CN109401046A - 一种pp复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通用塑料技术领域，具体涉及一种PP复合材料及其制备方法，PP复合材料包括：PP、TPU母粒以及助剂；TPU母粒包括：4，4'‑二苯甲烷二异氰酸酯、聚己内酯多元醇、扩链剂、交联剂和空心玻璃微珠。本发明在PP复合材料中加入了空心玻璃微珠，使得PP复合材料具有一定的吸引隔音功能，并且有助于PP复合材料的轻质化；并且本发明的TPU母粒可以对PP进行有效的增韧改性，并且改善空心玻璃微珠的分散均匀性，从而使PP具有较好的机械性能。此外本发明还具体采用4，4'‑二苯甲烷二异氰酸酯和聚己内酯多元醇制得的TPU与PP具有较好的相容性，即使无需相容剂的参与，PP复合材料也具有较好的机械性能。

Description

一种PP复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及通用塑料技术领域，具体涉及一种PP复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是半透明结晶型聚合物，具有可塑性，且无臭无毒。由于PP结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃，具有良好的常温抗冲击性能，且耐热、耐腐蚀，密度小，是目前最轻的通用塑料。然而，由于PP的分子结构规整，使得PP韧性较差，缺口抗冲击性也较差。
为了改善PP的韧性，已研究或开发了POE、SBS、EPDM、NR和IIR等多种弹性体与PP的共混材料，但是由于该些材料都是非极性的，因此限制了该些PP共混材料的应用领域。而极性弹性体，如TPU也同样具有较好的韧性，可以通过共混改善PP的性能，但是极性材料和非极性材料之间的相容性较差，虽然可以通过加入适当相容剂改善，但是当更多功能材料需要对PP的共混改性，PP共混材料的性能往往不尽如人意，制约了PP复合材料的功能性发展。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种抗冲击性好并且具有吸音功能的PP复合材料。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种PP复合材料，包括如下重量份的原料：
PP 40-60份
TPU母粒 40-60份
热稳定剂 4-8份
润滑剂 1-3份
抗氧剂 0.2-1份
光稳定剂 0.2-1份；
所述TPU母粒包括如下重量份数的原料：
4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 30-50份
聚己内酯多元醇 20-40份
扩链剂 4-10份
交联剂 4-10份
空心玻璃微珠 30-50份。
本发明在PP复合材料中加入了空心玻璃微珠，使得PP复合材料具有一定的吸引隔音功能，并且有助于PP复合材料的轻质化；但同时空心玻璃微珠作为刚性材料加入到PP中会使PP的韧性降低，并且空心玻璃作为无机物在PP中分散性也较差，容易发生应力集中现象，从而导致整体机械性能的下降，为此本发明不仅仅是简单地在PP中直接加入TPU进行增韧改性，而是将空心玻璃微珠加入到二异氰酸酯和多元醇在缩聚反应过程中，使得形成的TPU对空心玻璃微珠进行包覆从而制得TPU母粒，该TPU母粒可以对PP进行有效的增韧改性，并且改善空心玻璃微珠的分散均匀性，从而使PP具有较好的机械性能；此外本发明还具体限定了二异氰酸酯和多元醇的种类，采用4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯和聚己内酯多元醇制得的TPU与PP具有较好的相容性，即使无需相容剂的参与，PP复合材料也具有较好的机械性能。
其中，所述PP的熔融指数为30-50g/10min，测试条件为230℃/2.16Kg。本发明通过限定PP的熔融指数，可以改善各材料的相容性。
其中，所述扩链剂为三羟甲基丙烷和/或二缩三乙二醇。本发明选用的扩链剂中，三羟甲基丙烷具有3个羟甲基，依次可以提供较多的反应活性点，还可以增强交联剂的交联作用，促进玻璃微珠与TPU进行交联，利用TPU对空心玻璃微珠的包覆，空心玻璃微珠不容易裸露，因而PP复合材料具有较为均一的外观效果；而二缩三乙二醇可以利于提高TPU母粒的柔韧性，使TPU改性母粒的断裂伸长率提高，从而利于PP复合材料韧性的提升。优选地，所述扩链剂由三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按重量比1-2:1-2的比例组成，该复配组成的扩链剂还可以使TPU母粒具有较好的韧性的同时，与PP也具有较好的相容性。
其中，所述空心玻璃微珠的粒径为30-50μm。
其中，所述交联剂的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油进行混合，然后升温至75-90℃，保温反应1-2h，然后降温至30-36℃后，加入丙二酸二乙酯，封端反应0.5-1.5h后，即得到所述交联剂，其中甲苯二异氰酸酯、蓖麻油和丙二酸二乙酯的摩尔比为2-4:1:1-2。本发明制得的交联剂在一定温度下解封出来的异氰酸酯基可以与羟基反应生成氨基甲酸基，因此促进空心玻璃微珠与TPU的交联聚合，在空心玻璃微珠与TPU之间形成架桥结构，因而空心玻璃微珠不仅在PP中具有较好的分散性，也可以起到增强TPU进而增强PP复合材料的作用。
其中，所述热稳定剂为复合钙锌稳定剂、复合钡锌稳定剂和复合稀土稳定剂中的至少一种。优选地，所述热稳定剂为复合钙锌稳定剂，成本较低，效果较好。
其中，所述润滑剂为滑石粉、硬脂酸钙和石蜡中的至少一种。优选地，所述润滑剂由滑石粉和硬脂酸钙按重量比1:1的比例组成，利于PP复合材料的熔融混合，提高生产效率。
其中，所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。
如上所述的一种PP复合材料的制备方法：按配方量称取各原料在100-120℃进行混合，然后在130-150℃下进行熔融挤出造粒，即得到所述PP复合材料。
本发明的有益效果在于：
1、本发明在PP复合材料中加入了空心玻璃微珠，使得PP复合材料具有一定的吸引隔音功能，并且有助于PP复合材料的轻质化；
2、本发明的TPU母粒可以对PP进行有效的增韧改性，并且改善空心玻璃微珠的分散均匀性，从而使PP具有较好的机械性能；
3、此外本发明还具体限定了二异氰酸酯和多元醇的种类，采用4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯和聚己内酯多元醇制得的TPU与PP具有较好的相容性，即使无需相容剂的参与，PP复合材料也具有较好的机械性能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种PP复合材料，包括如下重量份的原料：
PP 50份
TPU母粒 50份
热稳定剂 6份
润滑剂 2份
抗氧剂 0.6份
光稳定剂 0.6份；
所述TPU母粒包括如下重量份数的原料：
4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 40份
聚己内酯多元醇 30份
扩链剂 7份
交联剂 7份
空心玻璃微珠 40份。
其中，所述PP的熔融指数为40g/10min，测试条件为230℃/2.16Kg。
其中，所述扩链剂由三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按重量比1:1的比例组成。
其中，所述空心玻璃微珠的粒径为40μm。
其中，所述交联剂的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油进行混合，然后升温至82℃，保温反应1.5h，然后降温至33℃后，加入丙二酸二乙酯，封端反应1h后，即得到所述交联剂，其中甲苯二异氰酸酯、蓖麻油和丙二酸二乙酯的摩尔比为3:1:1.5。
其中，所述热稳定剂为复合钙锌稳定剂。
其中，所述润滑剂为滑石粉由硬脂酸钙按重量比1:1的比例组成。
其中，所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
如上所述的一种PP复合材料的制备方法：按配方量称取各原料在110℃进行混合，然后在140℃下进行熔融挤出造粒，即得到所述PP复合材料。
实施例2
一种PP复合材料，包括如下重量份的原料：
PP 40份
TPU母粒 40份
热稳定剂 4份
润滑剂 1份
抗氧剂 0.2份
光稳定剂 0.2份；
所述TPU母粒包括如下重量份数的原料：
4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 30份
聚己内酯多元醇 20份
扩链剂 4份
交联剂 4份
空心玻璃微珠 30份。
其中，所述PP的熔融指数为30g/10min，测试条件为230℃/2.16Kg。
其中，所述扩链剂由三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按重量比1:2的比例组成。
其中，所述空心玻璃微珠的粒径为30μm。
其中，所述交联剂的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油进行混合，然后升温至75℃，保温反应1h，然后降温至30℃后，加入丙二酸二乙酯，封端反应0.5h后，即得到所述交联剂，其中甲苯二异氰酸酯、蓖麻油和丙二酸二乙酯的摩尔比为2:1:1。
其中，所述热稳定剂为复合钡锌稳定剂。
其中，所述润滑剂为滑石粉
其中，所述抗氧化剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
如上所述的一种PP复合材料的制备方法：按配方量称取各原料在100℃进行混合，然后在130℃下进行熔融挤出造粒，即得到所述PP复合材料。
实施例3
一种PP复合材料，包括如下重量份的原料：
PP 60份
TPU母粒 60份
热稳定剂 8份
润滑剂 3份
抗氧剂 1份
光稳定剂 1份；
所述TPU母粒包括如下重量份数的原料：
4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 50份
聚己内酯多元醇 40份
扩链剂 10份
交联剂 10份
空心玻璃微珠 50份。
其中，所述PP的熔融指数为50g/10min，测试条件为230℃/2.16Kg。
其中，所述扩链剂由三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按重量比2:1的比例组成。
其中，所述空心玻璃微珠的粒径为50μm。
其中，所述交联剂的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油进行混合，然后升温至90℃，保温反应2h，然后降温至36℃后，加入丙二酸二乙酯，封端反应1.5h后，即得到所述交联剂，其中甲苯二异氰酸酯、蓖麻油和丙二酸二乙酯的摩尔比为4:1:2。
其中，所述热稳定剂为复合稀土稳定剂。
其中，所述润滑剂为石蜡。
其中，所述抗氧化剂为三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
如上所述的一种PP复合材料的制备方法：按配方量称取各原料在120℃进行混合，然后在150℃下进行熔融挤出造粒，即得到所述PP复合材料。
实施例4
一种PP复合材料，包括如下重量份的原料：
PP 45份
TPU母粒 45份
热稳定剂 5份
润滑剂 1.5份
抗氧剂 0.4份
光稳定剂 0.4份；
所述TPU母粒包括如下重量份数的原料：
4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 35份
聚己内酯多元醇 25份
扩链剂 6份
交联剂 6份
空心玻璃微珠 35份。
其中，所述PP的熔融指数为35g/10min，测试条件为230℃/2.16Kg。
其中，所述扩链剂为三羟甲基丙烷。
其中，所述空心玻璃微珠的粒径为35μm。
其中，所述交联剂的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油进行混合，然后升温至80℃，保温反应1.2h，然后降温至32℃后，加入丙二酸二乙酯，封端反应0.8h后，即得到所述交联剂，其中甲苯二异氰酸酯、蓖麻油和丙二酸二乙酯的摩尔比为3:1:1。
其中，所述热稳定剂由复合钙锌稳定剂和复合钡锌稳定剂按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂为滑石粉和石蜡按重量比1:1组成的混合物。
其中，所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯按重量比1:1:1的比例组成的混合物。
如上所述的一种PP复合材料的制备方法：按配方量称取各原料在105℃进行混合，然后在135℃下进行熔融挤出造粒，即得到所述PP复合材料。
实施例5
一种PP复合材料，包括如下重量份的原料：
PP 55份
TPU母粒 55份
热稳定剂 7份
润滑剂 2.5份
抗氧剂 0.8份
光稳定剂 0.8份；
所述TPU母粒包括如下重量份数的原料：
4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 45份
聚己内酯多元醇 35份
扩链剂 8份
交联剂 9份
空心玻璃微珠 45份。
其中，所述PP的熔融指数为45g/10min，测试条件为230℃/2.16Kg。
其中，所述扩链剂由三羟甲基丙烷和二缩三乙二醇按重量比2:1的比例组成。
其中，所述空心玻璃微珠的粒径为45μm。
其中，所述交联剂的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油进行混合，然后升温至85℃，保温反应1.8h，然后降温至35℃后，加入丙二酸二乙酯，封端反应1.2h后，即得到所述交联剂，其中甲苯二异氰酸酯、蓖麻油和丙二酸二乙酯的摩尔比为3:1:2。
其中，所述热稳定剂为复合钙锌稳定剂。
其中，所述润滑剂为滑石粉
其中，所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
如上所述的一种PP复合材料的制备方法：按配方量称取各原料在115℃进行混合，然后在145℃下进行熔融挤出造粒，即得到所述PP复合材料。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：TPU母粒的原料中不包括交联剂。
对实施例1-5和对比例1中的PP复合材料按ASTM标准进行性能测试，测试结果见下表。
拉伸强度（MPa） 弯曲强度（MPa） 弯曲模量（GPa） 悬臂梁缺口冲击强度（J/m）
实施例1 35.6 42.4 2039 112
实施例2 33.9 40.1 1958 108
实施例3 33.2 40.8 1981 102
实施例4 30.8 38.6 1777 96
实施例5 31.7 39.4 1754 78
对比例1 27.1 30.5 1571 60
由对比例1和实施例1的对比可知，在没有交联剂的参与下，由于空心玻璃微珠没有与TPU形成架桥结构，因此TPU对空心玻璃微珠的改性作用相当有限，PP复合材料脆性变强，具体表现为悬臂梁缺口冲击强度的大幅度降低，但是并没有换来刚性的大幅度提升，因为空心玻璃微珠与PP之间并不相容，两者之间会产生较多空隙，因而PP复合材料是整体的力学性能降低。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种PP复合材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
PP 40-60份
TPU母粒 40-60份
热稳定剂 4-8份
润滑剂 1-3份
抗氧剂 0.2-1份
光稳定剂 0.2-1份；
所述TPU母粒包括如下重量份数的原料：
4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 30-50份
聚己内酯多元醇 20-40份
扩链剂 4-10份
交联剂 4-10份
空心玻璃微珠 30-50份。
2.根据权利要求1所述的一种PP复合材料，其特征在于：所述PP的熔融指数为30-50g/10min，测试条件为230℃/2.16Kg。
3.根据权利要求1所述的一种PP复合材料，其特征在于：所述扩链剂为三羟甲基丙烷和/或二缩三乙二醇。
4.根据权利要求1所述的一种PP复合材料，其特征在于：所述空心玻璃微珠的粒径为30-50μm。
5.根据权利要求1所述的一种PP复合材料，其特征在于：所述交联剂的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油进行混合，然后升温至75-90℃，保温反应1-2h，然后降温至30-36℃后，加入丙二酸二乙酯，封端反应0.5-1.5h后，即得到所述交联剂，其中甲苯二异氰酸酯、蓖麻油和丙二酸二乙酯的摩尔比为2-4:1:1-2。
6.根据权利要求1所述的一种PP复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为复合钙锌稳定剂、复合钡锌稳定剂和复合稀土稳定剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种PP复合材料，其特征在于：所述润滑剂为滑石粉、硬脂酸钙和石蜡中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种PP复合材料，其特征在于：所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。
9.权利要求1-9任意一项所述的一种PP复合材料的制备方法，其特征在于：按配方量称取各原料在100-120℃进行混合，然后在130-150℃下进行熔融挤出造粒，即得到所述PP复合材料。
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