合材料也具备一定的环境相容性，不会破坏生态环境。另外，木纤维增强聚丙烯材料制备的汽车部件具有更好的吸音、缓冲等优势。在发生事故时木纤维产品在被动撞击情况下具有最佳安全效果，无碎片和锋利边缘产生，减少对乘客伤害。因此，可以预计，在轻量、节能环保、舒适、低价、可回收等已经成汽车发展大趋势的情况下，将会有越来越多的木纤维增强材料应用到汽车零部件中，替代金属材料和其他材料，实现汽车节能减排、安全舒适。
近年来，车内空气质量已经成为消费者选择汽车的重要指标，主要包括气味和VOC物质含量。聚丙烯改性材料VOC和气味主要来源于聚丙烯原料合成过程中使用过氧化物造成的分子链降解产生的小分子醛、酮等；助剂分解产生的VOC物质等。另外，对于木纤维增强聚丙烯复合材料而言，VOC物质及材料气味还来源于木纤维表面改性剂残留物等。为推动木纤维增强聚丙烯复合材料在汽车中的应用，降低其在加工过程中和使用过程中VOC物质含量、减小气味产生成为当务之急。
发明内容
本发明通过使用适量气味吸收剂与聚丙烯降解产生的气味小分子和VOC物质发生化学反应将其消耗，同时有效吸附残留的VOC物质，有效降低木纤维增强聚丙烯复合材料加工过程中VOC物质含量，降低气味浓度；采用抗氧剂和光稳定剂终止木纤维增强聚丙烯复合材料在挤出、注塑、制件使用过程中发生热和光作用下的降解，避免散发性小分子物质产生，最终实现大幅减少产品散发性物质含量，制备出低VOC、低气味具有轻量化环保节能特征的木纤维增强聚丙烯复合材料，满足汽车内饰件散发性物质含量标准要求的同时保证了材料各项力学性能指标。
技术方案
本发明通过以下技术方案解决技术问题：
一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，原料由以下重量份的组分组成：
聚丙烯40-70份
相容剂1-5份
木纤维5-40份
填充剂5-20份
气味吸收剂1-5份
润滑剂0.3-2份
抗氧剂0.2-1份
光稳定剂0.2-0.5份。
进一步的技术方案，所述聚丙烯的熔融指数为3-60g/10min，优选氢调法获得的聚丙烯。
进一步的技术方案，所述相容剂为马来酸酐接枝、环氧型接枝聚烯烃类共聚物中的一种，优选马来酸酐接枝聚丙烯类。
进一步的技术方案，所述木纤维为木粉、竹粉、秸秆粉中的一种。
进一步的技术方案，所述气味吸收剂为多孔物质和碱性金属氧化物的组合物。其中，所述气味吸收剂中多孔物质为硅藻土、活性炭、活性沸石分子筛、硅胶中的一种，优选活性炭；所述碱性金属氧化物为氧化钙、氧化钠、氧化镁、氧化锰中的一种，优选氧化钙。
进一步的技术方案，所述的填充剂为滑石粉、碳酸钙、晶须、硫酸钡、硅灰石、云母中的一种。
进一步的技术方案，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。
进一步的技术方案，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，所述的主抗氧剂和辅抗氧剂按照重量比为2：3的比例添加；
所述主抗氧剂为受阻酚类、硫酯类中的一种；
所述的辅抗氧剂剂为亚磷酸盐类、亚磷酸酯类中的一种。
进一步的技术方案，所述光稳定剂为氰特公司3808PP5、V680和V703中的至少一种。
一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将一种多孔物质和一种碱性金属氧化物的组合物进行均匀配混，得到气味吸收剂；
(2)将步骤(1)中的气味吸收剂1-5份与聚丙烯40-70份，相容剂1-5份，填充剂5-20份、润滑剂0.3-2份，抗氧剂0.2-1份，光稳定剂0.2-0.5份放入高速混合机中混合3-6min
(3)将步骤(2)中的组分混合物通过主喂料口进入双螺杆挤出机，将木纤维5-40份通过侧喂料口加入挤出机造粒，得到具有环保轻量化特征的木纤维增强聚丙烯复合材料；
进一步的技术方案，所述步骤(3)中双螺杆挤出机料筒温度为180-230℃，螺杆转速400r/min。
有益效果：
本发明通过使用适量气味吸收剂除掉木纤维增强聚丙烯复合材料加工和使用过程中产生的气味小分子和VOC物质，有效降低汽车产品制件中VOC物质含量，减少气味散发；采用抗氧化剂和光稳定剂终止木纤维增强聚丙烯复合材料在挤出、注塑、制件使用过程中发生热和光作用下的降解，避免散发性小分子物质产生，最终获得低VOC、低气味且具有轻量化环保节能特征的木纤维增强聚丙烯复合材料，满足汽车内饰件散发性物质含量标准要求的同时保证了材料各项力学性能指标，可应用于汽车内外饰零部件，取代金属材料或其他材料。另外，本发明使用的技术方案工艺简单，效率高，加工周期短，显著降低生产成本，且适合现有设备，不需另行改进生产线路，易于实现工业化。1采用氢调法聚丙烯可有效避免加工过程中因过氧化物残留造成的聚丙烯分子分解，减少VOC物质产生。
2本发明采用木纤维为木粉、竹粉、秸秆粉中的一种,这些材料环保可降解，可以循环再利用，避免了很多的工业污染。
3本发明所述的气味吸收剂为多孔物质和碱性金属氧化物的组合物。碱性金属氧化物能够与产生气味物质发生反应，生成不带气味的物质，从源头上遏制气味物质的产生；多孔物质能够吸附残留未反应掉的VOC或者气味物质，不会对木纤维增强聚丙烯材料的性能产生影响，两种材料组合而成的气味去除剂性能更加稳定，起到持续吸收、吸附的作用，且制备过程容易控制。
4在制备方法步骤(1)中对气味吸收剂先行配置，可使其在与其他组分混合时，保证二者的协效除味作用。
本发明的制备方法步骤2中组分混合物和木纤维通过不同的进料口加入的优点是可以更好地保留木纤长度，提高材料力学性能。
具体实施方式
实施例一
将重量比例为40％活性炭和60％氧化钙在混合机中进行均匀配混，制成气味吸收剂；将5份气味吸收剂与熔融指数为60g/10min的聚丙烯40份、马来酸酐接枝聚丙烯共聚物5份，滑石粉7份、硬脂酸钙2份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.3份、光稳定剂氰特公司3808PP50.5份的混合物放入高速混合机，混合6分钟，从双螺杆挤出机主喂料口加入，将40份木粉通过侧喂料口加入双螺杆挤出机；机筒温度从1区到8区设置为180-230℃，螺杆转速400r/min，挤出并造粒，得到低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料。所得复合材料性能如表1所示。
实施例二
将重量比例为70％硅藻土和30％氧化钠在混合机中进行均匀配混，制成气味吸收剂；将1份气味吸收剂与熔融指数为30g/10min的聚丙烯70份、环氧型接枝聚丙烯共聚物1份，碳酸钙20份、聚乙烯蜡1.8份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.4份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.6份、光稳定剂氰特公司V6800.2份的混合物放入高速混合机，混合3分钟，从双螺杆挤出机主喂料口加入，将5份秸秆粉通过侧喂料口加入双螺杆挤出机；机筒温度从1区到8区设置为180-230℃，螺杆转速400r/min，挤出并造粒，得到低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料。所得复合材料性能如表1所示.
实施例三
将重量比例为50％活性沸石分子筛和50％氧化锰在混合机中进行均匀配混，制成气味吸收剂；将2.7份气味吸收剂与熔融指数为20g/10min的聚丙烯50份、环氧型接枝聚丙烯共聚物5份，云母5份、乙撑双硬脂酰胺0.3份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.08份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.12份、光稳定剂氰特公司V7030.3份的混合物放入高速混合机，混合6分钟，从双螺杆挤出机主喂料口加入，将36.5份木粉通过侧喂料口加入双螺杆挤出机；机筒温度从一区到8区设置为180-230℃，螺杆转速400r/min，挤出并造粒，得到低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料。所得复合材料性能如1表所示。
实施例四
将重量比例为40％硅胶和60％氧化镁在混合机中进行均匀配混，制成气味吸收剂；将2份气味吸收剂与熔融指数为3g/10min的聚丙烯62.5份、马来酸酐接枝聚乙烯共聚物3份，晶须10份、硬脂酸钙1份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.4份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.6份、光稳定剂氰特公司3808PP50.5份的混合物放入高速混合机，混合4分钟，从双螺杆挤出机主喂料口加入，将20份竹粉通过侧喂料口加入双螺杆挤出机；机筒温度从一区到8区设置为180-230℃，螺杆转速400r/min，挤出并造粒，得到低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料。所得复合材料性能如表1所示：
表1本发明实施例性能
表1 本发明实施例性能
从以上实施例,本发明通过使用适量气味吸收剂明显降低了木纤维增强复合材料气味等级和VOC物质含量，而且采用抗氧剂和光稳定剂终止木纤维增强聚丙烯复合材料在挤出、注塑、制件使用过程中发生热和光作用下的降解，能够有效避免散发性小分子物质产生，最终获得低VOC、低气味且具有轻量化环保节能特征的木纤维增强聚丙烯复合材料，满足汽车内饰件散发性物质含量标准要求的同时保证了材料各项力学性能指标，可应用于汽车内外饰零部件，取代金属材料或其他材料。实现汽车整车、部件环保化、轻量化。
本发明的另一个特点是加工周期明显缩短，亦可降低生产成本、提高生产效率；本产品可通过普通挤出、注塑工艺实现，操作简单，实用性强。产品除了适用于汽车零部件产品外，还可用于电动工具、园林工具、建筑、电子电器、体育器材等行业领域。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，原料由以下重量份的组分组成：
聚丙烯40-70份
相容剂1-5份
木纤维5-40份
填充剂5-20份
气味吸收剂1-5份
润滑剂0.3-2份
抗氧剂0.2-1份
光稳定剂0.2-0.5份；
所述的气味吸收剂为多孔物质和碱性金属氧化物的组合物；
所述气味吸收剂中多孔物质为硅藻土、活性炭、活性沸石分子筛、硅胶中的一种；所述碱性金属氧化物为氧化钙、氧化钠、氧化镁、氧化锰中的一种；所述的气味吸附剂为将一种多孔物质和一种碱性金属氧化物的组合物进行均匀配混得到；
所述聚丙烯的熔融指数为3-60g/10min；所述的聚丙烯为氢调法获得的聚丙烯；所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，所述的主抗氧剂和辅抗氧剂按照重量比为2：3的比例添加；所述主抗氧剂为受阻酚类、硫酯类中的一种；所述的辅抗氧剂为亚磷酸酯类；所述光稳定剂为氰特公司3808PP5、V680和V703中的一种。
2.根据权利要求1所述一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的多孔物质为活性炭；所述的碱性金属氧化物为氧化钙。
3.根据权利要求1所述一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝、环氧型接枝聚烯烃共聚物中的一种。
4.根据权利要求3所述一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述木纤维为木粉、竹粉、秸秆粉中的一种。
6.根据权利要求1所述一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、晶须、硫酸钡、硅灰石、云母中的一种；所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺中的一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将一种多孔物质和一种碱性金属氧化物的组合物进行均匀配混，得到气味吸收剂；
(2)将步骤（1）中的气味吸收剂1-5份与聚丙烯40-70份，相容剂1-5份，填充剂5-20份、润滑剂0.3-2份，抗氧剂0.2-1份，光稳定剂0.2-0.5份放入高速混合机中混合3-6min；
(3)将步骤（2）中的组分混合物通过主喂料口进入双螺杆挤出机，将木纤维5-40份通过侧喂料口加入挤出机造粒，得到低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种低VOC、低气味木纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，双螺杆挤出机料筒温度为180-230℃，螺杆转速400r/min。
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