CN108299729A - 一种低成本、高效荧光聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法 - Google Patents

一种低成本、高效荧光聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有荧光效果的聚丙烯功能的复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料主要由有荧光效果的聚丙烯功能母粒5～10份、常规聚丙烯45～95份、无机填料0～40份、弹性体0～20份、抗氧剂2～5份、其他助剂0～3份组成。本发明在保证材料具有良好荧光效果的同时能有效的减少荧光功能助剂的用量，最终在达到降低材料成本的同时增强零部件的荧光效果。

Description

一种低成本、高效荧光聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种低成本、高效荧光聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，属于聚丙烯技术领域。
背景技术
聚丙烯因其具有密度小，性价比高且具有优异的耐热性和易于成型加工等特点，现已成为车用塑料中用量最大，发展速度最快的塑料品种之一。然而近年来随着汽车行业的飞速发展，品质化、轻量化、节能环保、低成本已成为当前汽车工业的主要目标。例如，在现有改性聚丙烯材料的基础上赋予其他功能，诸如荧光、夜光等性能，使其所制备的零件具有夜间指示作用。
在现有技术中最常用的是通过涂覆或粘附具有荧光或者夜光的材料，这种方法虽然在一定程度上赋予了零件夜间指示作用，但经涂覆或者粘附的发光零件的耐磨性差，无法满足长久的指示作用，同时生产工艺复杂生产成本较高。此外也有通过直接在原材料里添加荧光粉等方式来赋予零部件荧光性能，如专利CN105968579公开了一种具有指示功能和低VOC毒性的聚丙烯复合材料，采用该方法所制备的荧光材料，要想达到一定的荧光效果其荧光粉添加量高在8～16份，造成原材料成本较高，产品市场竞争力小。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料及其制备方法。
为达上述发明目的，本发明主要通过以下技术方案实现：
一种低成本、高效荧光聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，其特征在于：由下列成分按照重量份数制备而成：
常规聚丙烯：45～95份；
无机粒子填料：0～40份；
弹性体：0～20份；
荧光功能母粒：5～10份；
抗氧助剂：2～5份；
所述的荧光功能母粒由下列成分按照重量份数制备而成：
高流动速度聚丙烯：45～75份；
稀土荧光粉：20～40份；
表面改性剂：8～12份；
助剂：2～5份。
所述的常规聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在1.0～100g/10min的聚丙烯，所述的高流动速度聚丙烯是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在200g/10min以上的聚丙烯原料。
所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙等无机粉体材料。
所述的助剂为抗氧剂1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇脂)、润滑剂白油、光稳定剂V703、5589、531、抗氧剂168(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯、抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)其中的一种或者几种混合物。
所述的弹性体为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丙烯共物、乙烯-辛烯共聚物的一种或者几种的混合物，密度为0.50～15.0g/cm3。
所述的稀土荧光剂优先粒径为1～10um。
所述的表面改性剂优选为聚烯烃有机硅烷共聚物或者通过烷基改性聚硅氧烷等一种或几种混合物。
本发明的发明目的是提供一种低成本、高效荧光聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，主要包括以下制备步骤：
(1)荧光功能母粒的制备：
i.稀土荧光粉的表面修饰
按重量份数将抗菌剂90～97份干燥后与硅烷类表面修饰剂3～10份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成。
ii.稀土荧光功能母粒的制备
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯45～75份，荧光粉20～40份，助剂2～5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，180℃，205℃，205℃，215℃，215℃，220℃，220℃，225℃，225℃。主螺杆转速为400～450r/min，水槽温度23℃～55℃。
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒5～10份与常规聚丙烯45～95份，无机填料0～40份，弹性体0～20份，助剂2～5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，175℃，200℃，200℃，210℃，210℃,215℃，215℃,220℃,225℃。主螺杆转速为550～600r/min，水槽温度23℃～55℃。
本发明与现有技术相比，具有以下技术优势：
(1)本发明将一种具有高流动性与相容性的聚丙烯荧光功能母粒与常规聚丙烯通过双螺杆挤出机或注塑机共混挤出制备而来。荧光功能母粒较常规聚丙烯材料具有较高的流动性当共混物从双螺杆挤出机或注塑机挤出时，由于聚合物熔体的挤出物胀大效应，在聚合物从双螺杆挤出机或注塑机挤出时具有高流动性的功能母粒首先向熔体外侧流动从而带动荧光功能助剂优先富集于样件表层，而在材料内部则不含或者含有微量的荧光助剂，保证材料具有良好荧光效果的同时能有效的减少荧光功能助剂的用量，最终在达到降低材料成本的同时增强零部件的荧光效果。
(2)由经表面改性修饰后的稀土类荧光粉体制备而来的具有高流动性与相容性的聚丙烯荧光功能母粒与常规聚丙烯通过双螺杆或注塑机共混挤出制备而来，所述的荧光功能母粒是通过以高流动性聚丙烯为基体材料，经双螺杆挤出机与经表面修饰改性的稀土荧光粉等挤出造粒制备而来。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明内容。应该强调的是，这些实施例仅用于对本发明的进一步说明，而不能理解为对本发明保护范围的限制。此外应理解，在阅读了本发明所述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施应用案例中的高流动速率聚丙烯分别述的常规聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在1.0～80g/10min的聚丙烯，所述的高流动速度聚丙烯是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在180g/10min以上的聚丙烯原料。
实施例1
(1)荧光功能母粒的制备：
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯60份，荧光粉35份，助剂5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，165℃，175℃，180℃，195℃，1950℃,200℃，205℃,205℃,205℃。主螺杆转速为400r/min，水槽温度40℃。
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒5份与常规聚丙烯75份，无机填料15份，弹性体5份，助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
实施例2
(1)荧光功能母粒的制备：
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯60份，荧光粉35份，助剂5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，165℃，175℃，180℃，195℃，1950℃,200℃，205℃,205℃,205℃。主螺杆转速为400r/min，水槽温度40℃。
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒6份与常规聚丙烯74份，无机填料15份，弹性体5份，助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
实施例3
(1)荧光功能母粒的制备：
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯65份，荧光粉30份，助剂5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，165℃，175℃，180℃，195℃，1950℃,200℃，205℃,205℃,205℃。主螺杆转速为400r/min，水槽温度40℃。
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒7份与常规聚丙烯73份，无机填料15份，弹性体5份，助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
实施例4
(1)荧光功能母粒的制备：
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯60份，荧光粉35份，助剂5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，165℃，175℃，180℃，195℃，1950℃,200℃，205℃,205℃,205℃。主螺杆转速为400r/min，水槽温度40℃。
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒8份与常规聚丙烯72份，无机填料15份，弹性体5份，助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
实施例5
(1)荧光功能母粒的制备：
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯60份，荧光粉35份，助剂5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，165℃，175℃，180℃，195℃，1950℃,200℃，205℃,205℃,205℃。主螺杆转速为400r/min，水槽温度40℃。
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒9份与常规聚丙烯71份，无机填料15份，弹性体5份，助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
实施例6
(1)荧光功能母粒的制备：
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯60份，荧光粉35份，助剂5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，165℃，175℃，180℃，195℃，1950℃,200℃，205℃,205℃,205℃。主螺杆转速为400r/min，水槽温度40℃。
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒10份与常规聚丙烯70份，无机填料15份，弹性体5份，助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
对比例1
为与实施例1～6形成对照，更好的体现本发明一种具有荧光效果的聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，相应的对比例1采用目前常规制备荧光效果的聚丙烯复合材料的方法，直接添加与实施例1相同重量份数荧光母粒来制备荧光功能聚丙烯复合材料，主要包括以下具体实施步骤：
按重量份数，将步骤(1)荧光功能母粒5份，与常规聚丙烯75份，滑石粉15份，弹性体5份,其他助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗静电改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
对比例2
为与实施例1～6形成对照，更好的体现本发明一种具有荧光效果的聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，相应的对比例1采用目前常规制备荧光效果的聚丙烯复合材料的方法，直接添加与实施例1相同重量份数荧光母粒来制备荧光功能聚丙烯复合材料，主要包括以下具体实施步骤：
按重量份数，将步骤(1)荧光功能母粒6份，与常规聚丙烯74份，滑石粉15份，弹性体5份,其他助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗静电改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
对比例3
为与实施例1～6形成对照，更好的体现本发明一种具有荧光效果的聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，相应的对比例1采用目前常规制备荧光效果的聚丙烯复合材料的方法，直接添加与实施例1相同重量份数荧光母粒来制备荧光功能聚丙烯复合材料，主要包括以下具体实施步骤：
按重量份数，将步骤(1)荧光功能母粒7份，与常规聚丙烯73份，滑石粉15份，弹性体5份,其他助剂5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗静电改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，195℃，215℃，215℃，215℃，220℃,220℃，225℃,235℃,235℃。主螺杆转速为460r/min，水槽温度45℃。
将上述实施例1～6及对比例1～3所制备的改性聚丙烯复合材料均按照统一工艺注塑成相应的测试样条，按照下表1中的测试标准及条件进行性能测试，测试数据如表2所示。
表1具有荧光效果聚丙烯复合材料性能测试标准及条件
序号 检验指标 检验方法 单位 测试条件
1 密度 GB/T 1033.1 g/cm^3
2 拉伸强度 GB/T 1040.2 MPa 50mm/min
3 断裂伸长率 GB/T 1040.2 ％
4 缺口冲击强度 GB/T 1043 kJ/m^2 23℃
5 熔体流动速率 GB/T 3682 g/10min 230℃×2.16kg
6 表面电阻率测试 GB/T 1410-2006 Ω 23℃相对湿度50％
表2实施例1～6及其对比例抗析出、具有荧光效果聚丙烯复合材料性能测试数据
表2中实施例1～6为根据本发明专利一种具有荧光效果的聚丙烯功能母粒及其复合材料中的部分代表性实施方案制备的具有荧光效果的聚丙烯复合材料的测试结果，为更好的体现本发明一种具有荧光效果的聚丙烯功能母粒及其复合材料与机械性能，相应的对比例1～3用来作为以上实施例的对照。从表2中可以得出以下结论：
荧光功能母粒较常规聚丙烯材料具有较高的流动性当共混物从双螺杆挤出机或注塑机挤出时，由于聚合物熔体的挤出物胀大效应，在聚合物从双螺杆挤出机或注塑机挤出时具有高流动性的功能母粒首先向熔体外侧流动从而带动荧光功能助剂优先富集于样件表层，而在材料内部则不含或者含有微量的荧光助剂，保证材料具有良好荧光效果的同时能有效的减少荧光功能助剂的用量，最终在达到降低材料成本的同时增强零部件的荧光效果。

Claims (10)

1.一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：由以下按照重量份数计的原料制备而成：
常规聚丙烯：45～95份；
无机粒子填料：0～40份；
弹性体：0～20份；
荧光功能母粒：5～10份；
抗氧助剂：2～5份；
所述的荧光功能母粒由下列成分按照重量份数制备而成：
高流动速度聚丙烯：45～75份；
稀土荧光粉：20～40份；
表面改性剂：8～12份；
助剂：2～5份。
2.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：所述的常规聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在1.0～100g/10min的聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：所述的高流动速度聚丙烯是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在200g/10min以上的聚丙烯原料。
4.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：所述的助剂为抗氧剂1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇脂)、润滑剂白油、光稳定剂V703、5589、531、抗氧剂168(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯、抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)中的一种或者几种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：所述的弹性体为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丙烯共物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或者几种的混合物，密度为0.50～15.0g/cm3。
7.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：所述稀土荧光剂的粒径为1～10um。
8.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：所述的表面改性剂选自聚烯烃有机硅烷共聚物、通过烷基改性聚硅氧烷中的一种或几种混合物。
9.权利要求1-8任意之一所述低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
(1)荧光功能母粒的制备：
i.稀土荧光粉的表面修饰
按重量份数将抗菌剂90～97份干燥后与硅烷类表面修饰剂3～10份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成；
ii.稀土荧光功能母粒的制备
按重量份数，将流动速率大于200g/10min的高流动速度聚丙烯45～75份，荧光粉20～40份，助剂2～5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来；
(2)荧光功能聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的荧光功能母粒5～10份与常规聚丙烯45～95份，无机填料0～40份，弹性体0～20份，助剂2～5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成荧光功能聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求1所述的一种低成本、高效荧光聚丙烯功能的复合材料，其特征在于：
步骤(2)中，所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，180℃，205℃，205℃，215℃，215℃，220℃，220℃，225℃，225℃。主螺杆转速为400～450r/min，水槽温度23℃～55℃；
步骤(3)中，所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，175℃，200℃，200℃，210℃，210℃,215℃，215℃,220℃,225℃。主螺杆转速为550～600r/min，水槽温度23℃～55℃。
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