CN107177106B - 一种环保汽车内饰用改性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型环保汽车内饰用改性材料及其制备方法，该材料由聚丙烯树脂、聚丙烯增韧剂、无机填充剂、耐刮擦剂、抗氧剂、光稳定剂和硅酸镁铝矿物凝胶按重量份制备而成。硅酸铝镁矿物凝胶经预凝胶处理后与聚丙烯等熔融共混挤出，矿物凝胶在螺杆剪切作用下逐步脱水清洗去除有机挥发性小分子；同时脱去的水分受热在树脂内部汽化产生大量的气体也可以吸收大量小分子有机物，最后经过真空口脱除，就制备出具有耐候、耐刮擦、低气味、低VOC等突出特点的新型环保汽车内饰用改性材料，主要用于汽车的仪表台、门板和立柱等对气味等级、VOC有严格要求的汽车内饰部件。

Description

一种环保汽车内饰用改性材料及其制备方法

技术领域

本发明涉高分子改性材料领域，具体涉及一种环保汽车内饰用改性材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯改性材料因其具有成本低、密度小、耐化学性优异、物理力学性能突出以及良好的加工性能，被广泛用于汽车内饰件中，如主副仪表板、门板和立柱等。随着人们健康意识与环保意识的提高，对车内异味以及醛类、苯类等低分子量挥发有机物的关注越来越多，抱怨也越来越大。现在新车车内空气质量已成为客户投诉的重大焦点问题。针对汽车VOC以及气味问题，世界各国相继出台了相关法律法规，我国也于2012年出台了GB/T27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》，对汽车整车车内“五苯”、“三醛”的含量限值进行具体的要求。但是目前许多车用聚丙烯材料不能满足国家有关的VOC和气味限值要求，此问题已成为汽车行业迫在眉睫需要解决的问题。

针对气味问题行业内也做了初步研究和探索，如专利CN101691435B通过选择具有低VOC的氢调聚丙烯原料来制备汽车内饰件用PP复合材料，但其限制了聚丙烯材料的应用范围，同时，复合材料的气味以及VOC并不仅仅是聚丙烯树脂一项导致，所以此法并不能完全消除制备过程中产生的VOC以及气味问题。专利CN1730542B通过添加一种无机多孔硅胶作为吸附剂来制备一种低散发的改性聚丙烯复合材料、专利CN103059409利用活性炭和分子筛复配作为吸附剂来降低气味和VOC，但此类方法单纯靠吸附剂的吸附作用，存在解析和平衡的问题也不利于VOC的消除。专利CN101255252B公开了一种低散发型汽车内饰专用料，使用低分子碳酸盐类做有机物驱除剂，但其很难和聚丙烯树脂相容，且VOC去除较差。

发明内容

本发明的目的是为克服现有改性材料的缺陷与不足，从配方设计和加工工艺两个方面出发，提供一种环保汽车内饰用改性材料及其制备方法。

具体技术方案如下：

一种环保汽车内饰用改性材料，其由下列原料按重量份数组成：

聚丙烯树脂 35-88份；

聚丙烯增韧剂 5-25份；

无机填充剂 5-30份；

硅酸镁铝矿物凝胶 1-6份；

耐刮擦剂 1-4份；

抗氧剂 0.2-0.6份；

光稳定剂 0.2-0.5份。

进一步方案，所述的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，所述的聚丙烯增韧剂为高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。

进一步方案，所述的无机填充剂为碱式硫酸镁晶须、滑石粉、碳酸钙、硅灰石、云母、高岭土中的至少一种。

进一步方案，所述的硅酸镁铝矿物凝胶，是将纳米硅酸镁铝均匀分散于水中、水化膨胀形成的具有一定粘度和触变特性的硅酸镁铝矿物凝胶，其中硅酸镁铝矿物凝胶的固含量为2%-10%。

进一步方案，所述的耐刮擦剂为酰胺类、硅酮类、酸酐接枝物中的至少一种。

进一步方案，所述的抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类和亚磷酸酯类三种复配使用。

进一步方案，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。

本发明的另一个发明目的是提供上述改性材料的制备方法，包括以下步骤：

(1) 硅酸镁铝矿物凝胶的制备：按照固含量2-10%的比例称取水与纳米硅酸镁铝，将纳米硅酸镁铝均匀分散于水中水化膨胀，静置后得到硅酸镁铝矿物凝胶；

(2)混合物料制备：按比例称取聚丙烯树脂、聚丙烯增韧剂、无机填充剂、耐刮擦剂、抗氧剂和光稳定剂，于高混机中进行混合5-10分钟，转速为650-1350转/分钟；然后加入硅酸镁铝矿物凝胶，继续混合5-10分钟，得混合物料；

(3)改性材料的制备：将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，制得改性材料；其中挤出机的机筒温度为190-230℃，螺杆转速为400-500r/min，熔体压力为1.5-2.5MPa，真空度为-0.08－0.1MPa。

本发明中纳米硅酸镁铝由皂石和蒙脱石等矿物进行球磨提纯、改性、活化、修复等精细加工后得到的，其在水介质中具有极佳的分散性、增稠性、触变性、吸附性等特性。将纳米硅酸镁铝按均匀分散于水中、水化膨胀形成的具有一定粘度和触变特性的硅酸镁铝矿物凝胶。其中硅酸镁铝矿物凝胶的固含量为2%-10%，可根据实际工艺要求可调整固含量比例，其优选的固含量为5%。

本发明制备的改性材料可用于汽车立柱、仪表盘、门板等汽车内饰件。

本发明的有益效果：

1、本发明添加硅酸镁铝矿物凝胶，其来源广泛、价格便宜，且能调节挤出造粒工艺如温度和真空度；

2、由于纳米硅酸镁铝是由皂石和蒙脱石等矿物进行球磨提纯、改性、活化、修复等精细加工后得到的，其在水介质中具有极佳的分散性、增稠性、触变性、吸附性等特性；其分散于水中，能在晶层之间吸附大量水，水化膨胀形成的硅酸镁铝矿物凝胶具有一定粘度和触变特性，有利于凝胶的稳定以及可加工性。

3、本发明硅酸镁铝矿物凝胶是无味无臭的胶态物质，本身不挥发有害物质，且不溶于水和有机溶剂，不参与体系化学反应、不产生霉变可保持长时间使用的高稳定性。另外，硅酸镁铝矿物凝胶中的固体颗粒呈不规则片状，粒径为0.3-2.5微米，片厚为3-20纳米，属一维纳米材料，其不仅不会损伤复合材料的力学性能，作为纳米填充材料还能起到增强的作用。

4、本发明添加的硅酸镁铝矿物凝胶够起到双重除味效果，一是硅酸镁铝矿物凝胶通过双螺杆进入挤出机，剪切下脱水对熔融的改性材料进行全面清洗，冲击出易挥发的小分子有机物；二是在脱水后，受热汽化，在熔体内部形成大量的气体，吸附易挥发的小分子有机物，后经真空口脱除；三是硅酸镁铝能够发挥本身具有的吸附性，吸附残留的小分子或后期加工产生的小分子有机物，达到降低气味、VOC的目的。

5、本发明制备的改性材料过程中，要求双螺杆挤出机的前两段保持常温即不加热，同时使用独立真空保证真空度在-0.09MPa左右。制备的环保汽车内饰用改性材料气味等级≥7级（限值≥6），雾翳满足≤1mg（限值≤2），VOC含量≤50 ug/m3（限值≤300），总碳≤10ugC/g（限值≤50），TVOC≤3000ug/m3（限值≤15000），完全低于汽车内饰材料的管控限值。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种环保汽车内饰用改性材料，其原料配方见表1，其制备方法包括以下步骤：

(1) 硅酸镁铝矿物凝胶的制备：按照固含量5%的比例称取水与纳米硅酸镁铝，将纳米硅酸镁铝均匀分散于水中，静置后得到硅酸镁铝矿物凝胶；

(2)混合物料制备：按比例称取聚丙烯树脂、聚丙烯增韧剂、无机填充剂、耐刮擦剂、抗氧剂、光稳定剂，于高混机中进行混合5分钟，转速为650转/分钟；然后加入硅酸镁铝矿物凝胶，继续混合5分钟，得混合物料；

(3)改性材料的制备：将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，制得改性聚丙烯材料；其中挤出机的机筒温度为190-230℃，螺杆转速为450r/min，熔体压力为2.0MPa，真空度为-0.08MPa。

所用的聚丙烯树脂为均聚和共聚的混合物，重量百分比为1:4；聚丙烯增韧剂为乙烯-丁烯共聚物弹性体，耐刮擦剂为硅酮类，抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸脂类混合物重量百分比为1:1，光稳定剂为受阻胺类，无机填充剂为滑石粉，添加量为5%。

本发明的其他各个实施例的具体制备方法和实施例1相同，且各个实施例的组分比例已在下表给出，此处不再一一复述。

表1对比例配方重量配比（单位：%）

将上述实施例制备的材料进行挤出造粒注塑成型，制备测试样条，其中：

1）拉伸强度：按照ISO 527测试，实验速度50mm/min；

2）弯曲强度和模量：按照ISO 178测试，实验速度2mm/min；

3）悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO 180测试；

4）气味测试：按照GMW 3205测试；

5）雾化测试：按照GMW 3235测试；

6）耐刮擦测试：按照GMW 14688-10N测试；

7）VOC测试：按照GMW 15634测试。

8）总碳和TVOC测试：按照SMTC5400009-2011测试。

表2实施例配方测试结果

由表2测试结果可以看出，本发明实施例1-3采用挤出温度220℃，真空度在-0.09MPa，螺杆转速为450r/min，硅酸镁铝矿物凝胶固含量为2份时，所制备的环保汽车内饰用改性材料气味等级满足内饰件≥6级要求，低分子化合物的雾化成分满足≤2mg，VOC含量较低。随滑石粉填充比例的增加，总碳、VOC等略有增加，但对具体的所需控制的结果影响不大。从测试结果可以看出以上实施例均可满足汽车内饰件中仪表板、门板和立柱对低气味低VOC聚丙烯改性材料的物性要求。

实施例4与对比例5-7的原料配方见表3，实施例4与对比例5、6的制备方法和材料同实施例1，不再具体复述。

对比例7气味去除剂为无机多孔硅藻土气味吸附母粒，添加量为2%。其制备方法如下：

(1)混合物料制备：按比例称取聚丙烯树脂、聚丙烯增韧剂、无机填充剂、耐刮擦剂、抗氧剂、光稳定剂和气味吸附母粒，于高混机中进行混合5分钟，转速为650转/分钟。

(2)改性材料的制备：将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，制得改性聚丙烯材料；其中挤出机的机筒温度为190-230℃，螺杆转速为450r/min，熔体压力为2.0MPa，真空度为-0.08MPa。

表3对比例配方重量配比（单位：%）

将上述实施例4与对比例5-7制备的改性材料进行挤出造粒注塑成型，测试其性能如下：

表4测试结果

从表4的测试结果可以看出，硅酸镁铝矿物凝胶添加量≥1%，完全可以满足汽车内饰件对聚丙烯复合材料的气味和VOC的要求，测试的结果也再一次佐证了硅酸镁铝矿物凝胶并不影响聚丙烯符合材料的力学性能。同时在相同添加量的前提下无机多孔硅藻土气味吸附母粒的去气味效果没有硅酸镁铝矿物凝胶突出。

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这些实施例做出各种修改，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 (8)

1.一种环保汽车内饰用改性材料，其特征在于：由下列原料按重量份数组成：

所述的硅酸镁铝矿物凝胶是将纳米硅酸镁铝均匀分散于水中，经水化膨胀形成的具有一定粘度和触变特性的硅酸镁铝矿物凝胶，其中硅酸镁铝矿物凝胶的固含量为2％-10％。

2.根据权利要求1所述的一种环保汽车内饰用改性材料，其特征在于：所述的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所述的一种环保汽车内饰用改性材料，其特征在于：所述的聚丙烯增韧剂为高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、丙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种环保汽车内饰用改性材料，其特征在于：所述的无机填充剂为碱式硫酸镁晶须、滑石粉、碳酸钙、硅灰石、云母、高岭土中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种环保汽车内饰用改性材料，其特征在于：所述的耐刮擦剂为酰胺类、硅酮类、酸酐接枝物中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种环保汽车内饰用改性材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类和亚磷酸酯类三种复配使用。

7.根据权利要求1所述的一种环保汽车内饰用改性材料，其特征在于：所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。

8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的一种环保汽车内饰用改性材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)硅酸镁铝矿物凝胶的制备：按照固含量2-10％的比例称取水与纳米硅酸镁铝，将纳米硅酸镁铝均匀分散于水中水化膨胀，静置后得到硅酸镁铝矿物凝胶；

(2)混合物料制备：按比例称取聚丙烯树脂、聚丙烯增韧剂、无机填充剂、耐刮擦剂、抗氧剂和光稳定剂，于高混机中进行混合5-10分钟，转速为650-1350转/分钟；然后加入硅酸镁铝矿物凝胶，继续混合5-10分钟，得混合物料；

(3)改性材料的制备：将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒，制得改性材料；其中挤出机的机筒温度为190-230℃，螺杆转速为400-500r/min，熔体压力为1.5-2.5MPa，真空度为-0.08～0.1MPa。