CN110467775B - 一种含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下原料制备而成：聚丙烯、改性粉体、有机硅材料、聚烯烃弹性体、氧化硅螺旋纳米管以及助剂；所述聚丙烯与氧化硅螺旋纳米管的质量比为7.5‑30：1；所述氧化硅螺旋纳米管管壁具有多孔结构。本发明在聚丙烯基材中引入氧化硅螺旋纳米管；该氧化硅螺旋纳米管的加入可以有效吸附聚丙烯复合材料中具有毒性和挥发性的有机小分子，提高聚丙烯复合材料的环保性；同时氧化硅螺旋纳米管的螺旋结构，可以和聚丙烯基材发生缠绕，不仅可以提高氧化硅螺旋纳米管在聚丙烯复合材料中的稳定性，提高复合材的注塑产品的表观形貌，同时还可以提高聚丙烯复合材料及其注塑产品的力学性能。

Description

一种含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料领域，尤其涉及一种含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料。
背景技术
聚丙烯材料由于是一种具有很高性价比的材料，因此，一直以来在汽车塑料零部件上的应用被不断地拓展，当前已被广泛地应用在了保险杠、汽车仪表板、门板、中央通道、饰柱、行李箱等各主要的汽车塑料零部件上。随着社会的发展和科技的进步；对车用材料的要求越来越高，希望材料能兼顾环保性和优良的力学性能，因此对于聚丙烯材料及其复合材料提出了新的要求。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种能兼顾环保性和优良的力学性能的聚丙烯复合材料。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提供了一种含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下原料制备而成：聚丙烯、改性粉体、有机硅材料、聚烯烃弹性体、氧化硅螺旋纳米管以及助剂；所述聚丙烯与氧化硅螺旋纳米管的质量比为7.5-30：1；所述氧化硅螺旋纳米管管壁具有多孔结构。
作为一种优选方案，所述助剂包括热稳定性、抗氧化剂以及抗光剂。
作为一种更优选方案，所述聚丙烯占60质量份、改性粉体占10-18质量份、有机硅材料占4-10质量份、聚烯烃弹性体占2-7质量份、氧化硅螺旋纳米管占2-8质量份、热稳定剂占0.5-1.5质量份、抗氧化剂占0.5-1.5质量份以及抗光剂占0.5-1.5质量份。
作为一种优选方案，所述氧化硅螺旋纳米管的管长3.0-8.0µm，内径50-200nm。
作为一种更优选方案，所述氧化硅螺旋纳米管为1,2-亚乙基氧化硅螺旋纳米管。
作为一种优选方案，所述聚丙烯为结晶度在80%以上的等规聚丙烯。
作为一种更优选方案，所述聚丙烯的等规度为90-95%。
作为一种优选方案，所述改性粉体为分别采用环氧树脂包覆的滑石粉和钛白粉的混合粉体。
作为一种优选方案，所述有机硅材料为有机硅-聚氨酯嵌段共聚物，其中有机硅的含量为20-30%。
作为一种优选方案，所述聚烯烃弹性体为以茂金属为催化剂制备的热塑性弹性体。
本发明的有益技术效果在于：提供了一种能兼顾环保性和优良的力学性能的聚丙烯复合材料。本发明在聚丙烯基材中引入氧化硅螺旋纳米管；该氧化硅螺旋纳米管的加入可以有效吸附聚丙烯复合材料中具有毒性和挥发性的有机小分子，提高聚丙烯复合材料的环保性；同时氧化硅螺旋纳米管的螺旋结构，可以和聚丙烯基材发生缠绕，不仅可以提高氧化硅螺旋纳米管在聚丙烯复合材料中的稳定性，提高复合材的注塑产品的表观形貌，同时还可以提高聚丙烯复合材料及其注塑产品的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种含氧化硅螺旋纳米管的聚丙烯复合材料，制备该材料的原料组成为聚丙烯占60质量份、改性粉体占15质量份、有机硅材料占10质量份、聚烯烃弹性体占7质量份、氧化硅螺旋纳米管占8质量份、热稳定剂占1.5质量份、抗氧化剂占0.5质量份、抗光剂占1质量份。
其中：聚丙烯为结晶度在80%以上的等规聚丙烯，其等规度为90-95%；该聚丙烯在230℃的温度下，2.16kg负载下的流动速率为35-50g/min。
改性粉体为分别采用环氧树脂包覆的滑石粉和钛白粉的混合粉体，其中滑石粉和钛白粉的质量比为9：1，改性后的粉体更加容易与聚丙烯基体相容；粉体的粒径在10-20µm。
有机硅材料为有机硅-聚氨酯嵌段共聚物，其中有机硅的含量20-30%；该物质的加入使聚丙烯复合材料不仅可以提高流动性，也增加了材料的柔软触感。
聚烯烃弹性体（POE）为以茂金属为催化剂制备的热塑性弹性体，其具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布；该弹性体具有密度小、韧性好、挠曲性好、抗冲击性能高、成型能力好、可重复使用等优点。
氧化硅螺旋纳米管为螺旋结构的中空管，管长3.0-8.0µm，内径50-200nm，且管壁具有多孔结构；该氧化硅螺旋纳米管的加入可以有效吸附聚丙烯复合材料中具有毒性和挥发性的有机小分子，提高聚丙烯复合材料的环保性；同时氧化硅螺旋纳米管的螺旋结构，可以和聚丙烯基材发生缠绕，不仅可以提高氧化硅螺旋纳米管在聚丙烯复合材料中的稳定性，提高复合材的注塑产品的表观形貌，同时还可以提高聚丙烯复合材料及其注塑产品的力学性能。
氧化硅螺旋纳米管具体可采用1,2-亚乙基氧化硅螺旋纳米管；该物质可通过以D-缬氨酸衍生物为手性源，以其自组装体为模板，以3-(三甲氧基硅基)丙胺为结构助剂，以1,2-二（三乙氧基硅基）乙烷为硅源采用溶胶-凝胶复制法制得。
热稳定剂为酚类热稳定剂或胺类热稳定剂；抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂；抗光剂为异噻唑啉酮类抗紫外剂。
本含氧化硅螺旋纳米管的聚丙烯复合材料采用以下步骤制备：（1）将原料干混3-5分钟；（2）将混合后的原料置于双螺杆机中熔融挤出，挤出温度为180-220℃；（3）冷却、造粒，得到本发明的复合材料。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：各物质配比有所改变；其余均相同。
具体为：聚丙烯占60质量份、改性粉体占18质量份、有机硅材料占4质量份、聚烯烃弹性体占5质量份、氧化硅螺旋纳米管占4质量份、热稳定剂占1质量份、抗氧化剂占1.5质量份、抗光剂占1.5质量份。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：各物质配比有所改变；其余均相同。
具体为：具体为：聚丙烯占60质量份、改性粉体占10质量份、有机硅材料占6质量份、聚烯烃弹性体占2质量份、氧化硅螺旋纳米管占2质量份、热稳定剂占0.5质量份、抗氧化剂占1质量份、抗光剂占0.5质量份。
对比例1
本实施例与实施例1不同之处在于：不含氧化硅螺旋纳米管；其余均相同。
具体为：聚丙烯占60质量份、改性粉体占15质量份、有机硅材料占10质量份、聚烯烃弹性体占7质量份、热稳定剂占1.5质量份、抗氧化剂占0.5质量份、抗光剂占1质量份。
对比例2
本实施例与实施例1不同之处在于：含普通的多孔氧化硅纳米管；其余均相同。
具体为：聚丙烯占60质量份、改性粉体占15质量份、有机硅材料占10质量份、聚烯烃弹性体占7质量份、普通氧化硅纳米管占8质量份、热稳定剂占1.5质量份、抗氧化剂占0.5质量份、抗光剂占1质量份。
性能测试：
将实施例1-3以及对比例1-2所提供的聚丙烯复合材料在注射成型机上进行注射成型制样，并进行性能测试。
拉伸强度测试：参考标准：ISO527-2；测试条件：跨距50mm。
弯曲强度测试：参考标准：ISO178；测试条件：跨距64mm，速度14mm/min。
缺口冲击强度测试：参考标准：ISO179-1；测试条件：跨距40mm。
气味测试：材料的气味特性按德国大众汽车公司PV3900进行测试，试样质量为50g，容器容量大小为1升。
有机化合物挥发性测试：材料有机化合物挥发性按ISO 6452进行测试，试样尺寸Φ80mm，厚度为2mm。
检测结果如下：
实施例1：拉伸强度：36Mpa、弯曲强度：48Mpa、缺口冲击强度：18KJ·m-2、气味等级：3.0级、有机化合物挥发：1.5mg·g-1、外观：部件表面无气痕、流痕和熔接痕；无析出。
实施例2：拉伸强度：33Mpa、弯曲强度：46Mpa、缺口冲击强度：15KJ·m-2、气味等级：3.0级、有机化合物挥发：1.7mg·g-1、外观：部件表面无气痕、流痕和熔接痕；无析出。
实施例3：拉伸强度：34Mpa、弯曲强度：45Mpa、缺口冲击强度：15KJ·m-2、气味等级：3.0级、有机化合物挥发：1.8mg·g-1、外观：部件表面无气痕、流痕和熔接痕；无析出。
对比例1：拉伸强度：28Mpa、弯曲强度：38Mpa、缺口冲击强度：10KJ·m-2、气味等级：3.5级、有机化合物挥发：2.1mg·g-1、外观：部件表面无气痕、流痕和熔接痕；无析出。
对比例2：拉伸强度：27Mpa、弯曲强度：36Mpa、缺口冲击强度：11KJ·m-2、气味等级：3.0级、有机化合物挥发：1.7mg·g-1、外观：部件表面无气痕、流痕和熔接痕；有物质析出。
根据检测结果可以发现：
1、未添加氧化硅螺旋纳米管（对比例1）或添加非螺旋的氧化硅纳米管（对比例2）的聚丙烯材料的注塑产品的力学性能均逊色于添加了氧化硅螺旋纳米管的聚丙烯复合材料（实施例1-3）；其表明：由于可以和聚丙烯基材发生缠绕，故氧化硅螺旋纳米管的加入，提高了聚丙烯复合材料的注塑产品的力学性能；同时添加非螺旋的氧化硅纳米管（对比例2）的聚丙烯材料的注塑产品表面还出现物质析出的现象，而实施例1-3的注塑产品并未出现；表明相比于普通氧化硅纳米管，由于增加了分子间的缠绕，氧化硅螺旋纳米管在聚丙烯复合材料中的稳定性更好；同时由于氧化硅螺旋纳米管具有有机-无机杂化的特性，更利于与聚丙烯基材的结合。
2、未添加氧化硅纳米管的聚丙烯材料（对比例1），其注塑产品的气味等级和有机化合物挥发量均较高，表明氧化硅纳米管，对于聚丙烯材料中有毒、易挥发的有机物具有良好的吸附作用，有利于聚丙烯复合材料环保性的提高。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (8)

1.一种含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下原料制备而成：聚丙烯、改性粉体、有机硅材料、聚烯烃弹性体、氧化硅螺旋纳米管以及助剂；所述聚丙烯与氧化硅螺旋纳米管的质量比为7 .5-30：1；所述氧化硅螺旋纳米管管壁具有多孔结构；所述氧化硅螺旋纳米管的管长3 .0-8 .0µm，内径50-200nm；所述氧化硅螺旋纳米管为1 ,2-亚乙基氧化硅螺旋纳米管。
2.根据权利要求1所述的含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述助剂包括热稳定剂、抗氧化剂以及抗光剂。
3.根据权利要求2所述的含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯占60质量份、改性粉体占10-18质量份、有机硅材料占4-10质量份、聚烯烃弹性体占2-7质量份、氧化硅螺旋纳米管占2-8质量份、热稳定剂占0 .5-1 .5质量份、抗氧化剂占0 .5-1 .5质量份以及抗光剂占0 .5-1 .5质量份。
4.根据权利要求1-3任一所述的含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为结晶度在80%以上的等规聚丙烯。
5.根据权利要求4所述的含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯的等规度为90-95%。
6.根据权利要求1-3任一所述的含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述改性粉体为分别采用环氧树脂包覆的滑石粉和钛白粉的混合粉体。
7.根据权利要求1-3任一所述的含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述有机硅材料为有机硅-聚氨酯嵌段共聚物，其中有机硅的含量为20-30%。
8.根据权利要求1-3任一所述的含氧化硅螺旋管的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚烯烃弹性体为以茂金属为催化剂制备的热塑性弹性体。
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