CN108623908A - 一种过滤红外线的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种过滤红外线的聚丙烯复合材料及其制备方法，所述过滤红外线的聚丙烯复合材料，其包括如下重量百分比的组分：聚丙烯63～90％、聚酰胺7～20％、抗氧剂0.1～1％、红外线吸收剂0.1～1％、润滑剂0.2～2％、成核剂0.1～5％和相容剂1～10％。本发明克服了聚丙烯与聚己内酰胺互不相容、难结合的技术问题，所得的聚丙烯复合材料融合了聚丙烯和聚己内酰胺的优点，具有优异的力学性能和加工性能，还具有适合光学仪器的雾度、透明度、透光率和红外线过滤效果，且比现有的红外光学薄膜的制备成本更低、更耐磨耐用、使用寿命更长。

Description

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种能过滤红外线的聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

红外光又叫红外线，是波长比可见光还要长，肉眼看不见的光段。摄像机用感光元件能感应所有光线(可见光、红外线和紫外线等)，这就造成了所拍摄影像和肉眼只看到可见光所产生的影像很不同。为了解决这个问题，目前我国的光学仪器行业在大量使用可以过滤红外线的材料，这种材料可以阻挡干扰成像质量的红外光，而可见光可以透过，使所成影像更加符合人眼的最佳感觉，利于提高医学检测判断的准确度和摄影的质量，因而获得广泛的应用。现在使用的大部分过滤红外线材料是红外光学薄膜，其原材料需要用到价格昂贵的稀有金属，比如锗、镓等，而且有一些还含有有毒砷化物。此外，这类红外光学薄膜的生产工艺复杂，不良率高，使用寿命短，需经常更换，因而，开发一种耐用和价格低廉的可过滤红外线材料是目前亟待解决的难题。

聚丙烯是价格比较低廉的高分子材料，但其存在硬度不够高，表面容易刮花的问题。而聚己内酰胺刚性比较好、耐磨，但是结晶度较高，透光率低。而且聚丙烯和聚己内酰胺两者是非相容体系，两者不容易结合。因此要融合聚丙烯和聚己内酰胺两者的优点来制备具有过滤红外线功能的复合材料，且生产工艺简单，成为了一大难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有红外光学薄膜成本高、生产工艺复杂、良品率低及不耐用的问题，提供一种过滤红外线的聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明的聚丙烯复合材料可有效过滤红外线，其生产成本低，生产工艺简单，良品率高，耐用性好，且具有优异的加工性能和力学性能。

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料，其包括如下重量百分比的组分：聚丙烯63～90％、聚酰胺7～20％、抗氧剂0.1～1％、红外线吸收剂0.1～1％、润滑剂0.2～2％、成核剂0.1～5％和相容剂1～10％。本发明人通过创造性劳动获得所述聚丙烯复合材料的原料组成，克服了聚丙烯与聚己内酰胺互不相容、难结合的技术问题，所得的聚丙烯复合材料具有良好的力学性能、透明度和红外线阻挡作用。

作为本发明的优选方案，所述的聚丙烯复合材料，其包括如下重量百分比的组分：聚丙烯80～90％、聚酰胺7～14％、抗氧剂0.1～1％、红外线吸收剂0.1～1％、润滑剂0.2～2％、成核剂0.1～3％和相容剂1～5％。本发明人通过创造性劳动获得，以该配方含量生产的聚丙烯复合材料具有较优的综合性能，更符合光学仪器的要求。

作为本发明的优选方案，所述的聚丙烯复合材料，其包括如下重量百分比的组分：聚丙烯83％、聚酰胺12％、抗氧剂0.5％、红外线吸收剂1％、润滑剂0.6％、成核剂1.5％和相容剂1.4％。本发明人通过创造性劳动获得，以该配方含量生产的聚丙烯复合材料具有较优的综合性能，更符合光学仪器的要求。

作为本发明的优选方案，所述聚丙烯(PP)为均聚透明聚丙烯。优选地，所述聚丙烯的等规度≥96％。本发明以聚丙烯为基料，使复合材料具有较高的透明度和透光率。

作为本发明的优选方案，所述聚酰胺为聚己内酰胺(PA6)，PA6的加入能有效提高复合材料的力学强度。

作为本发明的优选方案，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。所述抗氧剂的加入能有效提高复合材料在加工过程中的抗热分解能力，还可提高复合材料的抗老化能力。

作为本发明的优选方案，所述红外线吸收剂为光学染料。光学染料的加入能有效提高复合材料对红外线的阻挡作用，同时不影响可见光透过复合材料。

作为本发明的优选方案，所述润滑剂为蒙旦蜡。蒙旦蜡的加入能有效提高复合材料制品的表面光亮度，同时还可作为润滑剂，可以大大降低粘模情况，使注塑更加容易。

作为本发明的优选方案，所述成核剂为山梨醇，山梨醇的加入能有效提高复合材料的透明度。

作为本发明的优选方案，所述相容剂为聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)。所述相容剂的加入能有效提高聚丙烯与聚酰胺的相容性，并大大提高了复合材料的韧性。

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

①按照配方称量原料；

②将步骤①称好的原料充分混合均匀；

③将步骤②混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机的一区温度为190～220℃，二区温度为230～240℃，三区温度为210～220℃，四区温度为220～230℃，机头温度为230～240℃，原料的停留时间为1～2min，压力为12～18MPa。

本发明所述的过滤红外线的聚丙烯复合材料可应用于光学仪器配件、家用电器和家居板材等领域，尤其是在光学仪器配件上的应用。

本发明的聚丙烯复合材料可采用现有的注塑成型等方法加工成使用时需要的形状，以用于过滤红外线。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明制备聚丙烯复合材料所用原料的价格较低，安全无毒，符合环保要求，且容易得到，来源稳定。

2.本发明的聚丙烯复合材料融合了聚丙烯和聚己内酰胺的优点，具有优异的力学性能和加工性能，还具有适合光学仪器的雾度、透明度、透光率和红外线过滤效果，且比现有的红外光学薄膜的制备成本更低、更耐磨耐用、使用寿命更长。

3.本发明制备聚丙烯复合材料的工艺简单，生产效率高，生产稳定性好。

具体实施方式

为更清楚地表述本发明的技术方案，下面结合具体实施例进一步说明，但不能用于限制本发明，此仅是本发明的部分实施例而已。

本发明实施例所采用的原料来源为：

聚丙烯为茂名石化公司生产，商品牌号T30S；

聚酰胺为聚己内酰胺，为日本宇部公司生产，商品牌号1030B；

抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，为CiBa公司产品，商品牌号为1098；

红外线吸收剂为光学染料，为青岛杰得佳新材料科技有限公司生产，商品牌号为IRA SYP02；

润滑剂为蒙旦蜡，为科莱恩公司生产；

成核剂为山梨醇，为呈和科技股份有限公司生产，商品牌号CHJ-2；

相容剂为聚烯烃弹性体接枝马来酸酐，为黄山贝诺科技有限公司生产，商品牌号为SZ41。

实施例1

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法：按重量百分比计，将63％的聚丙烯、20％的PA6、1％的抗氧剂、0.8％的红外线吸收剂、0.2％的润滑剂、5％的成核剂和10％的相容剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的原料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为35mm，螺杆长度与直径的比例设定为36，挤出温度分别为一区温度190℃，二区温度230℃，三区温度210℃，四区温度220℃，机头温度240℃，停留时间1-2min，压力为13MPa。

实施例2

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法：按重量百分比计，将68％的聚丙烯、18％的PA6、0.2％的抗氧剂、0.1％的红外线吸收剂、1.7％的润滑剂、4％的成核剂和8％的相容剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的原料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为35mm，螺杆长度与直径的比例设定为36，挤出温度分别为一区温度190℃，二区温度230℃，三区温度210℃，四区温度220℃，机头温度240℃，停留时间1-2min，压力为13MPa。

实施例3

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法：按重量百分比计，将80％的聚丙烯、14％的PA6、0.4％的抗氧剂、0.6％的红外线吸收剂、1％的润滑剂、3％的成核剂和1％的相容剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为50mm，螺杆长度与直径的比例设定为42，挤出温度分别为一区温度200℃，二区温度240℃，三区温度220℃，四区温度230℃，机头温度240℃，停留时间1-2min，压力为16MPa。

实施例4

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法：按重量百分比计，将83％的聚丙烯、12％的PA6、0.5％的抗氧剂、1％的红外线吸收剂、0.6％的润滑剂、1.5％的成核剂和1.4％的相容剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm，螺杆长度与直径的比例设定为36，挤出温度分别为一区温度220℃，二区温度240℃，三区温度210℃，四区温度220℃，机头温度240℃，停留时间1-2min，压力为15MPa。

实施例5

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法：按重量百分比计，将86％的聚丙烯、8％的PA6、0.4％的抗氧剂、0.5％的红外线吸收剂、1.1％的润滑剂、2％的成核剂和2％的相容剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，螺杆长度与直径的比例设定为32，挤出温度分别为一区温度190℃，二区温度230℃，三区温度210℃，四区温度220℃，机头温度230℃，停留时间1-2min，压力为14MPa。

实施例6

一种过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法：按重量百分比计，将90％的聚丙烯、7％的PA6、0.1％的抗氧剂、0.9％的红外线吸收剂、0.9％的润滑剂、0.1％的成核剂和1％的相容剂，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，螺杆长度与直径的比例设定为32，挤出温度分别为一区温度190℃，二区温度230℃，三区温度210℃，四区温度220℃，机头温度230℃，停留时间1-2min，压力为14MPa。

对比例1

按重量百分比计，将94.6％的聚丙烯、0.2％的抗氧剂、1％的红外线吸收剂、0.2％的润滑剂和4％的成核剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm，螺杆长度与直径的比例设定为36，挤出温度分别为一区温度210℃，二区温度190℃，三区温度220℃，四区温度230℃，机头温度240℃，停留时间1-2min，压力为15MPa。

对比例2

按重量百分比计，将94.6％的PA6、0.2％的抗氧剂、1％的红外线吸收剂、0.2％的润滑剂和4％的成核剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm，螺杆长度与直径的比例设定为36，挤出温度分别为一区温度210℃，二区温度190℃，三区温度220℃，四区温度230℃，机头温度240℃，停留时间1-2min，压力为15MPa。

对比例3

按重量百分比计，将44.6％的聚丙烯、45％的PA6、0.2％的抗氧剂、1％的红外线吸收剂、0.2％的润滑剂、4％的成核剂和5％的相容剂，放入搅拌桶中进行充分混合15分钟后，将已混合好的物料放入双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出，造粒，双螺杆挤出机的螺杆直径为58mm，螺杆长度与直径的比例设定为36，挤出温度分别为一区温度210℃，二区温度190℃，三区温度220℃，四区温度230℃，机头温度240℃，停留时间1-2min，压力为15MPa。

性能测试：

将按上述实施例和对比例的方法完成造粒的粒子材料预先在100℃的鼓风烘箱中干燥3～6小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射成型机上进行注射成型制样，注射成型模温控制在100℃左右。

拉伸强度测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；简支梁冲击强度按ISO 179进行，试样尺寸为55×6×4mm，缺口尺寸为试样厚度的三分之一；雾度测试按照GB 2410-2008进行；红外线透过度以透过材料后的红外线强度和原来的红外线照射强度的百分比为准。

综合力学性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度的数值进行评判；材料的雾度以雾度数值来判定；红外线透过度以透过材料后的红外线强度与原有的照射强度的百分比为准。

实施例1～6的聚丙烯复合材料的性能见表1，对比例1～3的材料的性能见表2：表1

表2

结果分析：

根据表1，从实施例1～6的测试结果可知，本发明的聚丙烯复合材料均具有良好的力学性能，其雾度值为3～12，具有良好的透光率和透明度，能满足大部分光学仪器的要求，其红外线透过度为2％～9％，红外线过滤效果好。此外，还可看出，随着红外线吸收剂的增加，PA6适当地减少，复合材料的红外线透过度便可大大降低，由以实施例4制得的复合材料的综合性能最优。

根据表2，从对比例1和对比例2的测试结果可知，不添加PA6时，所得复合材料的力学性能明显变差；而不添加PP时，所得复合材料的雾度较大以及红外线过滤效果较差，不能满足光学仪器的要求。从对比例1和对比例3的测试结果可看出，加入PA6后，复合材料的力学性能得到明显提升。同时，可看出，PP的雾度远小于PA6的雾度；在增强红外线过滤效果方面，红外线吸收剂对PP的增强作用要优于其对PA6的增强作用。因此，本发明配方以PP为主体，如此，不仅更好地节省成本，而且制得的产物能满足光学仪器的使用要求。

市售红外光学薄膜与本发明聚丙烯复合材料的关键性能比较

项目	红外光学薄膜	本发明聚丙烯复合材料
			拉伸强度	10MPa	30～45MPa
雾度	5	3～12
			红外线透过率	6％	2％～9％
制备成本	60元/m2	23～26元/m2

由此可见，以本发明复合材料制备的红外线过滤材料比市售红外光学薄膜具有明显更优的力学性能和更低的制备成本，且本发明复合材料的雾度和红外线过滤效果能符合一般光学仪器的要求。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种过滤红外线的聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：聚丙烯63～90％、聚酰胺7～20％、抗氧剂0.1～1％、红外线吸收剂0.1～1％、润滑剂0.2～2％、成核剂0.1～5％和相容剂1～10％。

2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：聚丙烯80～90％、聚酰胺7～14％、抗氧剂0.1～1％、红外线吸收剂0.1～1％、润滑剂0.2～2％、成核剂0.1～3％和相容剂1～5％。

3.如权利要求2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：聚丙烯83％、聚酰胺12％、抗氧剂0.5％、红外线吸收剂1％、润滑剂0.6％、成核剂1.5％和相容剂1.4％。

4.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚透明聚丙烯。

5.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚酰胺为聚己内酰胺。

6.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。

7.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述红外线吸收剂为光学染料。

8.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为蒙旦蜡，所述成核剂为山梨醇。

9.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚烯烃弹性体接枝马来酸酐。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的过滤红外线的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

①按照配方称量原料；

②将步骤①称好的原料充分混合均匀；

③将步骤②混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机的一区温度为190～220℃，二区温度为230～240℃，三区温度为210～220℃，四区温度为220～230℃，机头温度为230～240℃，原料的停留时间为1～2min，压力为12～18MPa。