CN107964169A - 一种注塑级pp/abs微发泡复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子技术领域，具体涉及一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料及其制备方法，所述注塑级PP/ABS微发泡复合材料由原料组合物制成，所述原料组合物包括：聚丙烯粒料45～80重量份、聚丙烯粉料70～80重量份、微球发泡剂1.5～4重量份、ABS 10～30重量份、引发剂2～5重量份、甲基丙烯酸缩水甘油酯5～15重量份、苯乙烯5～10重量份、无机填料5～10重量份、抗氧剂0.2～0.4重量份、润滑剂0.5～1重量份、可选择的助剂0～2重量份。本发明通过对聚丙烯粉料进行接枝改性制备出相容剂来增强PP与ABS的界面结合力，提高PP/ABS微发泡复合材料的力学性能和耐候性，采用微球发泡剂作为发泡剂，提高了气孔的均匀度，降低了PP/ABS微发泡复合材料的密度和质量，对汽车轻量化具有重要而深远的意义。

Description

一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，具体涉及一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种用途广泛的通用塑料，具有质轻，价廉、机械强度高的优点，但收缩率大，韧性差，特别是低温脆性，热变形强度较低等不足。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)为三元共聚物，具有优异的力学性能、良好的成型加工，较低的收缩率，已经被汽车、家电、电子电器等领域广泛的应用。利用PP和ABS两者的优点，采用共混法达到性能互补期望获得较好的力学性能，低收缩率的PP/ABS合金，从而扩宽合金材料的应用范围。但非极性PP与极性ABS溶解参数相处大，相容性差，难以获得两相互溶的体系，造成力学性能反而变差，因此如何提高PP与ABS的界面相容性是获得优异性能合金的关键技术。
随着石油资源的日益匮乏，环保观念的深入人心，汽车正朝着轻量、安全、舒适的发展，汽车轻量化成为汽车行业新潮流。微孔发泡材料由于独特的闭孔结构，赋予材料具有质轻、比强度高，隔热，隔音好等特点，与未发泡的聚合物材料相比，微孔发泡材料显著降低密度、节省材料，降低成本，改善产品翘曲与尺寸稳定性，因此受到了汽车主机厂及零部件厂、材料厂的广泛关注。公开号为CN103602028A中国专利申请公开了一种注塑级发泡ABS材料，在ABS注塑中引入气孔能有效解决变形问题，该发明以偶氮二甲酰胺、偶氮二甲二异丙酯为发泡剂，虽然AC发泡剂发泡倍率高，发泡温度高，但分解速率快，可控性差，此外产生一氧化碳和氨等副产物，具有一定的毒性，不符合绿色环保的发展理念。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，它具有优异的力学性能和耐候性。
本发明还提供一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法，该制备方法具有简单、生产效率高的特点，便于自动化生产。
为了实现上述目的，本发明提供一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，所述注塑级PP/ABS微发泡复合材料由原料组合物制成，所述原料组合物包括以下重量份的物质：
本发明还提供一种所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯粉料、引发剂与有机溶剂混合均匀后，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯，接着在惰性气体氛围中，在100～130℃下回流2～4h，接着用去离子水离心洗涤、干燥，得到相容剂；
(2)将相容剂、聚丙烯粒料、ABS、无机填料、抗氧剂、润滑剂和助剂搅拌均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PP/ABS合金材料；
(3)将PP/ABS合金材料与微球发泡剂混合均匀后加入注塑机，注塑成型，得到注塑级PP/ABS微发泡复合材料。
通过上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明通过对聚丙烯粉料进行接枝改性，在聚丙烯分子链上引入亲油的分子链，能够改善聚丙烯与ABS的界面作用，促进两相分散以达到互溶体系，从而提高PP/ABS微发泡复合材料的力学性能和耐候性。
(2)可膨胀微球能够提高PP/ABS微发泡复合材料中气孔的均匀度，从而进一步提高PP/ABS微发泡复合材料的力学性能。
(3)本发明提供的PP/ABS微发泡复合材料的制备工艺简单，生产效率高，便于自动化生产。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，所述注塑级PP/ABS微发泡复合材料由原料组合物制成，所述原料组合物包括以下重量份的物质：
可膨胀微球发泡剂是热塑性外壳封装挥发性烃类化合物的微球，当加热到发泡温度时，热塑性壳体软化，壳体里面的气体膨胀，发泡剂的体积迅速膨胀增大到自身的十几倍，微球外壳并不会破裂，仍保持一个完整的密封球体，从而起到发泡的效果，冷却后仍保持发泡效果，且可膨胀微球发泡剂没有泡孔，从而避免泡孔不均匀、破裂等缺点，将其添加到PP/ABS合金材料中能够降低PP/ABS合金材料的密度、减轻产品的重量。优选条件下，所述微球发泡剂的直径为26～34μm，发泡温度为180～200℃。
优选条件下，在230℃、2.16kg的测试条件下，所述聚丙烯粒料的熔体流动速率为3～30g/10min。
为了提高聚丙烯与ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物三元共聚物)的相容度，优选条件下，所述ABS中丁二烯的含量为10～50％。
优选条件下，在220℃，10kg的测试条件下，所述ABS的熔体流动速率为5～40g/10min。
为了进一步提高PP/ABS微发泡复合材料的力学性能，优选条件下，所述无机填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡和硅灰石的至少一种。
优选条件下，所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮中的至少一种。
为了进一步优化PP/ABS微发泡复合材料的抗氧化性，优选条件下，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，进一步优选的，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1076，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂DLTP，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
为了简化PP/ABS微发泡复合材料的挤出工艺，本发明中还在复合材料中加入了润滑剂，优选条件下，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、褐煤蜡、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
为了进一步提高PP/ABS微发泡复合材料的综合性能，本发明还在复合材料中加入了助剂，所述助剂选自紫外光吸收剂、光稳定剂、表面光亮剂、抗静电剂和着色剂中的至少一种，进一步优选的，所述紫外线吸收剂选自UV-9、UV-531和UVP-327中的至少一种；所述光稳定剂选自光稳定剂292、光稳定剂622、光稳定剂770和光稳定剂944中的至少一种；所述表面光亮剂选自芥酸酰胺、单硬脂酸甘油酯、油酸酰胺中的一种；所述抗静电剂选自聚醚酯酰胺、环氧丙烷共聚合物和氧化乙烯中的至少一种；所述着色剂选自炭黑、柠檬黄、靛蓝、酞菁绿中的至少一种。
本发明还提供一种所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯粉料、引发剂与有机溶剂混合均匀后，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯，接着在惰性气体氛围中，在100～130℃下回流2～4h，接着用去离子水离心洗涤、干燥，得到相容剂；
(2)将相容剂、聚丙烯粒料、ABS、无机填料、抗氧剂、润滑剂和助剂搅拌均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PP/ABS合金材料；
(3)将PP/ABS合金材料与微球发泡剂混合均匀后加入注塑机，注塑成型，得到注塑级PP/ABS微发泡复合材料。
本发明中，通过对聚丙烯粉料进行接枝改性，在聚丙烯分子链上引入亲油的分子链，能够改善聚丙烯与ABS的界面作用，促进两相分散以达到互溶体系，从而提高PP/ABS微发泡复合材料的力学性能和耐候性，优选条件下，所述有机溶剂选自苯或甲苯。
根据本发明，优选条件下，在步骤(2)中，所述挤出机的挤出温度为200～220℃，螺杆转速为350～400r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa。
为了提高注塑级PP/ABS微发泡复合材料中气孔的均匀度，优选条件下，在步骤(3)中，所述注塑成型的温度为190～210℃。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，聚丙烯粒料(SZ30S)购自SK武汉石化；PP 225粉料购自东方宏业；微球发泡剂(Expancel 951DU120)购自阿克苏诺贝尔；ABS 8391购自上海高桥，ABS中丁二烯的含量为10～50％；苯乙烯(分析纯)购自国药集团化学试剂有限公司。
实施例1
一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，由以下重量份的物质制成：
所述注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将88重量份PP 225粉料、2重量份过氧化二苯甲酰与二甲苯混合均匀后，在40℃搅拌2h后，加入5重量份甲基丙烯酸缩水甘油酯和5重量份苯乙烯，接着在氮气氛围中，在100℃下回流2h，接着用去离子水离心洗涤，然后在40℃下真空干燥24h，得到相容剂；
(2)将5重量份相容剂、80重量份PP SZ30S粒料、10重量份ABS 8391、5重量份碳酸钙、0.1重量份抗氧剂1076、0.1重量份抗氧剂168、0.5重量份乙撑双硬脂酰胺搅拌均匀后，投入同向双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PP/ABS合金材料，其中挤出机的挤出温度为220℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.08MPa；
(3)将PP/ABS合金材料与1.5重量份微球发泡剂Expancel 951DU120混合均匀后加入注塑机，注塑成型得到注塑级PP/ABS微发泡复合材料。
实施例2
一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，由以下重量份的物质制成：
所述注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将75重量份PP 225粉料、5重量份过氧化二苯甲酰与二甲苯混合均匀后，在45℃搅拌3h后，加入10重量份甲基丙烯酸缩水甘油酯和10重量份苯乙烯，接着在氮气氛围中，在120℃下回流3h，接着用去离子水离心洗涤，然后在50℃下真空干燥36h，得到相容剂；
(2)将10重量份相容剂、60重量份PP SZ30S粒料、20重量份ABS 8391、10重量份滑石粉、0.2重量份抗氧剂1076、0.2重量份抗氧剂168、1重量份乙撑双硬脂酰胺搅拌均匀后，投入同向双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PP/ABS合金材料，其中挤出机的挤出温度为200℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.06MPa；
(3)将PP/ABS合金材料与4重量份微球发泡剂Expancel 951DU120混合均匀后，注塑成型，得到注塑级PP/ABS微发泡复合材料。
实施例3
一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，由以下重量份的物质制成：
所述注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将70重量份PP 225粉料、5重量份过氧化二苯甲酰与二甲苯混合均匀后，在50℃搅拌4h后，加入15重量份甲基丙烯酸缩水甘油酯和10重量份苯乙烯，接着在氮气氛围中，在130℃下回流4h，接着用去离子水离心洗涤，然后在60℃下真空干燥48h，得到相容剂；
(2)将15重量份相容剂、45重量份PP SZ30S粒料、30重量份ABS 8391、10重量份滑石粉、0.15重量份抗氧剂DLTP、0.15重量份抗氧剂168、0.75重量份乙撑双硬脂酰胺、0.5重量份UV-531、0.5重量份光稳定剂770和1重量份酞菁绿搅拌均匀后，投入同向双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PP/ABS合金材料，其中挤出机的挤出温度为210℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.08MPa；
(3)将PP/ABS合金材料与3重量份微球发泡剂Expancel 951DU120混合均匀后加入注塑机，注塑成型，得到注塑级PP/ABS微发泡复合材料。
实施例4
一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，由以下重量份的物质制成：
所述注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法同实施例3。
对比例1
按照实施例3的方法，不同的是，不对PP粉料进行接枝改性，即不含有步骤(1)。
对比例2
按照实施例3的方法，不同的是，不含有PP粉料。
对比例3
按照实施例3的方法，不同的是，采用偶氮二甲二异丙酯为发泡剂代替微球发泡剂。
测试：将上述实施例1～4和对比例1～3中制得的PP/ABS微发泡复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其表观密度、拉伸强度、泡孔平均直径、悬臂梁缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量的检测标准与检测结果如表1所示。
表1：实施例1～4和对比例1～3中PP/ABS微发泡复合材料的性能指标
从表1中可以看出：通过在聚丙烯中加入改性后的PP粉料作为相容剂，显著的增加了聚丙烯的力学强度，细化了泡孔的孔径，在汽车轻量化技术中具有广阔的应用前景。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种注塑级PP/ABS微发泡复合材料，其特征在于，由原料组合物制成，所述原料组合物包括：
2.根据权利要求1所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料，其中，所述微球发泡剂的直径为26～34μm，发泡温度为180～200℃。
3.根据权利要求1所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料，其中，所述聚丙烯粒料的熔体流动速率为3～30g/10min；和/或
所述聚丙烯粉料的粒径为20～40目。
4.根据权利要求1所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料，其中，所述ABS中丁二烯的含量为10～50％；和/或
所述ABS的熔体流动速率为5～40g/10min。
5.根据权利要求1所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料，其中，所述无机填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡和硅灰石的至少一种。
6.根据权利要求1所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料，其中，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料，其中，所述助剂选自紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂和着色剂的至少一种。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的注塑级PP/ABS微发泡复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯粉料、引发剂与有机溶剂混合均匀后，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯，接着在惰性气体氛围中，在100～130℃下回流2～4h，接着用去离子水离心洗涤、干燥，得到相容剂；
(2)将相容剂、聚丙烯粒料、ABS、无机填料、抗氧剂、润滑剂和助剂搅拌均匀后，投入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到PP/ABS合金材料；
(3)将PP/ABS合金材料与微球发泡剂混合均匀后加入注塑机，模注塑成型，得到注塑级PP/ABS微发泡复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，所述挤出机的挤出温度为200～220℃，螺杆转速为350～400r/min，真空度为-0.06～-0.08MPa。
10.根据权利要去8或9所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，所述注塑成型的温度为190～210℃。
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