CN107652540A - 一种抗紫外聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗紫外聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。这种抗紫外聚丙烯复合材料由以下质量百分比的原料组成：聚丙烯50～70％；无机粉体10～30％；增韧剂10～30％；抗氧剂0.1～2％；光稳定剂0.1～2％；成核剂母粒0.5～10％；润滑剂0.1～2％；色母0.5～5％。同时也公开了这种抗紫外聚丙烯复合材料的制备方法，还公开了这种抗紫外聚丙烯复合材料在制备汽车格栅中的应用。本发明采用反应型紫外吸收剂及能量转移剂复配作为光稳定剂，并加入自制成核剂母粒，所制备得到的聚丙烯复合材料老化4000h后，在满足滑石粉增强聚丙烯体系灰度≥4级的同时，光泽度保持率达80％以上，远高于主机厂1500～2000h的要求，可以很好地应用在汽车格栅强光和高热环境中。

Description

一种抗紫外聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种抗紫外聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
由于聚丙烯(PP)综合性能优良、价格低廉、环保，被广泛应用于汽车内外饰件，故PP在汽车使用量占车用塑料35％以上。然而，由于PP结构中的叔碳原子对氧化较为敏感，在光、热、水作用下发生氧化降解，致使分子链断裂、平均分子量下降，形成受热较易发生相对运动的较短分子链，但降解产生的含羰基化合物的较短分子链不能进行化学重结晶，妨碍其排进晶格，破坏了PP新晶体结构的完整性，形成有不同缺陷程度的晶体结构，从而材料表面光泽度大幅下降。研究表明，与PP材料相比，汽车材料常用的滑石粉增强PP体系老化降解速率更快，形成了更多分子量较小的分子链，结晶完整性的破坏更为严重，材料光泽度降幅更大。常用的光稳定剂虽能保证滑石粉增强聚丙烯体系色差变化较小，但光泽度变化较大，不能满足有些汽车制件抗紫外(UV)需求。
因此，研制具有抗UV聚丙烯材料对汽车材料具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗紫外聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种抗紫外聚丙烯复合材料，由以下质量百分比的原料组成：
无机粉体为硫酸钡、碳酸钙、硅灰石、滑石粉、白炭黑、云母粉、蒙脱土中的至少一种。
增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体，其在190℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为(0.1～40)g/10min。
光稳定剂为反应型紫外吸收剂和能量转移剂以质量比(0.5～5)：1组成的复配物；其中，反应型紫外吸收剂为二苯甲酮、苯并三唑、三嗪类光稳定剂中的至少一种，能量转移剂为硫代双酚、膦酸单脂镍、二硫代氨基甲酸镍盐中的至少一种。
成核剂母粒制备方法为：将75～85质量份的聚丙烯、18～22质量份的成核剂、0.1～0.5质量份的抗氧剂和0.1～0.5质量份的润滑剂混合后，通过双螺杆挤出机挤出，得到成核剂母粒。
聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为(10～100)g/10min。
抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、受阻胺类、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。
润滑剂为脂肪酸类、酰胺类、脂类、醇类润滑剂中的至少一种。
上述一种抗紫外聚丙烯复合材料的制备方法，是将聚丙烯、无机粉体、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂母粒、润滑剂和色母混合，挤出，造粒，得到抗紫外聚丙烯复合材料。
上述的一种抗紫外聚丙烯复合材料在制备汽车格栅中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明采用反应型紫外吸收剂及能量转移剂复配作为光稳定剂，并加入自制成核剂母粒，所制备得到的聚丙烯复合材料老化4000h后，在满足滑石粉增强聚丙烯体系灰度≥4级的同时，光泽度保持率达80％以上，远高于主机厂1500～2000h的要求，可以很好地应用在汽车格栅强光和高热环境中。
具体而言：
1)本发明采用特定的反应型紫外吸收剂及能量转移剂复配作为聚丙烯复合材料的光稳定剂，反应吸收剂中含C＝C基团，可与聚丙烯接枝，解决紫外吸收剂挥发、喷霜、迁移等缺点，能较好高效的存在于聚丙烯基体中，虽紫外线吸收剂具有广泛的适用性，但其防护效果不能有效地保护制品表面和薄制品，而能量转移剂色浅、光稳定效能突出、能有效地保护制品表面和薄制品，两者复配使用，效果更佳。
2)本发明使用自制成核剂母粒，成核剂母粒与汽车格栅材料树脂基体有很好的相容性，使成核剂更好的分散在树脂基体中，大大降低了成核自由能垒，使在光、热、水作用下发生氧化降解产生的不能进行化学重结晶的较短分子链能较易的排入晶格，结晶完整性得到较好的完善，使材料光泽度能较好的保持。
3)本发明的聚丙烯材料经氙灯加速老化4000h后，在满足滑石粉增强聚丙烯体系灰度≥4级的同时，光泽度保持率达80％以上，远高于主机厂1500～2000h的要求，提高了聚丙烯复合材料的抗UV性能，能适应汽车格栅强光和高热的环境。
具体实施方式
一种抗紫外聚丙烯复合材料，由以下质量百分比的原料组成：
优选的，一种抗紫外聚丙烯复合材料，由以下质量百分比的原料组成：
进一步优选的，一种抗紫外聚丙烯复合材料，由以下质量百分比的原料组成：
聚丙烯 57.6～61.6％；
无机粉体 19～21％；
增韧剂 14～18％；
抗氧剂 0.4～0.6％；
光稳定剂 0.2～0.4％；
成核剂母粒 2～3％；
润滑剂 0.1～0.2％；
色母 1～2％。
优选的，无机粉体为硫酸钡、碳酸钙、硅灰石、滑石粉、白炭黑、云母粉、蒙脱土中的至少一种；进一步优选的，无机粉体为硫酸钡、碳酸钙、硅灰石、滑石粉中的至少一种；再进一步优选的，无机粉体为滑石粉。
优选的，无机粉体的目数为2000～4000目，进一步优选的，无机粉体的目数为3000目。
优选的，增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体，其在190℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为(0.1～40)g/10min。
优选的，光稳定剂为反应型紫外吸收剂和能量转移剂以质量比(0.5～5)：1组成的复配物；其中，反应型紫外吸收剂为二苯甲酮、苯并三唑、三嗪类光稳定剂中的至少一种，能量转移剂为硫代双酚、膦酸单脂镍、二硫代氨基甲酸镍盐中的至少一种；进一步优选的，反应型紫外吸收剂为含碳碳双键的二苯甲酮光稳定剂，能量转移剂为膦酸单脂镍；再进一步优选的，反应型紫外吸收剂为4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，能量转移剂为双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)镍。
优选的，成核剂母粒制备方法为：将75～85质量份的聚丙烯、18～22质量份的成核剂、0.1～0.5质量份的抗氧剂和0.1～0.5质量份的润滑剂混合后，通过双螺杆挤出机挤出，得到成核剂母粒。
进一步优选的，成核剂母粒制备方法为：将79.7质量份的聚丙烯、20质量份的成核剂、0.2质量份的抗氧剂和0.1质量份的润滑剂混合后，通过双螺杆挤出机挤出，得到成核剂母粒。
优选的，成核剂母粒制备方法中，成核剂为α成核剂、β成核剂中的至少一种，α成核剂选自松香类、芳基磷酸盐类、山梨醇类或环状羧酸盐类，β成核剂选自酰胺类、有机稀土类、稠环化合物类或脂肪羧酸盐类；进一步优选的，成核剂为α成核剂；再进一步优选的，成核剂为山梨醇类成核剂。
优选的，成核剂母粒制备方法中，挤出各区的温度范围为190～250℃，螺杆转速为500～600r/min。
优选的，聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为(10～100)g/10min；进一步优选的，聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为(10～50)g/10min。
优选的，抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、受阻胺类、硫代酯类抗氧剂中的至少一种；进一步优选的，抗氧剂为抗氧剂168、626、1010、1098、4010、DSTP中的至少一种；进一步优选的，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168中的至少一种。
优选的，润滑剂为脂肪酸类、酰胺类、脂类、醇类润滑剂中的至少一种；进一步优选的，润滑剂为脂肪酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸钙、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇双硬脂酸酯中的至少一种；再进一步优选的，润滑剂为硬脂酸钙。
优选的，色母为黑色母。
上述一种抗紫外聚丙烯复合材料的制备方法，是将聚丙烯、无机粉体、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂母粒、润滑剂和色母混合，挤出，造粒，得到抗紫外聚丙烯复合材料。
优选的，抗紫外聚丙烯复合材料的制备方法中，混合的搅拌速率为250～350r/min，搅拌时间为8～15min；进一步优选的，混合的搅拌速率为300r/min，搅拌时间为10min。
优选的，抗紫外聚丙烯复合材料的制备方法中，挤出为双螺杆机挤出，挤出各区的温度范围为190～250℃，螺杆转速为500～600r/min。
上述的一种抗紫外聚丙烯复合材料在制备汽车格栅中的应用。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
本发明的实施例以及对比例所用的原料举例如下，但本发明的实施方式不仅限于这些原料：
PP Y2600T：熔体流动速率26g/10min，上海石化；
PP HX3800：熔体流动速率45g/10min，韩国SK；
PP 1215C：熔体流动速率15g/10min，扬子石化；
PP 7555KNE2：熔体流动速率50g/10min，埃克森美孚；
PP K7726H：熔体流动速率26g/10min，燕山石化；
滑石粉：目数为3000目，北海集团；
增韧剂：8150，8407，美国陶氏；
抗氧剂1010，168，新秀化学；
光稳定剂4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，湖北巨胜；
光稳定剂2002，武汉远城；
母粒使用成核剂ZN-3S，上海重汇；
母粒使用聚丙烯7555KNE2：熔体流动速率50g/10min，埃克森美孚；
润滑剂CaSt：宏远化工；
色母：黑色母，克莱恩化工；
成核剂母粒的具体制备方法为：将79.7份7555KNE2、20份ZN-3S，0.2份抗氧剂1010，0.1份CaSt混合均匀后通过双螺杆挤出机制备成成核剂母粒，挤出各区温度为190～250℃，螺杆转速500～600r/min。
一种抗紫外聚丙烯复合材料，实施例1～4和对比例1～3的配方组成(质量份)如下表1所示。
表1抗紫外聚丙烯复合材料实施例1～4和对比例1～3的配方组成
由实施例1～4和对比例1～3的配方组成制备的复合材料注塑成70×30mm镜面板；由实施例1～4和对比例1～3的配方组成制备的镜面板进行氙灯老化实验，实验标准：ISO4892-2，实验条件：60W/m2，300-400nm，108min干态、18min加湿，4000h，抗UV的性能如下表2所示。
表2抗UV聚丙烯复合材料实施例1～4和对比例1～3的抗UV性能
根据表2的测试结果，实施例1～4和对比例1～3在4000h后，完全符合各大主机厂灰度≥4级的要求。
按照GB/T 8807 60°测试镜面氙灯老化前后光泽度，从实施例1～4可以看出，4000h后，光泽度保持率较高，光稳定剂4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮和光稳定剂2002按一定比例复配使用效果更好；从实施例2和对比例1，实施例3和对比例2可以看出，光稳定剂4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮和光稳定剂2002单独使用，光泽度保持率较低。从实施例4和对比例3可以看出，加入成核剂母粒后，光泽度保持率更高。
将本发明的聚丙烯复合材料制成汽车格栅，可适用于强光和高热的环境。

Claims (10)

1.一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：
2.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：无机粉体为硫酸钡、碳酸钙、硅灰石、滑石粉、白炭黑、云母粉、蒙脱土中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体，其在190℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为(0.1～40)g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：光稳定剂为反应型紫外吸收剂和能量转移剂以质量比(0.5～5)：1组成的复配物；其中，反应型紫外吸收剂为二苯甲酮、苯并三唑、三嗪类光稳定剂中的至少一种，能量转移剂为硫代双酚、膦酸单脂镍、二硫代氨基甲酸镍盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：成核剂母粒制备方法为：将75～85质量份的聚丙烯、18～22质量份的成核剂、0.1～0.5质量份的抗氧剂和0.1～0.5质量份的润滑剂混合后，通过双螺杆挤出机挤出，得到成核剂母粒。
6.根据权利要求1或5所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为(10～100)g/10min。
7.根据权利要求1或5所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、受阻胺类、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。
8.根据权利要求1或5所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料，其特征在于：润滑剂为脂肪酸类、酰胺类、脂类、醇类润滑剂中的至少一种。
9.权利要求1所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：将聚丙烯、无机粉体、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂母粒、润滑剂和色母混合，挤出，造粒，得到抗紫外聚丙烯复合材料。
10.权利要求1所述的一种抗紫外聚丙烯复合材料在制备汽车格栅中的应用。
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