CN106633537A - 一种低tvoc挥发量的pvc/nbr热塑性弹性体材料及其制备方法 - Google Patents

一种低tvoc挥发量的pvc/nbr热塑性弹性体材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，由以下按照重量份数的原料组成：PVC树脂100份、邻苯二甲酸二异壬酯50~100份、重钙粉5~20份、色素碳黑1~2份、稳定剂3~5份、抗氧剂0.1~0.5份、紫外线吸收剂0.1~0.5份、加工助剂3~6份、粉末丁腈橡胶10~50份、石墨烯0.1~1.0份。发明具有理化性能好和加工容易的特性，可用作连续挤出成型、复合挤出和注塑成型、模压成型，同时有优异的耐光照和耐热老化性能，特别的，其TVOC挥发量非常低，采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃／2h时仍小于5000μg/m3。

Description

一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于汽车密封件应用技术领域，更具体地说，尤其涉及一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料。同时，本发明还涉及一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料的制备方法。
背景技术
TVOC是“总挥发性有机化合物”的简称，主要指C6到C16之间的挥发性有机化合物。汽车内有TVOC超标对人体的危害程度很大，长时间会造成头痛、眩晕、恶心等，严重者可能导致贫血甚至致癌。车内这种空气污染还会导致司机焦躁不安、注意力无法集中、影响驾车安全，造成交通事故。我们国家在2012年3月份出台了《GBT 27630-2011 乘用车内空气质量评价指南》对车内TVOC的量提出了标准。
PVC/NBR热塑性弹性体材料是聚合度大于1300的PVC树脂，经增塑剂和NBR改性后制得的材料，具有良好的物理化学性能，广泛用于汽车顶饰条、车门内、外挡水条、三角窗的制造，是汽车防水、防尘、隔音不可缺少的重要部件材料。热塑性弹性体是车内TVOC的重要来源之一，传统的PVC/NBR热塑性弹性体在检测TVOC挥发量时很难达到≤5000μg/m3的限值，特别是车内温度在50℃以上时析出量更是大大增加，对人体健康造成危害。
目前，制备低TVOC的车用高分子材料的方法主要有三种: 一是添加活性炭、多孔氧化铝、硅藻土等多孔物质（CN1727391A）；二是采用专业的脱挥设备与工艺进行脱挥；三是采用挥发性更小的邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）作为增塑剂，取代挥发性较高的传统增塑剂，如邻苯二甲酸二辛酯（DOP）。第一种方法吸附的效率较低，达不到汽车主机厂对材料TVOC的检测要求，第二种方法效率有所提高，但受到生产工艺及设备的局限，且成本较高，不被广泛应用，第三种方法制得的材料在夏天太阳暴晒下TVOC量仍会超标。开发在较高温度下具有低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体具有重要的价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料及其制备方法，采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃下2h的TVOC量小于5000μg/m3。制备PVC/NBR热塑性弹性体材料的主要组分包括PVC树脂、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、加工助剂、粉末丁腈橡胶（NBR）和石墨烯；以邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）为增塑剂，大大降低了材料的TVOC挥发量，石墨烯在材料里均匀分散，使材料的热稳定性和散热性得到显著提高；邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）和石墨烯的协同作用，使材料在高温下仍然只有很低的TVOC挥发量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，由以下按照重量份数的原料组成：PVC树脂100份、邻苯二甲酸二异壬酯50~100份、重钙粉5~20份、色素碳黑1~2份、稳定剂3~5份、抗氧剂0.1~0.5份、紫外线吸收剂0.1~0.5份、加工助剂3~6份、粉末丁腈橡胶10~50份、石墨烯0.1~1.0份。
优选的，所述PVC树脂为聚合度1300、1800或2500的悬浮法树脂。
优选的，所述重钙粉是经过表面活化处理的重质碳酸钙粉，其粒径≤10μm。
优选的，所述色素碳黑是指专用于塑料着色的碳黑粉。
优选的，所述稳定剂为钙锌类环保复合稳定剂。
优选的，所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。
优选的，所述紫外线吸收剂为2-(2′-羟苯-5′-甲基苯基)苯并三唑UV-P。
优选的，所述加工助剂为丙烯酸酯类聚合物K-125P。
优选的，所述粉末丁腈橡胶（NBR）为丁腈橡胶粉P83。
本发明还提供一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、根据重量份数称取原料；
S2、将石墨烯加入到邻苯二甲酸二异壬酯中，采用高剪切力搅拌机强烈搅拌，使石墨烯在邻苯二甲酸二异壬酯中均匀分散，直至溶液静止后石墨烯仍均匀分散，没有沉降现象；
S3、将PVC树脂、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂和紫外线吸收剂投入混合锅低速搅拌1-3分钟，然后加入S2中均匀分散了石墨烯的邻苯二甲酸二异壬酯，高剪切力搅拌机调至高速搅拌，当温度达到120~140℃时停止高速搅拌，混合物冷却到60℃后出料过筛；
S4、将过筛后的物料加入加工助剂丙烯酸酯类聚合物K-125P和丁腈橡胶粉P83，混合均匀后出料，混合时间1~3 min，混合机转速600~800 rpm；
S5、将S4制备好的混合粉料通过自动加料装置加入锥形双螺杆挤出机料仓，然后挤出塑化造粒，挤出机温度控制在110~150℃，螺杆转速控制在20~30 rpm；
S6、将挤出切好的粒料经三级风冷后得到低TVOC汽车密封件用PVC/NBR热塑性弹性体材料。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料及其制备方法，与传统技术相比，本发明具有理化性能好和加工容易的特性，可用作连续挤出成型、复合挤出和注塑成型、模压成型，同时有优异的耐光照和耐热老化性能，特别的，其TVOC挥发量非常低，采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃／2h时仍小于5000μg/m3。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1）将如下各物料质量组份精确计量：聚合度1300的PVC树脂100份、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）50份、活性重质碳酸钙粉20份、色素碳黑1份、钙锌复合稳定剂4份、抗氧剂（1076）0.3份、紫外线吸收剂（UV-P）0.25份、加工助剂（K-125P）4份、丁腈橡胶粉（P83）30份、石墨烯0.5份；
（2）将石墨烯加入到邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中，采用高剪切力搅拌机强烈搅拌，使石墨烯在邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中均匀分散，直至溶液静止后石墨烯仍均匀分散，没有沉降现象；
（3）将PVC树脂、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂和紫外线吸收剂投入混合锅低速搅拌1分钟，然后加入上述均匀分散了石墨烯的DINP，调至高速搅拌，当温度达到120℃时停止高速搅拌，混合物冷却到60℃后出料过筛；
（4）将过筛后的物料加入加工助剂丙烯酸酯类聚合物K-125P和丁腈橡胶粉P83，混合均匀后出料，混合时间1 min，混合机转速800 rpm；
（5）将（4）制备好的混合粉料通过自动加料装置加入锥形双螺杆挤出机料仓，然后挤出塑化造粒，挤出机温度控制在110℃，螺杆转速控制在25 rpm；
（6）将挤出切好的粒料经三级风冷后得到低TVOC汽车密封件用PVC/NBR热塑性弹性体材料。
采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃下2h的TVOC量为3913μg/m3，低于5000μg/m3。
实施例2
（1）将如下各物料质量组份精确计量：聚合度1800的PVC树脂100份、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP） 80份、活性重质碳酸钙粉5份、色素碳黑2份、钙锌复合稳定剂3份、抗氧剂（1076）0.1份、紫外线吸收剂（UV-P）0.5份、加工助剂（K-125P）6份、丁腈橡胶粉（P83）10份、石墨烯1.0份；
（2）将石墨烯加入到邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中，采用高剪切力搅拌机强烈搅拌，使石墨烯在邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中均匀分散，直至溶液静止后石墨烯仍均匀分散，没有沉降现象；
（3）将PVC树脂、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂和紫外线吸收剂投入混合锅低速搅拌2分钟，然后加入上述均匀分散了石墨烯的邻苯二甲酸二异壬酯（DINP），调至高速搅拌，当温度达到130℃时停止高速搅拌，混合物冷却到60℃后出料过筛；
（4）将过筛后的物料加入加工助剂丙烯酸酯类聚合物K-125P和丁腈橡胶粉P83，混合均匀后出料，混合时间2 min，混合机转速700 rpm；
（5）将（4）制备好的混合粉料通过自动加料装置加入锥形双螺杆挤出机料仓，然后挤出塑化造粒，挤出机温度控制在140℃，螺杆转速控制在20 rpm；
（6）将挤出切好的粒料经三级风冷后得到低TVOC汽车密封件用PVC/NBR热塑性弹性体材料。
采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃下2h的TVOC量为4128μg/m3，低于5000μg/m3。
实施例3
（1）将如下各物料质量组份精确计量：聚合度2500的PVC树脂100份、DINP 100份、活性重质碳酸钙粉10份、色素碳黑1份、钙锌复合稳定剂5份、抗氧剂（1076）0.5份、紫外线吸收剂（UV-P）0.1份、加工助剂（K-125P）3份、丁腈橡胶粉（P83）50份、石墨烯0.1份；
（2）将石墨烯加入到邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中，采用高剪切力搅拌机强烈搅拌，使石墨烯在邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中均匀分散，直至溶液静止后石墨烯仍均匀分散，没有沉降现象；
（3）将PVC树脂、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂和紫外线吸收剂投入混合锅低速搅拌3分钟，然后加入上述均匀分散了石墨烯的DINP，调至高速搅拌，当温度达到140℃时停止高速搅拌，混合物冷却到60℃后出料过筛；
（4）将过筛后的物料加入加工助剂丙烯酸酯类聚合物K-125P和丁腈橡胶粉P83，混合均匀后出料，混合时间3 min，混合机转速600 rpm；
（5）将（4）制备好的混合粉料通过自动加料装置加入锥形双螺杆挤出机料仓，然后挤出塑化造粒，挤出机温度控制在150℃，螺杆转速控制在30 rpm；
（6）将挤出切好的粒料经三级风冷后得到低TVOC汽车密封件用PVC/NBR热塑性弹性体材料。
采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃下2h的TVOC量为4201μg/m3，低于5000μg/m3。
实施例4
（1）将如下各物料质量组份精确计量：聚合度2500的PVC树脂70份、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP） 100份、活性重质碳酸钙粉15份、色素碳黑2份、钙锌复合稳定剂3份、抗氧剂（1076）0.2份、紫外线吸收剂（UV-P）0.2份、加工助剂（K-125P）5份、丁腈橡胶粉（P83）20份、石墨烯0.3份；
（2）将石墨烯加入到邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中，采用高剪切力搅拌机强烈搅拌，使石墨烯在邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中均匀分散，直至溶液静止后石墨烯仍均匀分散，没有沉降现象；
（3）将PVC树脂、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂和紫外线吸收剂投入混合锅低速搅拌2分钟，然后加入上述均匀分散了石墨烯的DINP，调至高速搅拌，当温度达到140℃时停止高速搅拌，混合物冷却到60℃后出料过筛；
（4）将过筛后的物料加入加工助剂丙烯酸酯类聚合物K-125P和丁腈橡胶粉P83，混合均匀后出料，混合时间3 min，混合机转速800 rpm；
（5）将（4）制备好的混合粉料通过自动加料装置加入锥形双螺杆挤出机料仓，然后挤出塑化造粒，挤出机温度控制在140℃，螺杆转速控制在25 rpm；
（6）将挤出切好的粒料经三级风冷后得到低TVOC汽车密封件用PVC/NBR热塑性弹性体材料。
采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃下2h的TVOC量为3987μg/m3，低于5000μg/m3。
实施例5
（1）将如下各物料质量组份精确计量：聚合度1800的PVC树脂100份、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP） 60份、活性重质碳酸钙粉10份、色素碳黑1份、钙锌复合稳定剂5份、抗氧剂（1076）0.4、紫外线吸收剂（UV-P）0.3份、加工助剂（K-125P）3份、丁腈橡胶粉（P83）40份、石墨烯0.7份；
（2）将石墨烯加入到DINP中，采用高剪切力搅拌机强烈搅拌，使石墨烯在DINP中均匀分散，直至溶液静止后石墨烯仍均匀分散，没有沉降现象；
（3）将PVC树脂、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂和紫外线吸收剂投入混合锅低速搅拌2分钟，然后加入上述均匀分散了石墨烯的DINP，调至高速搅拌，当温度达到120℃时停止高速搅拌，混合物冷却到60℃后出料过筛；
（4）将过筛后的物料加入加工助剂丙烯酸酯类聚合物K-125P和丁腈橡胶粉P83，混合均匀后出料，混合时间2 min，混合机转速600 rpm；
（5）将（4）制备好的混合粉料通过自动加料装置加入锥形双螺杆挤出机料仓，然后挤出塑化造粒，挤出机温度控制在120℃，螺杆转速控制在30 rpm；
（6）将挤出切好的粒料经三级风冷后得到低TVOC汽车密封件用PVC/NBR热塑性弹性体材料。
采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃下2h的TVOC量为3792μg/m3，低于5000μg/m3。
综上所述：本发明提供的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料及其制备方法，采用VOC散发－1m3舱测试TVOC挥发量，0.3kg样品在70℃下2h的TVOC量小于5000ug/m3。制备PVC/NBR热塑性弹性体材料的主要组分包括PVC树脂、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、加工助剂、粉末丁腈橡胶（NBR）和石墨烯；以邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）为增塑剂，大大降低了材料的TVOC挥发量，石墨烯在材料里均匀分散，使材料的热稳定性和散热性得到显著提高；邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）和石墨烯的协同作用，使材料在高温下仍然只有很低的TVOC挥发量。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：由以下按照重量份数的原料组成：PVC树脂100份、邻苯二甲酸二异壬酯50~100份、重钙粉5~20份、色素碳黑1~2份、稳定剂3~5份、抗氧剂0.1~0.5份、紫外线吸收剂0.1~0.5份、加工助剂3~6份、粉末丁腈橡胶10~50份、石墨烯0.1~1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述PVC树脂为聚合度1300、1800或2500的悬浮法树脂。
3.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述重钙粉是经过表面活化处理的重质碳酸钙粉，重质碳酸钙粉粒径≤10μm。
4.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述色素碳黑是指专用于塑料着色的碳黑粉。
5.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述稳定剂为钙锌类环保复合稳定剂。
6.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。
7.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述紫外线吸收剂为2-(2′-羟苯-5′-甲基苯基)苯并三唑UV-P。
8.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述加工助剂为丙烯酸酯类聚合物K-125P。
9.根据权利要求1所述的一种低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料，其特征在于：所述粉末丁腈橡胶为丁腈橡胶粉P83。
10.一种权利要求1所述的低TVOC挥发量的PVC/NBR热塑性弹性体材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、根据重量份数称取原料；
S2、将石墨烯加入到邻苯二甲酸二异壬酯中，采用高剪切力搅拌机强烈搅拌，使石墨烯在邻苯二甲酸二异壬酯中均匀分散，直至溶液静止后石墨烯仍均匀分散，没有沉降现象；
S3、将PVC树脂、重钙粉、色素碳黑、稳定剂、抗氧剂和紫外线吸收剂投入混合锅低速搅拌1-3分钟，然后加入S2中均匀分散了石墨烯的邻苯二甲酸二异壬酯，高剪切力搅拌机调至高速搅拌，当温度达到120~140℃时停止高速搅拌，混合物冷却到60℃后出料过筛；
S4、将过筛后的物料加入加工助剂和粉末丁腈橡胶，混合均匀后出料，混合时间1~3min，混合机转速600~800 rpm；
S5、将S4制备好的混合粉料通过自动加料装置加入锥形双螺杆挤出机料仓，然后挤出塑化造粒，挤出机温度控制在110~150℃，螺杆转速控制在20~30 rpm；
S6、将挤出切好的粒料经三级风冷后得到低TVOC汽车密封件用PVC/NBR热塑性弹性体材料。
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