CN105440454B - 一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的原料组成：聚丙烯55‑85％、增韧剂5‑15％；乙烯‑乙烯醇共聚物1‑8％、无机填料0‑30％；抗氧剂0.1％‑3％；黑色母粒0.5‑5％；其他助剂0‑5％。本发明的聚丙烯复合材料性能稳定，同时利用乙烯‑乙烯醇共聚物与聚丙烯的优异的相容性，在保证力学性能的前提下，极大地增加了材料的表面极性，也提高了材料的长期耐热老化性能。本发明还公开了一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法，采用现有的设备双螺杆挤出机即可实现，其制备方法易操作、成本低，可快速进行工业化生产，市场前景广阔。

Description

一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合材料及其制备领域，具体涉及一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯塑料以其质轻、价格低廉、无毒、耐腐蚀性优越、优异的加工成型等优点，并且具有良好的机械性能，广泛应用于现代汽车、电器等工业中，而且在其他方面的应用越来越多。
目前，汽车上使用的保险杠多数以聚丙烯材料为主，并且其表面需要进行喷漆。但是聚丙烯本身的表面低极性特性严重影响了油漆在其表面的附着力，故必须对PP进行处理，以改善其表面与油漆的结合力。
对聚丙烯表面进行预处理的方法主要包括有机溶剂法、火焰处理法、等离子处理和氧化液法等。有机溶剂法是使用强极性溶剂对样品进行溶胀处理，一般是在热溶剂和溶剂蒸汽中进行，但此方法对于溶剂加热的温度要求严格，过高温度易致塑料变形。火焰处理法是对零件表面进行氧化火焰瞬时处理，除掉油污和弱界面层，同时在聚丙烯表面产生自由基和离子等极性基团。目前大多数零件厂商采用火焰处理法处理聚丙烯保险杠表面，但是火焰温度的变化易使塑料变形，产生装配问题，形成大量报废品，损失巨大。等离子处理对零件表面进行改性的效果会随着时间的推移而减弱，减弱了油漆的附着力。化学氧化处理需要使用大量强酸在材料表面氧化形成粗糙表面，工艺复杂，环境污染大，而且需要处理大量废液。
有关增加聚丙烯表面极性的专利较多，专利CN102532696B公开的聚丙烯组合物采用共混的方法，在聚丙烯中添加PP/PA接枝物，通过PA这种高极性材料提高聚丙烯表面极性。专利CN104530564A所涉及的聚丙烯塑料也是通过共混的方式，通过添加表面活性剂、油酸酰胺和芥酸酰胺这些助剂来提高聚丙烯的表面极性，但是这些小分子熔点低，在较高温度下与聚丙烯的结合力有限，时间稍长会随油漆一起掉落，间接影响了油漆的附着力。专利CN101357967B公开以一种聚烯烃底材附着力促进剂的制备方法，在一定温度下，将马来酸酐、顺丁烯二酸酐或反丁烯二酸酐在过氧化物作用下与氯化聚烯烃反应制备，所得到的促进剂用于处理聚丙烯表面，能使聚丙烯附着力显著增强，但反应复杂，市场化前景不明朗。
以上专利都是通过在聚丙烯中添加其他材料来提高聚丙烯表面极性，虽然对聚丙烯表面极性提高大有帮助，但各自仍有缺点，限制了其工业化的应用。
发明内容
本发明提供了一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，该材料解决了普通聚丙烯复合材料低表面张力的缺点，同时通过添加EVOH，在保证力学性能的前提下，大大提高了聚丙烯复合材料的长期耐热老化性能。
一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)是将乙烯聚合物的加工性和乙烯醇聚合物的阻隔作用相结合，乙烯-乙烯醇共聚物不仅表现出极好的加工性能，而且也对气体、气味等呈现出优异的阻断作用。EVOH与聚丙烯共混均匀，不易析出，由于羟基的大量存在，大大提高了聚丙烯的表面张力，极大地增加了材料的表面极性。同时由于同乙烯结合，EVOH具有热稳定性，这也提高了聚丙烯复合材料的热老化性能。
本发明采用特定含量的各组分组合，保证其具有良好的力学性能。本发明通过添加EVOH这种已工业化的材料，制备得到的聚丙烯复合材料性能稳定，同时利用乙烯-乙烯醇共聚物与聚丙烯的优异的相容性，在保证力学性能的前提下，极大地增加了材料的表面极性，也提高了材料的长期耐热老化性能。本发明中得到的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料兼具刚性和韧性，同时具有良好的耐热老化性能。
为了取得更好的发明效果，对本发明进行优选：
所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
进一步优选，所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，其熔指(即熔融指数)为26-80g/10min(GB/T 3682-2000)，优选熔指为26g/10min。
所述的增韧剂为POE(乙烯-辛烯共聚物)，为线形高分子，密度为0.85-0.89g/cm3，熔指(即熔融指数)为0.3-2g/10min(ASTM D1238，190℃/2.16kg)，进一步优选，密度为0.86g/cm3，熔指0.5g/10min，可具体采用美国陶氏公司生产的乙烯-辛烯共聚物，商品牌号为ENGAGE 8150。
所述的乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯的摩尔百分含量为25％～50％，进一步优选为29％～44％。所述的乙烯-乙烯醇共聚物为线形共聚物，密度为1.14-1.21g/10min，熔指为3.5-12g/10min，进一步优选密度为1.14g/cm3，熔指12g/10min，具体采用日本合成化学生产的乙烯-乙烯醇共聚物商品牌号为A4412，或者，进一步优选密度为1.21g/cm3，熔指8g/10min，具体采用日本合成化学生产的乙烯-乙烯醇共聚物商品牌号为D2908。
所述的无机填料为滑石粉，目数为400-3000目，进一步优选2000目。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯类和受阻酚类抗氧剂的复配体系，优选168和1010的复配体系。
所述的黑色母粒是以聚乙烯(PE)为载体的炭黑色母粒，以PE为载体的炭黑，炭黑含量在30wt-60wt％之间，即黑色母粒中炭黑的质量百分含量为30％～60％，进一步优选50wt％。
所述的其他助剂为分散剂、润滑剂中的一种或两种，分散剂为OP蜡，润滑剂为硬脂酸盐类，进一步优选为硬脂酸钙。
本发明还提供了一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法，其制备方法易操作、成本低，可快速进行工业化生产，市场前景广阔。
所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯、增韧剂、乙烯-乙烯醇共聚物、无机填料、抗氧剂、黑色母粒及其他助剂混合均匀，然后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经水冷、切粒和干燥，得到表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料。
所述的混合的条件为：转速为400～1000转/分钟，时间为2min～10min。进一步，所述的混合均匀在搅拌机中进行，选用本领域常用的搅拌机，一般可选用如转速为600RPM(转/分钟)的搅拌机，一般混合的时间为3min～6min。
所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定分别为195℃～205℃、225℃～235℃、225℃～235℃、225℃～235℃、225℃～235℃、205℃～215℃、205℃～215℃、205℃～215℃、205℃～215℃，模头的温度为220℃～240℃。进一步，所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定分别为200℃、230℃、230℃、230℃、230℃、210℃、210℃、210℃、210℃，模头的温度为230℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，利用POE和滑石粉分别对聚丙烯增韧和增强，同时利用乙烯-乙烯醇共聚物与聚丙烯的优异的相容性，在保证力学性能的前提下，极大地增加了材料的表面极性，也提高了材料的长期耐热老化性能。
本发明一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法，生产工艺简单，可控性好，生产成本低，易于工业化大规模生产，具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合本发明对实施例和对比例进行进一步的阐述。
在实施例及对比例组合物配方中，所述的聚丙烯为燕山石化公司生产的共聚PP，商品牌号为K7726，熔体流动速率为26g/10min。所述的增韧剂为美国陶氏公司生产的乙烯-辛烯共聚物(POE)，商品牌号为ENGAGE 8150，密度为0.863g/cm3，熔体流动速率为0.5g/10min。所述的EVOH为日本合成化学生产的乙烯-乙烯醇共聚物，商品牌号为D2908，密度为1.21g/cm3，熔体流动速率为8g/10min，乙烯含量29mol％，以及商品牌号为A4412，密度为1.14g/cm3，熔体流动速率为12g/10min，乙烯含量44mol％。所述的无机填料为北海集团生产的2000目滑石粉。所述的抗氧剂为金海雅宝公司生产的168和1010。所述的黑色母粒为卡博特公司生产的PE2718，炭黑含量为50wt％，以聚乙烯(PE)为载体。所述的其他助剂包括分散剂和润滑剂，分散剂为克莱恩公司生产的OP蜡，润滑剂为杭州油脂化工公司生产的硬脂酸钙。
表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法如下：
将一定量的PP、增韧剂POE、EVOH、滑石粉、抗氧剂、黑色母粒和其他助剂加入搅拌机中混合5min后从主喂料料斗加入双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定分别为200℃、230℃、230℃、230℃、230℃、210℃、210℃、210℃、210℃，模头的温度为230℃。经双螺杆挤出机挤出后经过室温25℃水冷、切粒(粒子直径2mm-4mm，长度4mm-6mm)，然后干燥，密封包装，得到表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料。
将实施例和对比例所得表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料通过注射机成型加工成测试样条，并对其进行力学性能测试。具体测试方法如下：
拉伸性能测试按ISO 527-2进行；弯曲性能测试按ISO 178进行；简支梁缺口冲击强度按ISO 179进行；表面张力采用达因笔进行测试。
对测试样品进行长期热老化试验。具体测试方法如下：
在150℃下，通过将测试样品暴露在热空气老化箱中来评价样品的长期热稳定性。对于本文所公开的复合材料的耐热老化实验测试时间为1000小时。所述测试样品在热空气箱中老化后，根据ISO 527-2测试方法测试拉伸强度和断裂伸长率；根据ISO 178测试方法测试弯曲强度和弯曲模量；根据ISO 179测试方法测试简支梁缺口冲击强度。并将热老化后的检测结果与未暴露的对照物进行比较，得到各个力学测试项目的保持率，因此可评定各种不同组分的长期耐热稳定性。
实施例和对比例的配方如表1所示，实施例和对比例的对应力学性能的测试结果如表2所示，150℃、1000h热老化后实施例和对比例的测试结果如表3所示：
表1，实施例和对比例的配方表，wt％
表2，实施例和对比例的测试结果
表3，150℃、1000h热老化后实施例和对比例的测试结果
从实施例和对比例的测试结果可以看出，EVOH加入对表面张力的影响较大，随着EVOH含量增加，表面张力增加，并且EVOH中乙烯醇含量较高，体现的表面张力数据也较高。在长期耐热老化实验中，随着EVOH含量的增加，拉伸强度保持率和简支梁缺口冲击保持率都在增加。

Claims (7)

1.一种表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：
所述增韧剂为POE，乙烯-乙烯醇共聚物为A4412和/或D2908。
2.根据权利要求1所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的无机填料为滑石粉，目数为400-3000目。
3.根据权利要求1所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的黑色母粒是以聚乙烯为载体的炭黑色母粒，黑色母粒中炭黑的质量百分含量为30％～60％。
4.根据权利要求1所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的其他助剂为分散剂、润滑剂中的一种或两种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚丙烯、增韧剂、乙烯-乙烯醇共聚物、无机填料、抗氧剂、黑色母粒及其他助剂混合均匀，然后从主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机挤出后经水冷、切粒和干燥，得到表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料。
6.根据权利要求5所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的混合的条件为：转速为400～1000转/分钟，时间为2min～10min。
7.根据权利要求5所述的表面高极性的耐热老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机从进料段到机头的第一温度区至第九温度区的温度设定分别为195℃～205℃、225℃～235℃、225℃～235℃、225℃～235℃、225℃～235℃、205℃～215℃、205℃～215℃、205℃～215℃、205℃～215℃，模头的温度为220℃～240℃。
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