CN109666220A - 一种耐注塑停留聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐注塑停留聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐注塑停留聚丙烯复合材料及其制备方法。这种聚丙烯复合材料由以下原料按重量百分比组成：聚丙烯80～92％，环氧树脂1～3％，无机填料5～15％，色粉0.5～2％，光稳定剂0.1～1％，抗氧剂0.1～1％。本发明通过采用环氧树脂对无机填料和色粉进行预包覆处理，利用环氧树脂中环氧基团与无机粉体表面的键合作用，阻隔无机填料和色粉中的金属离子对聚丙烯材料的加速降解，使聚丙烯复合材料长时间注塑停留时仍能保持原有的力学性能，同时保证产品具有良好的颜色稳定性，制备得到一种耐注塑停留聚丙烯复合材料。

Description

一种耐注塑停留聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐注塑停留聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料改性和加工技术领域。
背景技术
聚丙烯作为五大通用塑料之一，因具有密度小、价格低廉、综合性能优异和易于加工回收等优点，广泛应用于汽车、家电、日用品及包装等各个领域。随着生活水平的提高，人们对塑料制件的性能和外观要求也越来越高，以汽车内饰件如仪表板、门板及立柱等为代表，对材料的加工稳定性提出了更高的要求，特别是影响产品外观的颜色稳定性。
聚丙烯虽然有较好的耐热性，但对于结构复杂的大尺寸样件(如汽车仪表板)，其加工成型时间较长，在注塑机料筒中可能长时间停留，这样势必会造成材料的老化降解，造成产品加工生产时的不稳定，材料性能明显下降和颜色变化较大的不良现象。
现有技术主要是通过添加足量的抗氧剂来提高聚丙烯在注塑过程中的耐注塑停留性能，从而保证产品性能的稳定性。如中国专利CN 103509244A公开了一种耐候聚丙烯材料的制备方法，通过提高抗氧剂的用量来提高产品的耐候性和稳定性，但大量使用抗氧剂不仅增加材料成本，而且存在抗氧剂析出的风险。中国专利CN 107556623A公开了一种耐注塑停留有色聚丙烯复合材料及其制备方法，通过添加特定复配重量比以及特定种类的复合着色剂来实现，此方法制成的产品颜色比较单一，不能满足行业越来越个性化的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐注塑停留聚丙烯复合材料及其制备方法，更好地满足聚丙烯材料在汽车、家电、日用品及包装等领域的应用要求。
为了提高聚丙烯复合材料的耐注塑停留性能，本发明的技术方案是采用环氧树脂对无机填料和色粉进行预包覆处理，利用环氧树脂中环氧基团与无机粉体表面的键合作用，阻隔无机填料和色粉中的金属离子对聚丙烯材料的加速降解，使聚丙烯复合材料长时间注塑停留时仍能保持原有的力学性能，同时保证产品具有良好的颜色稳定性。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，由以下重量百分比计的原料制成：
本发明的一种耐注塑停留聚丙烯复合材料中，
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，或是它们的组合物，其熔体流动速率为5～70g/10min，测试条件为230℃×2.16kg。
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，其环氧当量在740～850g/eq。
所述的无机填料为滑石粉、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种组合，其粒径范围为1～10μm。
所述的色粉为钛白粉、炭黑、钛黄、氧化铁、氧化铬中的一种或几种的混合物。
所述的光稳定剂选用三嗪类、苯并三唑、水杨酸酯类和受阻胺类光稳定剂的一种或几种的组合。
所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂选自受阻酚或硫酯类抗氧剂；辅抗氧剂选用亚磷酸盐或酯类抗氧剂。
上述耐注塑停留聚丙烯复合材料的制备方法如下：
1)按重量配比称取原料，先将环氧树脂、无机填料和色粉混合均匀，经单螺杆挤出机挤出造粒得到环氧树脂包覆的无机粉体。其中单螺杆挤出机料筒温度为180～200℃，主机转速为200～500r/min。
2)将上述环氧树脂包覆的无机粉体与聚丙烯、光稳定剂和抗氧剂在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中双螺杆挤出机料筒温度为190～220℃，主机转速为180～600r/min。
本发明的优点是：
1、本发明通过采用环氧树脂对无机填料和色粉进行预包覆处理，利用环氧树脂中环氧基团与无机粉体表面的键合作用，阻隔无机填料和色粉中的金属离子对聚丙烯材料的加速降解，制备得到耐注塑停留聚丙烯复合材料。
2、本发明制备得到的聚丙烯复合材料长时间注塑停留时仍能保持原有的力学性能，同时保证产品具有良好的颜色稳定性。
3、本发明提出的制备耐注塑停留聚丙烯复合材料的方法简单可行、便于规模化生产。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
在实施例及对比例材料配方中，聚丙烯为上海石化生产的共聚聚丙烯，商品名为M2600R，其熔体流动速率为26g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)。环氧树脂选用长春化工生产的BE-503。无机填料选用粒径为5微米的滑石粉HTP2。色粉为钛白粉、炭黑和氧化铁的组合物，82V(大众色号)颜色。光稳定剂选用CYTEC公司生产的3808PP5。主抗氧剂为BASF公司的1010，化学名为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，以及英国ICE公司的DSTP，化学名为硫代二丙酸硬脂醇酯。辅抗氧剂为Ciba公司的168，化学名为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
对比例1
按重量配比分别称取93份M2600R、5份HTP2、1.3份色粉、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
对比例2
按重量配比分别称取88份M2600R、10份HTP2、1.3份色粉、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
对比例3
按重量配比分别称取83份M2600R、15份HTP2、1.3份色粉、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
实施例1
1)按重量配比分别称取1份BE-503、5份HTP2和1.3份色粉，混合均匀后经单螺杆挤出机挤出造粒得到环氧树脂包覆的无机粉体。其中挤出机各段温度为180～200℃。
2)按重量配比称取92份M2600R、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，与上述制备的7.3份环氧树脂包覆的无机粉体在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
实施例2
1)按重量配比分别称取2份BE-503、5份HTP2和1.3份色粉，混合均匀后经单螺杆挤出机挤出造粒得到环氧树脂包覆的无机粉体。其中挤出机各段温度为180～200℃。
2)按重量配比称取91份M2600R、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，与上述制备的8.3份环氧树脂包覆的无机粉体在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
实施例3
1)按重量配比分别称取2份BE-503、10份HTP2和1.3份色粉，混合均匀后经单螺杆挤出机挤出造粒得到环氧树脂包覆的无机粉体。其中挤出机各段温度为180～200℃。
2)按重量配比称取86份M2600R、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，与上述制备的13.3份环氧树脂包覆的无机粉体在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
实施例4
1)按重量配比分别称取2份BE-503、15份HTP2和1.3份色粉，混合均匀后经单螺杆挤出机挤出造粒得到环氧树脂包覆的无机粉体。其中挤出机各段温度为180～200℃。
2)按重量配比称取81份M2600R、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，与上述制备的18.3份环氧树脂包覆的无机粉体在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
实施例5
1)按重量配比分别称取3份BE-503、15份HTP2和1.3份色粉，混合均匀后经单螺杆挤出机挤出造粒得到环氧树脂包覆的无机粉体。其中挤出机各段温度为180～200℃。
2)按重量配比称取80份M2600R、0.2份3808PP5、0.1份1010、0.2份DSTP和0.2份168，与上述制备的19.3份环氧树脂包覆的无机粉体在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中挤出机的温度从喂料口到机头依次为190℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、215℃。
性能评价方式及实行标准:
将上述对比例1～3及实施例1～5所制备的粒子材料，在90～100℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后将干燥好的粒子在注塑机上制成标准样条用于测试，其中注塑停留时间分别设置为不停留、30min、60min。
拉伸强度测试：按ISO 527-2标准进行，拉伸速度为50mm/min；弯曲强度测试：按ISO 178标准进行，弯曲速度为2mm/min；缺口冲击强度测试：按ISO 180标准进行。注塑停留30min、60min与不停留时测的拉伸强度比分别记为T30、T60；弯曲强度比分别记为M30、M60；缺口冲击强度比分别记为I30、I60；颜色变化分别记为ΔE-30、ΔE-60。材料的耐注塑停留性能：通过注塑停留30min、60min时力学性能的保持率与颜色变化大小来评判。力学性能保持率越高，颜色变化越小，则表明材料的耐注塑停留性能越好。
实施例及对比例的性能测试结果见下表：
从实施例1～5与对比例1～3的对比中可以看出，采用环氧树脂对无机填料和色粉进行预包覆处理的实施例力学性能保持率均在90％以上，而对比例的力学性能保持率基本在80％以下，个别甚至低于50％。这主要是由于环氧树脂中环氧基团与无机粉体表面的键合作用，阻隔无机填料和色粉中的金属离子对聚丙烯材料的加速降解，改善了聚丙烯材料的耐注塑停留性能。另外从颜色变化上来看，实施例1～5在注塑停留30min、60min时都能满足ΔE≤0.5，颜色稳定性好。本发明制备得到的聚丙烯复合材料长时间注塑停留时仍能保持原有的力学性能，同时保证产品具有良好的颜色稳定性。
以上所述仅为本发明的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离发明技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下重量百分比计的原料制成：
2.根据权利要求1所述的一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，或是它们的组合物，其熔体流动速率为5～70g/10min，测试条件为230℃×2.16kg。
3.根据权利要求1所述的一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，其环氧当量在740～850g/eq。
4.根据权利要求1所述的一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无机填料为滑石粉、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种组合，其粒径范围为1～10μm。
5.根据权利要求1所述的一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的色粉为钛白粉、炭黑、钛黄、氧化铁、氧化铬中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳定剂选用三嗪类、苯并三唑、水杨酸酯类和受阻胺类光稳定剂的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种耐注塑停留聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂选自受阻酚或硫酯类抗氧剂；辅抗氧剂选用亚磷酸盐或酯类抗氧剂。
8.权利要求1-7任意之一所述耐注塑停留聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)按重量配比称取原料，先将环氧树脂、无机填料和色粉混合均匀，经单螺杆挤出机挤出造粒得到环氧树脂包覆的无机粉体。其中单螺杆挤出机料筒温度为180～200℃，主机转速为200～500r/min；
2)将上述环氧树脂包覆的无机粉体与聚丙烯、光稳定剂和抗氧剂在高速混合机中混匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒得到。其中双螺杆挤出机料筒温度为190～220℃，主机转速为180～600r/min。
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