CN106700570A - 一种tpv材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TPV材料及其制备方法和应用，TPV材料主要由以下重量份数成分组成：PP：8‑30份，EPDM：15‑50份，石蜡油：15‑50份，聚烯烃：1‑10份，无机填充物：0‑12份，硫化剂组合：0.5‑6份，助硫化剂组合：0.5‑4份，氧化锌：0.1‑4份，抗氧剂组合：0.5‑2份，紫外线吸收剂组合：0.5‑4份，润滑剂组合：0.5‑8份，色母粒：2‑5份；通过混料和硫化后制成。制成的TPV材料具有更高的表面细腻度、拉伸强度和撕裂强度，更好的压缩永久变形性，更稳定的耐热老化和光老化。用于制备汽车玻璃切水条，能满足汽车主机厂的高细腻度的外观需求，以及压缩永久变形和光、热老化的物性需求。

Description

一种TPV材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种高分子材料，尤其涉及一种TPV材料及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。
背景技术
TPV(热塑性硫化橡胶)主要有二部分，一是塑料作为连续相，二是橡胶作为分散相。目前生产TPV的加工方法比较传统，是将PP、EPDM、石蜡油和部分小料先熔融共混得到半成品，之后通过加入硫化剂得到另一种硫化半成品，之后通过添加耐候助剂熔融共混得到最终产品，其工艺步骤繁琐，产能低下，能耗过高。而且生产出的产品，其硫化橡胶颗粒粒径尺寸过大，粒径尺寸数据分布过宽，拉伸强度、撕裂强度、压缩变形等关键数据不好，产品使用中，表面会很粗糙，无法满足某些高要求的应用领域。
例如，目前应用在汽车玻璃切水条的大部分为PVC材料，少部分为TPV材料。因为PVC材料具有极高的细腻度，在过去的10年里，一直受各大主机厂商的青睐。但是，最近几年，越来越多的主机厂商选择了TPV材料，因为TPV材料环保耐用，物理性能优良，在应用到汽车玻璃切水条这样的功能件上面，TPV材料有更好的应用前景。
综上，需要开发一种新的TPV材料，以解决目前市场上TPV材料表面粗糙，产品棱角位置有锯齿状，很难达到像PVC表面的那样的细腻度的缺陷，从而扩大其在某些表面要求很高的产品上的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种表面细腻度更高、拉伸强度和撕裂强度更高、体系粘度更稳定、压缩永久变形性能更好、耐热老化和光老化更稳定的TPV材料。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种TPV材料，所述TPV材料主要由以下重量份数成分组成：PP：8-30份，EPDM：15-50份，石蜡油：15-50份，聚烯烃：1-10份，无机填充物：0-12份，硫化剂组合：0.5-6份，助硫化剂组合：0.5-4份，氧化锌：0.1-4份，抗氧剂组合：0.5-2份，紫外线吸收剂组合：0.5-4份，润滑剂组合：0.5-8份，色母粒：2-5份。
在上述的一种TPV材料中，所述聚烯烃为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或两种。
在上述的一种TPV材料中，所述无机填充物为滑石粉。
在上述的一种TPV材料中，所述硫化剂组合由低活性过氧化物和高活性过氧化物按质量比2:(1-3)复配而成。硫化过程中高活性的过氧化物会优先分解发生交联，低活性的过氧化物继续保证更高的硫化度，本发明硫化剂的复配方式能有效避免硫化程度不够和硫化反应过快等带来的产品不良。
在上述的一种TPV材料中，所述低活性过氧化物为DCP、BIPB中的一种或两种。
在上述的一种TPV材料中，所述高活性过氧化物为DTBP、TBICM75中的一种或两种。
在上述的一种TPV材料中，所述助硫化剂组合为高活性架桥剂和低活性架桥剂按质量比2:(1-4)复配而成，复配的助硫化剂组合在硫化交联过程中，分布进行架桥硫化，能有效保证更高硫化程度以及更优的材料表面状态。
在上述的一种TPV材料中，所述高活性架桥剂为TMPTMA.
在上述的一种TPV材料中，所述低活性架桥剂为改性聚丁二烯。
在上述的一种TPV材料中，所述抗氧剂组合由受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂按质量比为1：(0.5-3)复配而成，不同类型的抗氧剂作用机理是不一样的，此两种抗氧剂复配后能起到协同作用，抗氧化效果比单一组分更好。
在上述的一种TPV材料中，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种或两种。
在上述的一种TPV材料中，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
在上述的一种TPV材料中，所述紫外线吸收剂组合由UV2908、UV3853、UV5411按质量比为1：(0.5-2)：(0.5-5)复配而成，不同种类的紫外线吸收剂能起到协同作用，比单一组分的效果更好。
在上述的一种TPV材料中，所述的润滑剂组合由PE蜡、硬脂酸、PPA按质量比为(1-2)：(1-2):0.1复配而成。PE蜡作为内润滑，有效缓解PP的降解，硬脂酸、PPA作为外润滑，在材料实际生产应用中，起到表面润滑作用，提高产品表面细腻度。
本发明的第二个目的在于提供上述TPV材料的制备方法，所述制备方法主要包括以下工艺步骤：
S1、称取EPDM、聚烯烃、石蜡油、无机填充物、部分PP，通过失重喂料加入双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混后制成半成品粒子；
S2、将硫化剂组合、助硫化剂组合、抗氧剂组合、紫外线吸收剂组合、润滑剂组合、氧化锌、色母粒和上述半成品粒子、以及剩余PP(用于调整硬度的PP)通过失重喂料称投入到双螺杆挤出机料斗中，经熔融共混后制成TPV材料。
在上述的一种TPV材料的制备方法中，步骤S1中失重喂料的投料量为200-500KG/h，步骤S1中双螺杆挤出机的主机转速为250-550RMP，熔融的温度为150-210℃。
在上述的一种TPV材料的制备方法中，步骤S2中失重喂料的投料量为200-700KG/h，双螺杆挤出机的主机转速为250-800RMP，熔融的温度为140-210℃。
步骤S1为充油过程，投料量和主机转速略低，保证石蜡油组分能充分被EPDM所吸收。步骤S2为硫化反应过程，需要更高的转速对硫化后EPDM进行剪切，从而满足材料生产的成品表面的高细腻度。
本发明的第三个目的在于提供上述TPV材料的应用，所述TPV材料用于制备汽车玻璃切水条。满足汽车主机厂的高细腻度外观需求，以及压缩永久变形和光、热老化的物性需求。
与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
1.本发明生产出来的TPV材料，通过动态硫化，使EPDM交联并以海岛结构均匀分散在以PP为主体的连续相中，使其具有橡胶的弹性和PP的可塑性，在合适的工艺生产条件下，在硫化过程中，使半成品和助剂均匀进入螺杆，保证材料的硫化程度高度一致，TPV中的硫化橡胶颗粒能以纳米级的尺寸状态分散在PP连续相中，粒径尺寸数据分布较窄，所以其产品表面相较普通TPV会更加细腻，材料的拉伸强度和撕裂强度会更高，体系的粘度更稳定。
2.本发明通过选用合适的硫化剂组合，使硫化过程中硫化反应缓和，既能满足高的硫化程度，也能满足其材料挤出产品的表面高细腻度要求。
3.本发明通过合适的工艺条件，能改善高胶含量所出现的产品表面粗糙、表面粒点、难成型等问题点，且能满足部分主机厂材料的严格压缩永久变形物性要求。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：实施例1-5的TPV材料的组成成分及其重量份数
实施例1：
按表1中实施例1的组成成分及其重量份数配伍原料，其中，聚烯烃为乙烯-丁烯共聚物，无机填充物为滑石粉，硫化剂组合为DCP和TBICM75按2:1复配，助硫化剂组合为TMPTMA和改性聚丁二烯按2:3复配，抗氧剂组合为抗氧剂1010和抗氧剂168按1:1比例复配，紫外线吸收剂组合为UV 2908、UV 3853、UV5411按1:0.5:2比例复配，润滑剂组合为PE蜡、硬脂酸、PPA按2:2:0.1比例复配。
然后将上述原料中的EPDM、乙烯-丁烯共聚物、石蜡油无机填充物、部分PP，通过失重喂料加入长径比为48：1的双螺杆挤出机的料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为350RMP、温度为150℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成半成品粒子。
最后将上述半成品粒子进行硫化。首先将硫化剂组合、助硫化剂组合、抗氧剂组合、氧化锌、润滑剂组合组成的小料和上述半成品粒子、剩余用于调整硬度的PP通过失重喂料投入到长径比为60:1的双螺杆挤出机料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为700RMP、温度为140℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成成成品粒子，经过均化达到2h后，包装成成品。
实施例2：
按表1中实施例1的组成成分及其重量份数配伍原料，其中，聚烯烃为乙烯-丁烯共聚物，无机填充物为滑石粉，硫化剂组合为DCP和TBICM75按2:3复配，助硫化剂组合为TMPTMA和改性聚丁二烯按2:4复配，抗氧剂组合为抗氧剂1076和抗氧剂168按1:1比例复配，紫外线吸收剂组合为UV 2908、UV 3853、UV5411按1:0.5:2比例复配，润滑剂组合为PE蜡、硬脂酸、PPA按2:2:0.1比例复配。
然后将上述原料中的EPDM、乙烯-丁烯共聚物、石蜡油、无机填充物、部分PP，通过失重喂料加入长径比为48：1的双螺杆挤出机的料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为350RMP、温度为150℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成半成品粒子。
最后将上述半成品粒子进行硫化。首先将硫化剂组合、助硫化剂组合、抗氧剂组合、氧化锌、润滑剂组合组成的小料和上述半成品粒子、剩余用于调整硬度的PP通过失重喂料投入到长径比为60:1的双螺杆挤出机料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为700RMP、温度为140℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成成成品粒子，经过均化达到2h后，包装成成品。
实施例3：
按表1中实施例1的组成成分及其重量份数配伍原料，其中，聚烯烃为乙烯-丁烯共聚物，无机填充物为滑石粉，硫化剂组合为BIPB和TBICM75按2:2复配，助硫化剂组合为TMPTMA和改性聚丁二烯按2:3复配，抗氧剂组合为抗氧剂1010和抗氧剂168按1:1比例复配，紫外线吸收剂组合为UV 2908、UV 3853、UV5411按1:0.5:2比例复配，润滑剂组合为PE蜡、硬脂酸、PPA按2:2:0.1比例复配。
然后将上述原料中的EPDM、乙烯-丁烯共聚物、石蜡油、无机填充物、部分PP，通过失重喂料加入长径比为48：1的双螺杆挤出机的料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为350RMP、温度为150℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成半成品粒子。
最后将上述半成品粒子进行硫化。首先将硫化剂组合、助硫化剂组合、抗氧剂组合、氧化锌、润滑剂组合组成的小料和上述半成品粒子、剩余用于调整硬度的PP通过失重喂料投入到长径比为60:1的双螺杆挤出机料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为700RMP、温度为140℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成成成品粒子，经过均化达到2h后，包装成成品。
实施例4：
按表1中实施例1的组成成分及其重量份数配伍原料，其中，聚烯烃为乙烯-丁烯共聚物，无机填充物为滑石粉，硫化剂组合为DCP和DBPA按2:1复配，助硫化剂组合为TMPTMA和改性聚丁二烯按2:1复配，抗氧剂组合为抗氧剂1010和抗氧剂168按1:1比例复配，紫外线吸收剂组合为UV 2908、UV 3853、UV5411按1:0.5:2比例复配，润滑剂组合为PE蜡、硬脂酸、PPA按2:2:0.1比例复配。
然后将上述原料中的EPDM、乙烯-丁烯共聚物、石蜡油无机填充物、部分PP，通过失重喂料加入长径比为48：1的双螺杆挤出机的料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为350RMP、温度为150℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成半成品粒子。
最后将上述半成品粒子进行硫化。首先将硫化剂组合、助硫化剂组合、抗氧剂组合、氧化锌、润滑剂组合组成的小料和上述半成品粒子、剩余用于调整硬度的PP通过失重喂料投入到长径比为60:1的双螺杆挤出机料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为700RMP、温度为140℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成成成品粒子，经过均化达到2h后，包装成成品。
实施例5：
按表1中实施例1的组成成分及其重量份数配伍原料，其中，聚烯烃为乙烯-辛烯共聚物，无机填充物为滑石粉，硫化剂组合为DCP和TBICM75按2:1复配，助硫化剂组合为TMPTMA和改性聚丁二烯按1:1复配，抗氧剂组合为抗氧剂1010和抗氧剂168按1:1比例复配，紫外线吸收剂组合为UV 2908、UV 3853、UV5411按1:0.5:2比例复配，润滑剂组合为PE蜡、硬脂酸、PPA按2:2:0.1比例复配。
然后将上述原料中的EPDM、乙烯-辛烯共聚物、石蜡油、无机填充物、部分PP，通过失重喂料加入长径比为48：1的双螺杆挤出机的料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为350RMP、温度为150℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成半成品粒子。
最后将上述半成品粒子进行硫化。首先将硫化剂组合、助硫化剂组合、抗氧剂组合、氧化锌、润滑剂组合组成的小料和上述半成品粒子、剩余用于调整硬度的PP通过失重喂料投入到长径比为60:1的双螺杆挤出机料斗中，投料量为500KG/h，在主机转速为700RMP、温度为140℃-210℃条件下进行熔融共混，之后经过水下切粒设备制成成成品粒子，经过均化达到2h后，包装成成品。
应用实施例1-5：
将实施例1-5制成的TPV材料制备成汽车玻璃切水条。
应用对比例1：
市售普通TPV材料制成的汽车玻璃切水条。
应用对比例2：
市售普通PVC材料制成的汽车玻璃切水条。
将应用实施例1-5和应用对比例1-2制成的汽车玻璃切水条进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2：
从表2可知，本发明应用实施例制得的汽车玻璃切水条各方面性能均优于对比例制成的汽车玻璃切水条，说明本发明的TPV材料表面细腻度、拉伸强度和撕裂强度更高，体系粘度更稳定，压缩永久变形性能更好，耐热老化和光老化更稳定。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分PP的重量份还可以为8份、10份、15份、18份、22份、25份、26份、28份、30份。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分EPDM的重量份还可以为15份、18份、20份、22份、26份、28份、33份、33份、34份、36份、39份、40份、43份、45份、46份、48份、50份。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分石蜡油的重量份还可以为15份、18份、20份、22份、25份、26份、28份、33份、33份、35份、36份、39份、40份、43份、45份、46份、48份、50份。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分聚烯烃还可以为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物的混合。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分聚烯烃的重量份还可以为1份、3份、7份、8份、9份、10份。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分无机填充物滑石粉的重量份还可以为3份、4份、6份、7份、9份、10份、11份、12份。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分硫化剂组合的重量份还可以为0.5份、1份、1.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份。
在上述实施例及其替换方案中，硫化剂组合中低活性过氧化物和高活性过氧化物的质量比还可以为2:1.2、2:1.5、2:1.8、2:2.2、2:2.5、2:2.8。
在上述实施例及其替换方案中，低活性过氧化物为DCP、BIPB的混合。
在上述实施例及其替换方案中，高活性过氧化物为DBPA、TBICM75的混合。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分助硫化剂组合的重量份还可以为0.5份、0.8份、1.2份、1.5份、1.8份、2.5份、3份、3.5份、4份。
在上述实施例及其替换方案中，助硫化剂组合中高活性架桥剂和低活性架桥剂的质量比还可以2:1.5、2:2.5、2:3.5。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分抗氧化剂的重量份还可以为0.5份、1.2份、1.5份、1.8份、2份。
在上述实施例及其替换方案中，抗氧剂组合中受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类的质量比还可以为1：0.5、1：0.8、1：1.2、1：1.5、1：1.8、1：2、1：2.2、1：2.5、1：2.8、1:3。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分氧化锌的重量份还可以为0.1份、0.5份、0.8份、1.2份、1.5份、1.8份、2.5份、3份、3.5份、4份。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分紫外线吸收剂组合的重量份还可以为0.5份、0.8份、1.2份、1.8份、2.2份、2.5份、2.6份、2.8份、3份、3.2份、3.5份、3.6份、3.8份、4份。
在上述实施例及其替换方案中，紫外线吸收剂组合中UV2908、UV3853、UV5411的质量比为1:0.5:0.5、1:0.5:1、1:0.5:3、1:0.5:4、1:0.5:5、1:1:0.5、1:1:1、1:1:2、1:1:3、1:1:4、1:1:5、1:2:0.5、1:2:1、1:2:2、1:2:3、1:2:4、1:2:5。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分润滑剂组合的重量份还可以为0.5份、0.8份、2份、2.5份、3份、3.5份、6份、7份、8份。
在上述实施例及其替换方案中，润滑剂组合中PE蜡、硬脂酸、PPA的质量比还可以为1:1:0.1、1:1.5:0.1、1:2:0.1、1.5:1:0.1、1.5:1.5:0.1、1.5:2:0.1、2:1:0.1、2:1.5:0.1。
在上述实施例及其替换方案中，组成成分色母粒的重量份还可以为2.5份、3.5份、4份、4.5份、5份。
在上述实施例及其替换方案中，混合过程中失重喂料的投料量还可以为200KG/h、220KG/h、250KG/h、280KG/h、300KG/h、320KG/h、350KG/h、380KG/h、400KG/h、420KG/h、450KG/h、480KG/h。
在上述实施例及其替换方案中，混合过程中双螺杆挤出机的主机转速还可以为250RMP、280RMP、300RMP、320RMP、360RMP、380RMP、400RMP、420RMP、450RMP、480RMP、500RMP、530RMP、550RMP。
在上述实施例及其替换方案中，硫化过程中失重喂料的投料量还可以为200KG/h、220KG/h、250KG/h、280KG/h、300KG/h、320KG/h、350KG/h、380KG/h、400KG/h、420KG/h、450KG/h、480KG/h、520KG/h、550KG/h、580KG/h、600KG/h、620KG/h、650KG/h、680KG/h、700KG/h。
在上述实施例及其替换方案中，硫化过程中双螺杆挤出机的主机转速还可以为250RMP、280RMP、300RMP、320RMP、360RMP、380RMP、400RMP、420RMP、450RMP、480RMP、500RMP、530RMP、550RMP、580RMP、600RMP、620RMP、650RMP、680RMP、720RMP、750RMP、780RMP、800RMP。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-5和应用实施例1-5作为代表说明本发明申请优异之处。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种TPV材料，其特征在于，所述TPV材料主要由以下重量份数成分组成：PP：8-30份，EPDM：15-50份，石蜡油：15-50份，聚烯烃：1-10份，无机填充物：0-12份，硫化剂组合：0.5-6份，助硫化剂组合：0.5-4份，氧化锌：0.1-4份，抗氧剂组合：0.5-2份，紫外线吸收剂组合：0.5-4份，润滑剂组合：0.5-8份，色母粒：2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种TPV材料，其特征在于，所述硫化剂组合由低活性过氧化物和高活性过氧化物按质量比2:(1-3)复配而成。
3.根据权利要求2所述的一种TPV材料，其特征在于，所述低活性过氧化物为DCP、BIPB中的一种或两种，所述高活性过氧化物为DBPA、TBICM75中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种TPV材料，其特征在于，所述助硫化剂组合为高活性架桥剂和低活性架桥剂按质量比2:(1-4)复配而成。
5.根据权利要求4所述的一种TPV材料，其特征在于，所述高活性架桥剂为TMPTMA，所述低活性架桥剂为改性聚丁二烯。
6.根据权利要求1所述的一种TPV材料，其特征在于，所述抗氧剂组合由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类按质量比为1：(0.5-3)复配而成。
7.根据权利要求1所述的一种TPV材料，其特征在于，所述紫外线吸收剂组合由UV2908、UV3853、UV5411按质量比为1:(0.5-2):(0.5-5)复配而成。
8.根据权利要求1所述的一种TPV材料，其特征在于，所述润滑剂组合为PE蜡、硬脂酸、PPA按质量比为(1-2):(1-2):0.1复配而成。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的TPV材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法主要包括以下工艺步骤：
S1、称取EPDM、聚烯烃、石蜡油、无机填充物、部分PP，通过失重喂料称加入双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混后制成半成品粒子；
S2、将硫化剂组合、助硫化剂组合、抗氧剂组合、紫外线吸收剂组合、润滑剂组合、氧化锌、色母粒和上述半成品粒子、以及剩余PP通过失重喂料称投入到双螺杆挤出机料斗中，经熔融共混后制成TPV材料。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的TPV材料的应用，其特征在于，所述TPV材料用于制备汽车玻璃切水条。
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