CN107383611B - 一种低气味、低voc聚丙烯复合材料及其制备装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料及其制备装置和方法，属于有机高分子材料技术领域，该材料由聚丙烯树脂、填料、功能助剂、加工热稳定剂、加工润滑剂和硅油按质量份数比55‑97：0‑20：0.5‑20：0.2‑1：0.1‑2：0.05‑0.1组成，制备过程中以水为萃取剂，通过挤出机上设置的注水口进行添加，同时对挤出机中真空口位置进行改进，最终实现分阶段去除复合材料中有害挥发性有机物的目的，由于水萃取后采用真空抽取，极大减少复合材料中有害挥发性有机物的残留，同时也避免了因使用有机萃取剂而造成的二次污染，并且还减小了对基体材料性能的影响，最终制备出低成本、低气味、低VOC聚丙烯复合材料。

Description

一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料及其制备装置和方法
技术领域
本发明属于有机高分子材料技术领域，具体涉及一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料及其制备装置和方法。
背景技术
聚丙烯材料由于受聚合工艺，催化剂，氧化物残留及短链低聚物等影响，在高温加工过程和使用过程中，会不同程度地释放出有害挥发性有机物(VOC)。同时，受自身性能的限制，其强度、稳定性、可加工性、功能性等大多不能满足使用要求，不能直接用于生产塑料制品。目前普遍采用添加功能助剂的方式提升其性能，而常用的功能性助剂，如阻燃剂、增韧剂、偶联剂、润滑剂、稳定剂等材料都有可能带来一些有害的VOC，且气味异常，对在相对封闭环境中使用此类材料的人们而言极为不利，该问题已经引起政府、国内外各大生产企业和树脂生产厂家的关注。因此，急需一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料及其制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于：(1)提供制备一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的制备方法；(2)提供制备一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料；(3)提供一种制备低气味、低VOC聚丙烯复合材料的挤出机。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的制备方法，所述方法具体为：称取聚丙烯树脂、填料、功能助剂、加工热稳定剂、加工润滑剂和硅油，混合均匀后得混合料，将所述混合料加入挤出机，由螺杆推动所述混合料依次进入所述挤出机的输送段、萃取熔融段和塑化段，最后通过机头将材料挤出后依次经冷却固化和真空烘料处理，制得低气味、低VOC聚丙烯复合材料；所述混合料进入输送段后向所述混合料中加入水；所述混合料在萃取熔融段和塑化段中均进行了真空抽取处理。
进一步，所述混合料进入输送段后通过输送段中端设置的注水口向所述混合料中加入水；所述混合料进入萃取熔融段后通过萃取熔融段末端设置的真空口进行真空抽取处理；所述混合料进入塑化段后通过塑化段中端设置的真空口再次进行真空抽取处理。
进一步，所述聚丙烯树脂、填料、功能助剂、加工热稳定剂、加工润滑剂、硅油和水的质量份数比为55-97：0-20：0.5-20：0.2-1：0.1-2：0.05-0.1：1.5-2.5。
进一步，所述填料为滑石粉或碳酸钙中的一种；所述功能助剂为阻燃剂、耐磨剂、抗静电剂、导电剂、耐候剂、导热剂、发光剂、耐腐蚀剂或抗菌剂中的一种或几种；所述加工热稳定剂为抗氧剂1010或抗氧剂1010和168的组合物；所述加工润滑剂为氧化聚乙烯蜡、蜡酯或多元醇蜡中的一种。
进一步，所述输送段的温度为50-70℃；所述萃取熔融段的温度沿螺杆旋进方向在170-210℃内递增；所述塑化段的温度沿螺杆旋进方向在200-230℃内递增。
进一步，所述混合料在萃取熔融段和塑化段中进行真空抽取处理时真空度均在-0.08MPa以下。
进一步，所述螺杆的转速为350-420rpm。
2、由所述的制备方法制备的低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
3、制备一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的挤出机，所述挤出机包括机筒、螺杆和机头，机筒与螺杆配合工作，机筒包容螺杆，螺杆在机筒内转动；所述机筒由输送段、萃取熔融段和塑化段组成；所述输送段前端设置主喂料口，中端设置注水口；所述萃取熔融段末端设置真空口1；所述塑化段中端设置真空口2，末端与机头连接。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料及其制备装置和方法，在制备的过程中以水为萃取剂，同时，对制备装置中真空口位置的改进，最终实现分阶段去除复合材料中有害挥发性有机物的目的，即在萃取熔融段时，通过真空口1进行真空抽取，除去水及溶于水中的有害挥发性有机物，最大限度的降低了材料中有害挥发性有机物的总量；在塑化段，再次通过真空口2进行真空抽取，进一步除去有害挥发性有机物，不但避免了材料性能上的变化，还避免了因使用有机萃取剂而造成的二次污染，尤其避免了复合材料吸湿性大幅增加的风险，最终制备出低成本、低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明中制备一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的挤出机示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明实施例中以水为萃取剂。
图1为本发明中制备低气味、低VOC聚丙烯复合材料的挤出机示意图，图中主要展示该挤出机中机筒的组成构造，所述机筒由输送段、萃取熔融段和塑化段组成；所述输送段前端设置主喂料口，中端设置注水口；所述萃取熔融段末端设置真空口1；所述塑化段中端设置真空口2，末端与机头连接。优选的，所述输送段分为1区、2区和3区，主喂料口设置在1区上，注水口设置在2区；所述萃取熔融段分为4区、5区、6区、7区和8区，真空口1设置在8区上；所述塑化段分为9区、10区、11区和12区，真空口2设置在11区上，12区与机头连接。
实施例1
制备低气味、低VOC阻燃聚丙烯复合材料
称取聚丙烯树脂56份、碳酸钙20份，阻燃剂20份、抗氧剂1010、168各0.3份、多元醇蜡2.0份、硅油0.1份，混合后加入机筒，控制螺杆转速为350rpm，通过螺杆使混合物首先经过机筒的输送段，在2区注水口加入1.5份水，输送段中1-3区温度均为70℃，然后进入机筒的萃取熔融段进行加热熔融，萃取熔融段中4-8区的温度依次分别为170℃，180℃，190℃，190℃，200℃，充分萃取后通过真空口1进行真空抽取，真空度为-0.08MPa，除去水及溶于水中的有害挥发性有机物；再进入机筒的塑化段进行塑化处理，塑化段中9-12区的温度依次分别为200℃，210℃，210℃，220℃，同时通过真空口2再次进行真空抽取，真空度为-0.08MPa，进一步除去有害挥发性有机物；最后经冷却固化的材料通过真空烘料处理，制得低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
实施例2
制备低气味、低VOC导电聚丙烯复合材料
称取聚丙烯树脂67份、碳酸钙15份，导电剂15份、抗氧剂1010 0.2份、多元醇蜡1.5份、硅油0.08份，混合后加入机筒，控制螺杆转速为360rpm，通过螺杆使混合物首先经过机筒的输送段，在2区注水口加入1.8份水；输送段中1-3区温度均为60℃，然后进入机筒的萃取熔融段进行加热熔融，萃取熔融段中4-8区的温度依次分别为170℃，180℃，190℃，190℃，200℃，充分萃取后通过真空口1进行真空抽取，真空度为-0.08MPa，除去水及溶于水中的有害挥发性有机物；再进入机筒的塑化段进行塑化处理，塑化段中9-12区的温度依次分别为200℃，210℃，210℃，220℃，同时通过真空口2再次进行真空抽取，真空度为-0.08MPa，进一步除去有害挥发性有机物；最后经冷却固化的材料通过真空烘料处理，制得低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
实施例3
制备低气味、低VOC导热聚丙烯复合材料
称取聚丙烯树脂77份、滑石粉10份，导热剂10份、抗氧剂1010、168各0.4份、多元醇蜡1.0份、硅油0.06份，混合后加入机筒，控制螺杆转速为380rpm，通过螺杆使混合物首先经过机筒的输送段，在2区注水口加入2.0份水；输送段中1-3区温度均为60℃，然后进入机筒的萃取熔融段进行加热熔融，萃取熔融段中4-8区的温度依次分别为170℃，180℃，190℃，200℃，210℃，充分萃取后通过真空口1进行真空抽取，真空度为-0.08MPa，除去水及溶于水中的有害挥发性有机物；再进入机筒的塑化段进行塑化处理，塑化段中9-12区的温度依次分别为210℃，210℃，220℃，230℃，同时通过真空口2再次进行真空抽取，真空度为-0.08MPa，进一步除去有害挥发性有机物；最后经冷却固化的材料通过真空烘料处理，制得低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
实施例4
制备低气味、低VOC耐磨聚丙烯复合材料
称取聚丙烯树脂87份、滑石粉5份，耐磨剂5份、抗氧剂1010、168各0.2份、氧化聚丙烯蜡0.5份、硅油0.06份，混合后加入机筒，控制螺杆转速为400rpm，通过螺杆使混合物首先经过机筒的输送段，在2区注水口加入2.3份水，输送段中1-3区温度均为55℃，然后进入机筒的萃取熔融段进行加热熔融，萃取熔融段中4-8区的温度依次分别为170℃，180℃，190℃，200℃，210℃，充分萃取后通过真空口1进行真空抽取，真空度为-0.09MPa，除去水及溶于水中的有害挥发性有机物；再进入机筒的塑化段进行塑化处理，塑化段中9-12区的温度依次分别为210℃，210℃，220℃，230℃，同时通过真空口2再次进行真空抽取，真空度为-0.09MPa，进一步除去有害挥发性有机物；最后经冷却固化的材料通过真空烘料处理，制得低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
实施例5
制备低气味、低VOC耐候聚丙烯复合材料
称取聚丙烯树脂97份、耐候剂0.5份、抗氧剂1010、168各0.5份、蜡酯0.1份、硅油0.05份，混合后加入机筒，控制螺杆转速为420rpm，通过螺杆使混合物首先经过机筒的输送段，在2区注水口加入2.5份水，输送段中1-3区温度均为50℃，然后进入机筒的萃取熔融段进行加热熔融，萃取熔融段中4-8区的温度依次分别为170℃，180℃，190℃，200℃，210℃，充分萃取后通过真空口1进行真空抽取，真空度为-0.09MPa，除去水及溶于水中的有害挥发性有机物；再进入机筒的塑化段进行塑化处理，塑化段中9-12区的温度依次分别为210℃，210℃，220℃，230℃，同时通过真空口2再次进行真空抽取，真空度为-0.09MPa，进一步除去有害挥发性有机物；最后经冷却固化的材料通过真空烘料处理，制得低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
由实施例1-5制备的各低气味、低VOC聚丙烯复合材料的性能测试，测试结果见表1。
表1 实施例1-5制备的各低气味、低VOC聚丙烯复合材料的性能测试结果
Figure BDA0001379445900000051
表2 现有各种聚丙烯功能复合材料的代表性性能
Figure BDA0001379445900000052
Figure BDA0001379445900000061
对比表1和表2中的数据可知，实施例1-5通过添加不同功能助剂，使制备出的聚丙烯复合材料不仅具有各功能助剂所带来的性能，而且各材料的拉伸强度、断裂伸长率、缺口冲击强度、熔体流动速率均达到或超过现有各种聚丙烯功能材料的性能，更重要的是，各材料在气味强度、气味舒适度及TVOC这三方面，相比现有材料，本发明中所制备的聚丙烯复合材料在这三方面均得到了很大的提升。
本发明中功能助剂除了为阻燃剂、导热剂、耐磨剂、耐候剂和导电剂外，还可以为抗静电剂、抗菌剂、发光剂或耐腐蚀剂。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体为：称取聚丙烯树脂、填料、功能助剂、加工热稳定剂、加工润滑剂和硅油，混合均匀后得混合料，将所述混合料加入挤出机，由螺杆推动所述混合料依次进入所述挤出机的输送段、萃取熔融段和塑化段，最后通过机头将材料挤出后依次经冷却固化和真空烘料处理，制得低气味、低VOC聚丙烯复合材料；所述混合料进入输送段后通过输送段中端设置的注水口向所述混合料中加入水；所述混合料进入萃取熔融段后通过萃取熔融段末端设置的真空口进行真空抽取处理；所述混合料进入塑化段后通过塑化段中端设置的真空口再次进行真空抽取处理；所述输送段的温度为50-70℃；所述萃取熔融段的温度沿螺杆旋进方向在170-210℃内递增；所述塑化段的温度沿螺杆旋进方向在200-230℃内递增；所述螺杆的转速为350-420rpm。
2.根据权利要求1所述的一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯树脂、填料、功能助剂、加工热稳定剂、加工润滑剂、硅油和水的质量份数比为55-97：0-20：0.5-20：0.2-1：0.1-2：0.05-0.1：1.5-2.5。
3.根据权利要求1所述的一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述填料为滑石粉或碳酸钙中的一种；所述功能助剂为阻燃剂、耐磨剂、抗静电剂、导电剂、耐候剂、导热剂、发光剂、耐腐蚀剂或抗菌剂中的一种或几种；所述加工热稳定剂为抗氧剂1010或抗氧剂1010和168的组合物；所述加工润滑剂为氧化聚乙烯蜡、蜡酯或多元醇蜡中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合料在萃取熔融段和塑化段中进行真空抽取处理时真空度均在-0.08MPa以下。
5.由权利要求1-4任一项所述的制备方法制备的低气味、低VOC聚丙烯复合材料。
6.制备一种低气味、低VOC聚丙烯复合材料的挤出机，其特征在于，所述挤出机包括机筒、螺杆和机头，机筒与螺杆配合工作，机筒包容螺杆，螺杆在机筒内转动；所述机筒由输送段、萃取熔融段和塑化段组成；所述输送段前端设置主喂料口，中端设置注水口；所述萃取熔融段末端设置真空口1；所述塑化段中端设置真空口2，末端与机头连接。
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