CN110551340B - 一种喷涂用改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷涂用改性聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下组分按重量份制备而成：聚丙烯50～75份，增韧剂15～20份，无机填料20～25份，多孔二氧化硅2～3份，高碳链乙氧基酰胺蜡1～3份，抗氧剂0.2～0.3份，润滑剂0.2～0.3份。本发明利用高碳链乙氧基酰胺蜡的强极性对聚丙烯复合材料进行表面修饰，显著提高了材料的表面极性和表面张力，实现了材料的免火焰处理喷涂，使得油漆易于在复合材料表面涂覆。并借助多孔二氧化硅的多微孔结构使油漆在涂覆过程中更容易渗透进入复合材料表面，固化后的油漆树脂与复合材料基体保持较强的粘结强度，可满足汽车外饰喷涂材料的长周期使用要求。

Description

一种喷涂用改性聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于汽车材料领域，具体涉及一种喷涂用改性聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

汽车的安全性、低油耗和美学已经成为当前消费者评价汽车综合性价比的重要指标，也一直是汽车和材料行业关注和研究的热点。通过对聚丙烯树脂改性可满足汽车外饰件对于安全和尺寸装配的要求，而对于美观度存在要求的制件需要对聚丙烯复合材料进行油漆喷涂，增加外饰件的美学性。因此，聚丙烯复合材料成型后不仅需要满足尺寸装配的需要，还需要复合材料与油漆具有优异的附着力，满足汽车外饰件长周期的使用。然而，聚丙烯为非极性材料，表面能低，油漆多为不饱和聚酯和环氧树脂，表面能较大，若将其直接与聚丙烯复合材料涂覆，聚丙烯材料不易浸润、粘合和涂装，附着力较差。

目前，对于提升聚丙烯复合材料油漆附着力的方法主要有火焰、电晕和等离子方法对复合材料表面进行氧化处理，提升表面活性基团和表面能，使油漆易于亲润和涂覆聚丙烯复合材料，其中火焰处理法是目前汽车外饰材料涂装前较为高效的工艺之一。聚丙烯复合材料喷涂前，使用火焰处理可显著提升聚丙烯复合材料的表面极性，对于油漆的涂覆是有助的，但火焰处理法会使得复合材料表面氧化性增加，降低了复合材料的长期热老化性能，对于表面油漆的牢固粘合也起到破坏作用，并且此方法火焰处理工艺严格，过程控制工艺不当时，产品的喷漆不良率较高。专利CN102070833A使用高极性添加剂改性后的填充母粒与聚丙烯复合材料共混，提高了改性聚丙烯复合材料的表面极性，复合材料具有良好的油漆附着力。专利CN105367906A公开了通过在聚丙烯复合材料中引入醋酸乙烯酯共聚物，提升了复合材料的表面极性，实现了车用零件的无火焰处理喷涂。通过在聚丙烯复合材料中引入极性聚合物树脂可提升复合材料的的表面极性，扩大复合材料的表面张力，对于复合材料与油漆附着力的提升确实是一种高效而便捷的途径，但此种方法仅通过提升复合材料的表面极性使得油漆在复合材料表面易于喷涂，而复合材料的与油漆树脂之间的粘合强度未得到有效提升，粘结强度较低时油漆容易剥落，影响外饰件的美观和长周期使用。因此，利用极性改性剂提升喷涂用聚丙烯复合材料的表面极性，实现免火焰处理喷涂，不仅需要聚丙烯复合材料具有高的表面极性，并且为满足外饰件的长期使用，复合材料与油漆树脂界面的粘结强度也是尤为重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷涂用改性聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种喷涂用改性聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份制备而成：

进一步方案，所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯的混合物，所述聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为0.5～60g/10min。

进一步方案，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、三元乙丙橡胶、丙烯-α烯烃共聚物、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。

进一步方案，所述无机填料为滑石粉、云母、晶须、硅灰石、玻璃纤维、碳酸钙中的至少一种。

进一步方案，所述多孔二氧化硅的粒径为3-5μm，平均孔径为8.8nm。

进一步方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、醇酯类抗氧剂中的至少一种。

进一步方案，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酯中的至少一种。

本发明的另一个目的是提供上述所述的喷涂用改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照配比将聚丙烯、增韧剂、无机填料、多孔二氧化硅、高碳链乙氧基酰胺蜡、抗氧剂和润滑剂高速搅拌混合均匀，搅拌釜温度控制在85-90℃，搅拌混合均匀后冷却至室温得到混合物；

(2)将混合物投入到双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、风干、造粒得到喷涂用改性聚丙烯复合材料。

进一步方案，在步骤(2)中，所述双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度依次为60±10℃，70±10℃，120±10℃，180±10℃，200±10℃，200±10℃，200±10℃，200±10℃，210±10℃，210±10℃，螺杆的转速为400～450r/min。

进一步方案，所述喷涂用改性聚丙烯复合材料的表面张力为45-52mN/m。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明将高极性表面处理剂高碳链乙氧基酰胺蜡引入到聚丙烯复合材料中，高碳链乙氧基酰胺蜡分子链包含亲油和亲水基团，亲油基团与聚丙烯复合材料具有良好的相容性，亲水基团酰胺基团具有强极性使得油漆易于在聚丙烯复合材料表面涂覆；利用高碳链乙氧基酰胺蜡对聚丙烯复合材料进行表面修饰，可显著提升聚丙烯复合材料的表面极性，增强复合材料的表面张力，实现油漆的免火焰处理喷涂，使得油漆易于在复合材料表面涂覆。

2、借助多孔二氧化硅的多微孔结构使得油漆在聚丙烯材料涂覆过程中更容易渗透进入复合材料表面，固化后的油漆树脂与复合材料基体保持较强的粘结强度，可满足汽车外饰喷涂材料的长周期使用要求。

3、本方法针对聚丙烯复合材料进行表面改性，材料成型后可省去火焰处理环节直接喷涂，优化了喷漆工艺，降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，下列实施例中聚丙烯由均聚聚丙烯与共聚聚丙烯混合而成，其中均聚聚丙烯为中韩(武汉)石油化工有限公司均聚PP SZ30S，共聚聚丙烯为中国石油齐鲁石油化工公司共聚PP SP179；高碳链乙氧基酰胺蜡商品牌号为KF-027，制造厂商为浙江佳华精化股份有限公司。实施例中其他原料均为本领域常规化学药剂用品，市售可得。

实施例1

本实施例中一种喷涂用改性聚丙烯复合材料制备方法如下：

(1)按照表1中的配比将聚丙烯、增韧剂、无机填料、多孔二氧化硅、高碳链乙氧基酰胺蜡、抗氧剂和润滑剂高速搅拌混合25min，搅拌釜温度控制在85℃，搅拌混合均匀后冷却至室温，得到混合物；

(2)混合物投入到双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、风干、造粒得到喷涂用改性聚丙烯复合材料，其中步骤(2)中所述的双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度依次为60℃，70℃，120℃，180℃，200℃，200℃，200℃，200℃，210℃，210℃，螺杆转速为400r/min。

本实施例中采用的无机填料为滑石粉，增韧剂为乙烯-丁烯共聚物，抗氧剂为1076，润滑剂为硬质酸钙。

实施例2

本实施例中一种喷涂用改性聚丙烯复合材料制备方法如下：

(1)按照表1中的配比将聚丙烯、增韧剂、无机填料、多孔二氧化硅、高碳链乙氧基酰胺蜡、抗氧剂和润滑剂高速搅拌混合25min，搅拌釜温度控制在85℃，搅拌混合均匀后冷却至室温，得到混合物；

(2)将1)中冷却后的混合物投入到双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、风干、造粒得到喷涂用改性聚丙烯复合材料，其中步骤(2)中所述的双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度依次为55℃，65℃，110℃，170℃，190℃，205℃，205℃，205℃，215℃，215℃，螺杆转速为420r/min。

本实施例中采用的无机填料为硅灰石，增韧剂为三元乙丙橡胶，抗氧剂为1076，润滑剂为硬脂酸锌。

实施例3

本实施例中一种喷涂用改性聚丙烯复合材料制备方法如下：

(1)按照表1中的配比将聚丙烯、增韧剂、无机填料、多孔二氧化硅、高碳链乙氧基酰胺蜡、抗氧剂和润滑剂高速搅拌混合25min，搅拌釜温度控制在85℃，搅拌混合均匀后冷却至室温，得到混合物；

(2)将1)中冷却后的混合物投入到双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、风干、造粒得到喷涂用改性聚丙烯复合材料，其中步骤(2)中所述的双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度依次为65℃，75℃，115℃，175℃，205℃，205℃，210℃，210℃，215℃，215℃，螺杆转速为450r/min。

本实施例中采用的无机填料为云母，增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，抗氧剂为1010，润滑剂为硬质酸酯。

实施例4

本实施例中一种喷涂用改性聚丙烯复合材料制备方法如下：

(1)按照表1中的配比将聚丙烯、增韧剂、无机填料、多孔二氧化硅、高碳链乙氧基酰胺蜡、抗氧剂和润滑剂高速搅拌混合25min，搅拌釜温度控制在90℃，搅拌混合均匀后冷却至室温，得到混合物；

(2)将1)中冷却后的混合物投入到双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、风干、造粒得到喷涂用改性聚丙烯复合材料，其中步骤(2)中所述的双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度依次为50℃，80℃，110℃，185℃，210℃，210℃，210℃，200℃，200℃，210℃，螺杆转速为420r/min。

本实施例中采用的无机填料为碳酸钙，增韧剂为聚丁二烯，抗氧剂为1076，润滑剂为硬质酸钙。

对比例1

本对比例中未添加高碳链乙氧基酰胺蜡，其他组分及添加量(参见表1)以及制备方法均与实施例1相同。

对比例2

本对比例中未添加高碳链乙氧基酰胺蜡和多孔二氧化硅，其他组分及添加量(参见表1)以及制备方法均与实施例1相同。

将实施例1～4和对比例1中制得喷涂用改性聚丙烯复合材料进行相关性能测试，测试项目、测试标准及测试见表2。

表1实施例1～4与对比例1-2中添加组分及重量份数

表2实施例1～3和对比例1～4中制得的聚丙烯复合材料性能测试数据

注：1.达因笔检测表面张力的条件为室温下23±2℃，达因笔制造商美国A.Shine，达因测试笔表面张力为28～60mN/m，测试过程为在对应聚丙烯复合材料光滑样板上使用达因笔进行水平或者垂直画线，观察涂覆液的收缩情况评估表面张力大小，评估方法为：a)画线均匀分布，无任何珠点，则说明该涂覆液表面张力，高于达因笔上所标出的指数。b)画线慢慢地收缩，则说明该涂覆液表面张力，稍低于达因笔上所标出的指数。c)画线立即收缩，并且形成珠点，则说明该涂覆液表面张力，低于达因笔所标出的指数。

2.耐水测试所用仪器为恒温数显水浴锅，水浴温度为40±2℃。

从表2中可以看出：将极性改性剂高碳链乙氧基酰胺蜡加入到聚丙烯复合材料中，所制备的聚丙烯复合材料表面张力显著提升，表面张力介于45-52mN/m之间，可以满足免火焰处理喷涂，并且复合材料的物性性能优异可以满足聚丙烯材质外饰件的使用要求，此外多孔二氧化硅的多微孔结构使得油漆在聚丙烯材料涂覆过程中更容易渗透进入复合材料表面，固化后的油漆树脂与复合材料基体保持较强的粘结强度，喷涂件的百格和耐水测试均表现出了优异的油漆附着力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (8)

1.一种喷涂用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：

所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯的混合物，所述聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为0.5～60g/10min；

所述多孔二氧化硅的粒径为3-5μm，平均孔径为8.8nm。

2.根据权利要求1所述的喷涂用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、三元乙丙橡胶、丙烯-α烯烃共聚物、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的喷涂用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述无机填料为滑石粉、云母、晶须、硅灰石、玻璃纤维、碳酸钙中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的喷涂用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、醇酯类抗氧剂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的喷涂用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酯中的至少一种。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的喷涂用改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照配比将聚丙烯、增韧剂、无机填料、多孔二氧化硅、高碳链乙氧基酰胺蜡、抗氧剂和润滑剂高速搅拌混合均匀，搅拌釜温度控制在85-90℃，搅拌混合均匀后冷却至室温得到混合物；

(2)将混合物投入到双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、风干、造粒得到喷涂用改性聚丙烯复合材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度依次为60±10℃，70±10℃，120±10℃，180±10℃，200±10℃，200±10℃，200±10℃，200±10℃，210±10℃，210±10℃，螺杆的转速为400～450r/min。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述喷涂用改性聚丙烯复合材料的表面张力为45-52mN/m。