CN109679220A - 一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法，该聚丙烯复合材料主要由改性绿茶粉功能母粒5～15份、聚丙烯树脂50～93份、无机填料0～20份、弹性体：0～10份、抗氧剂等助剂2～5份组成。由于绿茶粉本身密度小、具备天然绿茶清香味，使用该复合材料制备的零部件具有绿茶清香味，零件重量也较相同份数矿物填充的聚丙烯材料减重3～7％。此外由于采用深绿色的绿茶粉作为填充剂使得由其制备的复合材料经配色处理后所制备的米色或灰色等浅颜色零件的表面出现很多深色小斑点，具有类似植绒的效果。

Description

一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种功能性聚丙烯材料及其制备方法，尤其涉及一种气味清香、低密度、仿植绒效果的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。同时随着汽车工业的飞速发展，轻量化、品质化、低成本、环境友好可再生已成为当前汽车工业的主要目标，从而带动车用材料朝着低密度、低气味、环境友好可再生方向发展。
目前针对车用材料的低密度、低气味、环境友好可再生研究，国内外相关专家，学者已有大量研究。针对低密度材料开发方面目前的技术手段主要是降低聚合物复合材料中的高密度组分尤其是一些矿物、玻纤等填充组分含量来实验，如专利：CN201611217073.1公开了一种用于薄壁化注塑件的低密度、高性能聚丙烯复合材料及其制备方法。针对低气味材料目前主要通过以下方法实现：其一，通过改善复合材料的加工制备工艺来降低材料的气味强度，而对气味类型如高聚物的塑胶味、溶剂味并无改善作用，如专利：CN201711432572.7，公开了一种低气味、低VOC的聚丙烯复合材料的制备方法，在不影响材料基本性能的情况下,在挤出过程中对聚丙烯复合材料熔体进行注水,利用雾化萃取的原理从材料中去除热裂解小分子,改善材料气味和VOC。其二，通过添加一些香味剂来改善材料的低气味低散发效果，如专利：CN201611242247.X公开了一种香味型聚丙烯复合材料及其制备方法来弱化高分子材料本身所带有的塑料、焦糊等难闻的气味,从而提高复合材料的可接受度，所使用的香味剂味水果或植物提取物，分子量低所制备的材料香味持久性较弱。针对环境友好可再生材料，近两年生物填充材料也开始快速发展，如木粉、麻纤维等植物纤维填充材料，如专利：CN201711430954.6公开了一种低气味、仿植绒效果的木粉填充改性聚丙烯材料及其制备方法以及专利：CN201610961944.4公开了一种高性能黄麻纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
发明内容
本发明提供一种由超细天然绿茶粉末经有机硅氧烷表面处理后与基体树脂制备成改性母粒，然后将该改性功能母粒与聚丙型、无机填料、弹性体、助剂等共混挤出制备而来。通过对天然绿茶粉末进行表面钝化处理改性有效的提升了绿茶粉末与聚丙烯树脂的相容性，对改善由于单独添加未改性绿茶粉带来的冲击韧性损失具有极大的改善作用，所制备的聚丙烯复合材料具有良好的力学性能。同时由于绿茶粉本身密度小、具备天然绿茶清香味使用该复合材料制备的零部件具有绿茶清香味，零件重量也较相同份数矿物填充的聚丙烯材料减重3～7％。此外由于采用深绿色的绿茶粉作为填充剂使得由其制备的复合材料经配色处理后所制备的米色或灰色等浅颜色零件的表面出现很多深色小斑点，具有类似植绒的效果。
为达上述发明目的，本发明主要通过以下技术方案实现：
一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：由下列成分按照重量份数制备而成：
聚丙烯树脂：50～93份；
无机填料：0～20份；
弹性体：0～10份；
改性绿茶粉母粒：5～15份；
助剂：2～5份；
所述的改性绿茶粉母粒由下列成分按照重量份数制备而成：
改性绿茶粉：70～80份；
LLDPE：18～28份；
助剂：2～5份。
进一步的，所述的聚丙烯树脂是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在1.0～60g/10min的聚丙烯原料。
所述的弹性体为乙烯-丙烯共物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物的一种或者几种的混合物，密度为0.80～1.0g/cm3。
所述的无机填料为滑石粉、硫酸钡、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)、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)、光稳定剂V703、5589、531、润滑剂白油、乙烯基双硬酯酰胺(EBS)其中的一种或者几种混合物。
所述的改性绿茶粉为90～95份绿茶粉与5～10份表面处理剂，经高速混炼制备而成。优选的，所述的绿茶粉为粒径为1um至100um经绿茶叶粉碎研磨制备而来的粉末。所述的表面处理剂为通过烷基改性的有机聚硅氧烷。
所述的聚乙烯树脂(LLDPE)为常规低密度聚乙烯树脂。
上述聚丙烯复合材料还可以包括本领域技术人员认为可添加的其他助剂，如色粉等。
本发明的另一发明目的是提供这种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)改性绿茶粉功能母粒的制备：
i.绿茶粉的表面修饰
按重量份数，将粒径为50um至200um绿茶粉90～95份与硅烷类表面修饰剂5～10份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成。
ii.改性绿茶粉末母粒的制备
按重量份数，将流经有机硅氧烷表面钝化处理的绿茶粉末70～80份，低密度聚乙烯(LLDPE)原料树脂18～28份，助剂2～5份加入混料机中混合均匀后加入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90℃，105℃，115℃，135℃，145℃，145℃，145℃，145℃，150℃，150℃。主螺杆转速为200～300r/min。
(2)一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法：
按重量份数，将步骤(1)中制备的茶叶粉末母粒5～15份与常规聚丙烯50～93份，无机填料0～40份，弹性体0～20份，助剂2～5份一起加入到混料机中混合均匀，再经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为145℃，175℃，190℃，200℃，205℃，210℃,210℃，210℃,215℃,220℃。主螺杆转速为350～450r/min，水槽温度23℃～40℃。
本发明与现有技术相比，具有以下技术优势：
(1)本发明一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法，采用具有轻质环保的超细改性绿茶粉末作为填充剂制备的改性聚丙烯复合材料具有质轻，与同份数矿物填充聚丙烯复合材料相比能够实现7％减重量。
(2)本发明一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法，采用有机硅氧烷作为绿茶粉末的表面处理剂，经表面处理后的绿茶粉具有更好的耐热性能以及与聚丙烯树脂的相容性，由其作为改性填充剂所制备的聚丙烯复合材料具有良好机械性能的同时，还具有绿茶粉特有的绿茶清香味，且香味持久绿色环保。
(3)本发明一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法，由于采用深绿色的绿茶粉作为填充剂使得由其制备的复合材料经配色处理后所制备的米色或灰色等浅颜色零件的表面出现很多深色小斑点，具有类似植绒的效果，与由低压注塑或者胶水粘接等工艺制备而来的织物包覆零件相比具有综合成本低、生产效率高、绿色环保可回收等很强的市场前景。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
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。
具体实施例1～5以及相应的对比实施例1～2所采用原料及制备工艺如下：
原材料：
聚丙烯树脂：为中石化SP179牌号共聚聚丙烯树脂，市售；
聚乙烯树脂(LLDPE)：为广州石化DMDB-8916牌号，市售；
矿物粉末：为目数3000目滑石粉，市售；
未改性绿茶粉：为平均粒径为150um的绿茶粉末，市售；
POE：乙烯-己烯共聚物，市售；
表面处理剂：烷基改性有机硅氧烷，市售；
助剂：抗氧剂为(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇脂)、抗氧剂168为(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯、抗氧剂DSTP为硫代二丙酸双十八醇酯、光稳定为受阻氨类光稳定剂5590，市售；
色粉：二氧化钛色母粒，炭黑色母粒，氧化铁黄母粒，氧化铁红母粒，市售；
制备工艺流程：
(1)改性绿茶粉功能母粒的制备：
i.改性绿茶粉末制备
按表2中的重量份数，将粒径为150um绿茶粉95份与有机硅烷类表面修饰剂5份一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成。
ii.改性绿茶粉功能母粒的制备
按表2中重量份数，将低密度聚乙烯LLDPE，改性绿茶粉末，抗氧剂：1010；其他助剂：168辅助抗氧助剂一起加入到混料机中混合均匀后，加入到双螺杆挤出机，经熔融、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90℃，105℃，115℃，135℃，145℃，145℃，145℃，145℃，150℃，150℃。主螺杆转速为260r/min。
(2)一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备：
按表3重量份数，将步骤(1)中制备的改性绿茶粉功能母粒与聚丙烯原料树脂，滑石粉，弹性体,1010抗氧剂，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺，及色粉母粒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、切粒制备成气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为165℃，175℃，205℃，210℃，210℃，210℃,215℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为450r/min，水槽温度35℃。
将上述实施例1～5及其相应的对比例1～2所制备的气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料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3所示。
表1气味清香、低密度、仿植绒效果的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
3 缺口冲击强度 GB/T 1043 kJ/m^2 23℃
4 气味 PV 3900(大众汽车) 级/气味类型 50g粒子，80℃/2h
5 仿植绒效果评价 / 明显/轻微/无效果
将粒径为150um绿茶粉95份与有机硅烷类表面修饰剂5份一起加入到高速混炼机中，经高速混炼后制制备成改性绿茶粉填料，有效提高绿茶粉的耐热性能以及与聚丙烯树脂的相容性。然后将所制备的改性绿茶粉填料与LLDPE、抗氧剂等助剂按照一定比例经双螺杆制备成改性绿茶粉功能母粒：
表2改性绿茶粉及其功能母粒典型配方表
序号 绿茶粉 有机硅氧烷 改性绿茶粉 滑石粉 LLDPE 助剂(抗氧剂)
改性绿茶粉 95 5 --- --- --- ---
绿茶粉功能母粒1 --- --- 70 --- 28 2
绿茶粉功能母粒2 --- --- 80 --- 18 2
滑石粉母粒 --- --- --- 80 18 2
所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，按表3重量份数，将步骤(1)中制备的改性绿茶粉功能母粒2与聚丙烯原料树脂，滑石粉，弹性体,抗氧助剂母粒及色粉母粒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、切粒制备成气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，配方及性能见表3所示：
表3实施例1～5为一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料配方及性能
表3中实施例1～5为根据本发明专利一种气味清香、低密度、仿植绒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气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法的气味、亲量化与仿植绒效果，相应的对比例1与对比例2用来作为相应实施例的对照。从表3中可以得出以下结论：
(1)本发明一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，由于采用具有轻质环保的超细改性绿茶粉末作为填充剂制备的改性聚丙烯复合材料具有质轻，与同份数矿物填充聚丙烯复合材料相比最大能实现7％左右的减重量。
(2)由于本发明表面修饰技术对超细绿茶粉粉末进行表面修饰改性，提升了绿茶粉末与聚丙烯树脂的相容性，对改善由于单独添加未改性绿茶粉带来的冲击韧性损失具有极大的改善作用，所制备的聚丙烯复合材料具有良好机械性能的同时，也具有绿茶粉特有的绿茶清香味，且香味持久绿色环保。
(3)本发明一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法，由于采用深绿色的绿茶粉作为填充剂使得尤其制备的复合材料经配色处理后所制备的米色或灰色等浅颜色零件的表面出现很多深色小斑点，具有类似植绒的效果，与由低压注塑或者胶水粘接等工艺制备而来的织物包覆零件相比具有综合成本低、生产效率高、绿色环保可回收等很强的市场前景。

Claims (10)

1.一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：由下列成分按照重量份数制备而成：
聚丙烯树脂：50～93份；
无机填料：0～20份；
弹性体：0～10份；
改性绿茶粉母粒：5～15份；
其他助剂：2～5份；
所述的改性绿茶粉母粒由下列成分按照重量份数制备而成：
改性绿茶粉：70～80份；
LLDPE：18～28份；
助剂：2～5份。
2.根据权利要求1所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯树脂是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在1.0～60g/10min的聚丙烯原料。
3.根据权利要求1所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的弹性体为乙烯-丙烯共物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物的一种或者几种的混合物，密度为0.80～1.0g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无机填料为滑石粉、硫酸钡、碳酸钙无机粉体材料中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，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)、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)、光稳定剂V703、5589、531、润滑剂白油、乙烯基双硬酯酰胺(EBS)中的一种或者几种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚乙烯树脂(LLDPE)为常规低密度聚乙烯树脂。
7.根据权利要求1所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的改性绿茶粉为90～95份绿茶粉与5～10份表面处理剂，经高速混炼制备而成。
8.根据权利要求7所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的绿茶粉为粒径为1um至100um经绿茶叶粉碎研磨制备而来的粉末。
9.根据权利要求7所述的一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的表面处理剂为通过烷基改性的有机聚硅氧烷。
10.权利要求1-9任意之一所述气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征碍于：其制备步骤如下：
(1)改性绿茶粉功能母粒的制备：
i.绿茶粉的表面修饰
按重量份数，将粒径为50um至200um绿茶粉90～95份与硅烷类表面修饰剂5～10份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成；
ii.改性绿茶粉末母粒的制备
按重量份数，将流经有机硅氧烷表面钝化处理的绿茶粉末70～80份，低密度聚乙烯(LLDPE)原料树脂18～28份，助剂2～5份加入混料机中混合均匀后加入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90℃，105℃，115℃，135℃，145℃，145℃，145℃，145℃，150℃，150℃。主螺杆转速为200～300r/min；
(2)一种气味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料的制备方法：
按重量份数，将步骤(1)中制备的茶叶粉末母粒5～15份与常规聚丙烯50～93份，无机填料0～40份，弹性体0～20份，助剂2～5份一起加入到混料机中混合均匀，再经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成味清香、低密度、仿植绒效果的聚丙烯复合材料；
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为145℃，175℃，190℃，200℃，205℃，210℃,210℃，210℃,215℃,220℃。主螺杆转速为350～450r/min，水槽温度23℃～40℃。
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