CN106750997A - 一种低气味聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种低气味聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低气味聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域，其由以下重量份的原材料组成：聚丙烯树脂50‑90份、改性负离子粉1‑5份、增韧剂5‑15份、填充剂0‑30份、抗氧剂0.2‑0.5份、光稳定剂0.1‑0.4份、润滑剂0.3‑0.6份；其中，改性负离子粉是负离子粉通过偶联剂进行改性处理。本发明先采用偶联剂对负离子粉进行表面改性，再按比例与聚丙烯高速混合，而后采用双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出造粒，干燥制得；本发明利用负离子粉独特的微观结构形成的永久电极，产生的负离子，长期有效的氧化、吸附有机小分子，大大降低醛、酮等挥发物的含量，制得环保、气味低的聚丙烯复合材料。

Description

一种低气味聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体是一种低气味聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯复合材料为了满足汽车使用标准，需要添加矿物填料、增韧剂、抗氧剂、润滑剂等物质。这些材料在挤出过程中往往会产生易于挥发的小分子物质，这些物质是产生气味的主要来源。通常消减气味可以采取下面几种措施：1、使用低气味助剂；2、采用更为纯净的聚丙烯基材；3、加入气味吸附剂，主要包括化学反应和物理吸附等方法。
负离子粉是一种容易采购的天然极性矿物，是一种复杂的硼硅酸盐，其晶体结构，主要以硅氧四面体环状晶型为主，硅氧四面体的顶角氧原子O6指向同一方向。硅氧四面体组成[Si6O18]12-六联环，Mg2+与O2-及(OH)-组成层状的水镁石型结构，三个MgO4(OH)-配位八面体与六联环相接，各自共用硅氧四面体顶角上的一个O2-。三个配位八面体的交点，位于六联环的中轴线上，被(OH)-占据。(BO3)3-三角形与配位八面体层共用一个O2-。由于组成六连环的硅氧四面体角顶定向，赋予这种负离子粉晶体自发极化效应，宏观表现为周围存在永久性静电场。使周围的空气发生电离，产生大量的负离子，对聚丙烯材料中残留的小分子、有机挥发物起氧化作用，可以有效的促进其分子中氧基链的分离而加速其分解，进而有效的降低聚丙烯的气味。
负离子粉表面有众多极性基团-羟基，表面特性呈亲水疏油。超细粉末表面能大且与聚合物基质不浸润从而极易凝聚，分散性差，为了使负离子粉末在PP熔体中有良好的润湿性和分散性，须对负离子粉末的表面进行改性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低气味聚丙烯复合材料及其制备方法，利用改性负离子粉作为除气味剂，通过电性中和、氧化还原、物理吸附等作用去除聚丙烯改性中产生的多种挥发性有机小分子。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的原材料组成：
其中，改性负离子粉是负离子粉通过偶联剂进行改性处理，所述负离子粉与偶联剂的重量比为1：0.05-0.15。
进一步方案，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种。
进一步方案，所述负离子粉为电气石、蛋白石、奇才石、奇兵石、珊瑚化石、海藻炭、水炭中的至少一种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
进一步方案，所述改性负离子粉的制备方法为：按重量比1:0.05-0.15称取负离子粉与偶联剂，置于三颈烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，于78℃下加热回流2h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得改性负离子粉。
进一步方案，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
进一步方案，所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、云母中的至少一种。
进一步方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、芳香族仲胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种。
进一步方案，所述光稳定剂为羟基二苯甲酮类光稳定剂、肉桂酸酯光稳定剂、草酰苯胺光稳定剂中的至少一种。
进一步方案于，所述润滑剂选自硅酮粉、脂肪酸酯及其衍生物中的至少一种。
本发明的另一个目的在于提供一种低气味聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量比1:0.05-0.15称取负离子粉与偶联剂，置于三颈烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，于78℃下加热回流2h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得改性负离子粉；
(2)将50-90份聚丙烯树脂、5-15份增韧剂、0-30份填充剂、0.2-0.5份抗氧剂、0.1-0.4份光稳定剂和0.3-0.6份的润滑剂一起加入到高速搅拌机中混合3-5min；
(3)将步骤(2)中的物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将1-5份步骤(1)中的改性负离子粉经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得低气味聚丙烯复合材料；其中，挤出机料筒温度为190-210℃、螺杆转速为400-450r/min、主机转速为18-20Hz，真空度为-0.06～0.08MPa。
本发明的有益效果：
1、本发明中使用偶联剂对负离子粉进行改性，改善粉末的表面性能，使得粉末与聚丙烯基体结合良好，对机械性能影响小。
2、本发明中使用的改性负离子粉，利用其周围存在永久性静电场，电离空气持续的产生负离子，对聚丙烯材料中小分子挥发物起到电性中和、氧化还原反应、物理吸附等作用，有效改善聚丙烯复合材料的气味，满足汽车内饰的使用标准。
3、本发明中使用的改性负离子粉主要是天然矿粉，原材料易于采购，经济、环保、高效、吸附气味持续性好，后续应用十分广泛，降低生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
本实施例中的低气味聚丙烯复合材料是由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将100g电气石与8g赘合型乳酸钛盐偶联剂置于1000ml三颈烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，于78℃下加热回流2h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得改性电气石粉；
(2)将65份的共聚聚丙烯树脂、8份增韧剂POE8137、20份滑石粉BHX-505、0.3份抗氧剂1076、0.2份光稳定剂3808PP5和0.5份的润滑剂TR451一起加入到高速搅拌机中混合5min；
(3)将步骤(2)中的物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将5份步骤(1)中的改性电气石粉经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得低气味聚丙烯复合材料；其中，挤出机料筒温度为190℃、螺杆转速为400r/min、主机转速为18Hz，真空度为-0.06MPa。
实施例二：
本实施例中的低气味聚丙烯复合材料是由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将100g蛋白石与5g硅烷偶联剂置于1000ml三颈烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，于78℃下加热回流2h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得改性蛋白石粉；
(2)将90份的共聚聚丙烯树脂、5份增韧剂POE8842、0.3份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.4份光稳定剂5585和0.6份的润滑剂TM-2153一起加入到高速搅拌机中混合3min；
(3)将步骤(2)中的物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将1份步骤(1)中的改性蛋白石粉经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得低气味聚丙烯复合材料；其中，挤出机料筒温度为210℃、螺杆转速为450r/min、主机转速为20Hz，真空度为0.08MPa。
实施例三：
本实施例中的低气味聚丙烯复合材料是由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将100g海藻炭与15g铝酸酯偶联剂置于1000ml三颈烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，于78℃下加热回流2h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得改性海藻炭粉；
(2)将50份的共聚聚丙烯树脂、15份增韧剂POE875L、15份滑石粉SK-7800、15份碳酸钙NC-60、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.1份光稳定剂V703、0.3份润滑剂CaSt一起加入到高速搅拌机中混合3min；
(3)将步骤(2)中的物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将3份步骤(1)中的改性海藻炭粉经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得低气味聚丙烯复合材料；其中，挤出机料筒温度为200℃、螺杆转速为450r/min、主机转速为20Hz，真空度为0.04MPa。
对比例一：
本实施例中的低气味聚丙烯复合材料是由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将65份的共聚聚丙烯树脂、8份增韧剂POE8137、20份滑石粉BHX-505、0.3份抗氧剂1076、0.2份光稳定剂3808PP5和0.5份的润滑剂TR451一起加入到高速搅拌机中混合5min；
(2)将步骤(1)中的物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将5份未改性的电气石粉经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得低气味聚丙烯复合材料；其中，挤出机料筒温度为190℃、螺杆转速为400r/min、主机转速为18Hz，真空度为-0.06MPa。
对比例二：
本实施例中的低气味聚丙烯复合材料是由下列原料按重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将65份的共聚聚丙烯树脂、8份增韧剂POE8137、20份矿粉BHX-505、0.3份抗氧剂1076、0.2份光稳定剂5585和0.5份的润滑剂TR451一起加入到高速搅拌机中混合5min；
(2)将步骤(1)中的物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、干燥制得低气味聚丙烯复合材料；其中，挤出机料筒温度为190℃、螺杆转速为400r/min、主机转速为18Hz，真空度为-0.06MPa。
将上述实施例1、2、3以及对比例1、2制得的低气味聚丙烯符合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、气味其检测标准与检测结果如表1所示：
表1实施例1-3及对比例1-2中低气味聚丙烯复合材料主要物性指标
物理性能(ISO) 检测标准 实施例一 实施例二 实施例三 对比例一 对比例二
拉伸强度(MPa) ISO 527 20.4 15.8 18 19.5 20.2
断裂伸长率(％) ISO 527 98 120 95 30.5 105
弯曲模量MPa ISO 178 1850 800 1500 1750 1780
冲击强度(KJ/m2) ISO 180 32 45 25 20.6 35
气味 PV 3900 2.8 2.5 2.6 3.5 4.5
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1、本发明中使用偶联剂对负离子粉进行改性，改善粉末的表面性能，使得粉末与聚丙烯基体结合良好，冲击和拉伸性能影响小。
2、本发明中使用的改性负离子粉，可有效改善聚丙烯复合材料的气味，满足汽车内饰的使用标准。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的原材料组成：
聚丙烯树脂 50-90份
改性负离子粉 1-5份
增韧剂 5-15份
填充剂 0-30份
抗氧剂 0.2-0.5份
光稳定剂 0.1-0.4份
润滑剂 0.3-0.6份；
其中，改性负离子粉是负离子粉通过偶联剂进行改性处理，所述负离子粉与偶联剂的重量比为1：0.05-0.15。
2.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述负离子粉为电气石、蛋白石、奇才石、奇兵石、珊瑚化石、海藻炭、水炭中的至少一种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性负离子粉的制备方法为：按重量比1:0.05-0.15称取负离子粉与偶联剂，置于三颈烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，于78℃下加热回流2h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得改性负离子粉。
5.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、云母中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、芳香族仲胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为羟基二苯甲酮类光稳定剂、肉桂酸酯光稳定剂、草酰苯胺光稳定剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的低气味聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自硅酮粉、脂肪酸酯及其衍生物中的至少一种。
10.如权利要求1-9任一项所述的低气味聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量比1:0.05-0.15称取负离子粉与偶联剂，置于1000ml三颈烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，搅拌，于78℃下加热回流2h，抽滤，分别用水、乙醇洗涤后，置于真空烘箱中烘干，研磨制得改性负离子粉；
（2）将50-90份聚丙烯树脂、5-15份增韧剂、0-30份填充剂、0.2-0.5份抗氧剂、0.1-0.4份光稳定剂和0.3-0.6份的润滑剂一起加入到高速搅拌机中混合3-5min；
（3）将步骤（2）中的物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中，将1-5份步骤（1）中的改性负离子粉经过第一段自然排气口侧边加入，经熔融、挤出、干燥制得低气味聚丙烯复合材料；其中，挤出机料筒温度为190-210℃、螺杆转速为400-450r/min、主机转速为18-20Hz，真空度为-0.06~0.08MPa。
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