CN110951162A - 一种耐刮擦聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐刮擦聚丙烯材料，由改性聚丙烯、复合基础阻燃剂、复合协效阻燃剂、复合润滑剂、相容剂、偶联剂、分散剂、复合交联剂、抗氧剂，利用高速混合机共混后，通过三螺杆挤出机熔融共混得到。所述复合协效阻燃剂各组分质量比为：甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:3:1；所述偶联剂为二异硬脂酰基钛酸乙二醇酯；所述分散剂各组分质量比为：三乙基己基磷酸：4‑甲基‑2‑戊醇＝2:1；所述复合交联剂各组分质量比为：过氧化叔丁基碳酸异丙酯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝3:1。相比于现有技术，本发明的聚丙烯材料配方更合理、耐刮擦性能更优异。

Description

一种耐刮擦聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及一种耐刮擦聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为五大通用塑料之一，具有密度低、耐化学品性能优异、物理力学性能均衡和易于回收等特点，在家电、汽车领域得到非常广泛的应用，特别是在汽车工业中，已成为汽车塑料中用量最大的种类，被大量应用于汽车保险杠、仪表板、门板等部件。但是聚丙烯材料的耐刮擦性能较差，特别是经滑石粉填充的聚丙烯材料的耐刮擦性较差，材料在压入力和滑动力或横（侧）向力的作用下会发生屈服，而产生延性/脆性破坏，从而在制件的表面造成刮痕，导致聚丙烯部件在生产、运输和使用过程中，受到硬物的碰擦后，产生应力发白或表面划痕影响材料的美观，从而限制了聚丙烯材料在耐刮擦性能要求较高的零部件处的使用。因此，提高聚丙烯材料的表面耐刮擦性能是一个重要的研究方向。
为了解决这一问题，常用添加耐刮擦剂的方法改善聚丙烯材料的耐刮擦效果，但传统耐刮擦剂主要为芥酸酰胺类物质和高聚硅氧烷类物质，这两类物质存本身存在气味性较重等缺点，用于汽车内饰件中，会存在影响其VOC、气味等问题。
目前，现有技术已经公开了很多关于聚丙烯复合材料的技术方案，例如申请公开号为CN105348646A的国内专利申请，公开了一种改性聚丙烯基低烟无卤电缆料及制备方法。由改性聚丙烯、改性复合基础阻燃剂、改性复合协效阻燃剂、复合润滑剂、增容剂、分散剂、偶联剂、复合交联剂、抗氧剂混合后，利用三螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；所述熔融共混的各组分的质量分数为：改性聚丙烯50~70份、改性复合基础阻燃剂10~30份、改性复合协效阻燃剂5~15份、复合润滑剂3~8份、增容剂1~5份、偶联剂3~8份、复合交联剂1~3份、抗氧剂1~3份。该产品具有力学性能突出、阻燃等级高、电学性能优异、低烟无卤等优点。但是聚丙烯基低烟无卤电缆料的耐刮擦性能一般，还有提升的空间。因此，研究出一种配方更合理、耐刮擦性能更优的聚丙烯材料成为一种迫切需求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种配方更合理、耐刮擦性能更优的聚丙烯材料及其制备方法。为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐刮擦聚丙烯材料，由改性聚丙烯50～70份、复合基础阻燃剂10～30份、复合协效阻燃剂5～15份、复合润滑剂3～8份、相容剂2～5份、偶联剂3～8份、分散剂3～8份、复合交联剂1～3份、抗氧剂1～3份，利用高速混合机共混后，通过三螺杆挤出机熔融共混得到；
所述改性聚丙烯各组分质量比为：聚丙烯：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶：过氧化二异丙苯＝89:5:5:1；
所述复合基础阻燃剂各组分质量比为：氢氧化镁：碳酸钙：生石膏＝2:2:1；
所述复合润滑剂各组分质量比为：聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡＝1:1:1；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述抗氧剂为双硬脂酰基硫代双丙酸脂；
所述复合协效阻燃剂各组分质量比为：甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:3:1；
所述偶联剂为二异硬脂酰基钛酸乙二醇酯；
所述分散剂各组分质量比为：三乙基己基磷酸：4-甲基-2-戊醇＝2:1；
所述复合交联剂各组分质量比为：过氧化叔丁基碳酸异丙酯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝3:1。
优选地，所述改性聚丙烯的制备方法为：按聚丙烯：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶：过氧化二异丙苯＝89:5:5:1的比例准确称量，经过高速混合机1800～2400r/min共混10～20min混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚合物，控制机头温度160～170℃，机头压力1～10MPa，螺杆转速80～100r/min。
优选地，所述复合基础阻燃剂的制备方法为：按氢氧化镁：碳酸钙：生石膏＝2:2:1的比例称量，在高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min，将混合均匀的复合阻燃剂放入到70～90℃的恒温烘箱中干燥24～48h。
优选地，所述复合协效阻燃剂的制备方法为：以甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:3:1的比例称量，在高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min。
本发明所述的一种耐刮擦聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）备料：将改性聚丙烯50～70份、复合基础阻燃剂10～30份、复合协效阻燃剂5～15份、复合润滑剂3～8份、相容剂2～5份、复合交联剂1～3份、抗氧剂1～3份，放入到高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min，使混合均匀；
（2）将上述均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度160～170℃，机头压力1～10MPa，螺杆转速80～100r/min，熔融共混即可。
聚烯烃弹性体（POE）是美国DOW化学公司以茂金属为催化剂的具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的热塑性弹性体。这种弹性体的主要性能非常突出，在很多方面的性能指标超过了普通弹性体。POE分子结构与三元乙丙橡胶（EPDM）相似，因此POE也会具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，通过对POE 进行交联，材料的耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。由于POE的优异性能使其在汽车行业、电线电缆护套、塑料增韧剂等方面里都获得了广泛应用。本发明采用复合交联剂，各组分质量比为：过氧化叔丁基碳酸异丙酯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝3:1，相比于其他组合的常用交联剂，能够进一步提高本发明聚丙烯材料的耐刮擦性能，同时特定的质量配比也是经过筛选得出的最优配比。
三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种，以EPDM表示，因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，可广泛用于汽车部件、建筑用防水材料、电线电缆护套、耐热胶管、胶带、汽车密封件等领域。过氧化二异丙苯是三元乙丙橡胶重要的硫化剂，其用量对于胶料的性能至关重要。
本发明聚丙烯材料中的复合协效阻燃剂采用有机硅烷与硼酸锌、三聚氰胺按照特定质量配比复配，筛选出最佳的有机硅烷为甲基三甲氧基硅烷，相比于其他有机硅烷能够最大优化材料的整体性能，尤其是耐刮擦性能，同时特定的质量配比也是经过筛选得出的最优配比。
本发明聚丙烯材料中的偶联剂优选为二异硬脂酰基钛酸乙二醇酯，相比于硅烷偶联剂和其他钛酸酯能够最大优化材料的整体性能，尤其是耐刮擦性能。
本发明聚丙烯材料中的分散剂各组分质量比优选为三乙基己基磷酸：4-甲基-2-戊醇＝2:1，相比于仅采用三乙基己基磷酸一种分散剂，或者采用三乙基己基磷酸与其他分散剂如十二烷基硫酸钠的组合，能够最大优化材料的整体性能，尤其是耐刮擦性能。
本发明的聚丙烯材料相比于现有技术的优点是配方更合理、耐刮擦性能更优异。本发明是发明人在现有技术中的已有技术方案的基础上进行改进，通过对原料组分及配比的筛选试验得到的，所得到的耐刮擦聚丙烯材料技术方案是一个整体，组分之间相互协同发挥作用。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例和对比例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例、对比例所采用的聚丙烯为台湾化纤K9010，POE热塑性弹性体为美国陶氏8003，三元乙丙橡胶为燕山石化EPDM 3280，马来酸酐接枝聚丙烯为沙特巴塞尔SH-352K，聚乙烯蜡为美国霍尼韦尔Honeywell A-C400A，其他原料均为通用市购。
实施例1：
一种耐刮擦聚丙烯材料，由改性聚丙烯60份、复合基础阻燃剂15份、复合协效阻燃剂10份、复合润滑剂5份、相容剂3份、偶联剂5份、分散剂5份、复合交联剂2份、抗氧剂2份，利用高速混合机共混后，通过三螺杆挤出机熔融共混得到；
所述改性聚丙烯各组分质量比为：聚丙烯：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶：过氧化二异丙苯＝89:5:5:1；
所述复合基础阻燃剂各组分质量比为：氢氧化镁：碳酸钙：生石膏＝2:2:1；
所述复合润滑剂各组分质量比为：聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡＝1:1:1；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述抗氧剂为双硬脂酰基硫代双丙酸脂；
所述复合协效阻燃剂各组分质量比为：甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:3:1；
所述偶联剂为二异硬脂酰基钛酸乙二醇酯；
所述分散剂各组分质量比为：三乙基己基磷酸：4-甲基-2-戊醇＝2:1；
所述复合交联剂各组分质量比为：过氧化叔丁基碳酸异丙酯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝3:1。
所述改性聚丙烯的制备方法为：按比例准确称量，经过高速混合机2000r/min共混20min混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚合物，控制机头温度170℃，机头压力8MPa，螺杆转速100r/min。
所述复合基础阻燃剂的制备方法为：按比例准确称量，在高速混合机中2400r/min共混10min，将混合均匀的复合阻燃剂放入到80℃的恒温烘箱中干燥24h。
所述复合协效阻燃剂的制备方法为：按比例准确称量，在高速混合机中1800r/min共混20min。
所述聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）备料：按比例准确称量，放入到高速混合机中2000r/min共混15min，使混合均匀；
（2）将上述均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度170℃，机头压力10MPa，螺杆转速80r/min，熔融共混即可。
对比例1：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述复合协效阻燃剂各组分质量比为：甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:1:1；所述偶联剂为γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷；所述分散剂为三乙基己基磷酸；所述复合交联剂为过氧化二异丙苯：聚三烯丙基异三聚氰酸酯＝1:1。
对比例2：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述复合协效阻燃剂各组分质量比为：甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:1:1；
对比例3：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述复合协效阻燃剂各组分质量比为：甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:5:1；
对比例4：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述偶联剂为γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷。
对比例5：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
对比例6：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述偶联剂为三异硬脂酸基钛酸异丙酯。
对比例7：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述偶联剂为钛酸正丁酯。
对比例8：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述分散剂为三乙基己基磷酸。
对比例9：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述分散剂为：三乙基己基磷酸：十二烷基硫酸钠＝2:1。
对比例10：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述分散剂为：三乙基己基磷酸：4-甲基-2-戊醇＝1:1。
对比例11：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述分散剂为：三乙基己基磷酸：4-甲基-2-戊醇＝3:1。
对比例12：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述复合交联剂为过氧化二异丙苯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝3:1。
对比例13：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述复合交联剂为过氧化叔丁基碳酸异丙酯：聚三烯丙基异三聚氰酸酯＝3:1。
对比例14：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述复合交联剂为过氧化叔丁基碳酸异丙酯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝1:1。
对比例15：
一种聚丙烯材料，与实施例1不同之处在于，所述复合交联剂为过氧化叔丁基碳酸异丙酯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝5:1。
本发明实施例1与对比例1-15的聚丙烯材料的耐刮擦性能对比试验：
耐刮擦测试按照大众PV 3952标准规定的方法，仪器为德国Erichsen公司430P型刮擦试验仪，压头直径为1 mm，载荷为10N，刮擦速率为500 mm/min；测试样品尺寸为100×50×3mm；通过色差仪测试刮擦前后样品的L*值差异（△L*）来衡量耐刮擦性能，△L*越小，表示材料的耐刮擦性能越好。
测试结果见表1所示。
表1
Figure 1
从表1中的测试结果可以得出结论，本发明实施例1的聚丙烯材料具有非常优异的耐刮擦性能；同时，通过对比例1-15和实施例1的组分差异，可知，本发明的技术方案是一个整体，组分之间具有协同作用。具体地，复合协效阻燃剂各组分质量比、偶联剂、分散剂、复合交联剂的特定选择均明显影响到聚丙烯材料的耐刮擦性能的优劣。

Claims (5)

1.一种耐刮擦聚丙烯材料，由改性聚丙烯50～70份、复合基础阻燃剂10～30份、复合协效阻燃剂5～15份、复合润滑剂3～8份、相容剂2～5份、偶联剂3～8份、分散剂3～8份、复合交联剂1～3份、抗氧剂1～3份，利用高速混合机共混后，通过三螺杆挤出机熔融共混得到；所述改性聚丙烯各组分质量比为：聚丙烯：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶：过氧化二异丙苯＝89:5:5:1；所述复合基础阻燃剂各组分质量比为：氢氧化镁：碳酸钙：生石膏＝2:2:1；所述复合润滑剂各组分质量比为：聚乙烯蜡：硬脂酸：石蜡＝1:1:1；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述抗氧剂为双硬脂酰基硫代双丙酸脂；
其特征在于：所述复合协效阻燃剂各组分质量比为：甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:3:1；
所述偶联剂为二异硬脂酰基钛酸乙二醇酯；
所述分散剂各组分质量比为：三乙基己基磷酸：4-甲基-2-戊醇＝2:1；
所述复合交联剂各组分质量比为：过氧化叔丁基碳酸异丙酯：乙二醇二甲基丙烯酸酯＝3:1。
2.根据权利要求1所述的一种耐刮擦聚丙烯材料，其特征在于，所述改性聚丙烯的制备方法为：按聚丙烯：POE热塑性弹性体：三元乙丙橡胶：过氧化二异丙苯＝89:5:5:1的比例准确称量，经过高速混合机1800～2400r/min共混10～20min混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混得到改性聚合物，控制机头温度160～170℃，机头压力1～10MPa，螺杆转速80～100r/min。
3.根据权利要求1所述的一种耐刮擦聚丙烯材料，其特征在于，所述复合基础阻燃剂的制备方法为：按氢氧化镁：碳酸钙：生石膏＝2:2:1的比例称量，在高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min，将混合均匀的复合阻燃剂放入到70～90℃的恒温烘箱中干燥24～48h。
4.根据权利要求1所述的一种耐刮擦聚丙烯材料，其特征在于，所述复合协效阻燃剂的制备方法为：以甲基三甲氧基硅烷：硼酸锌：三聚氰胺＝1:3:1的比例称量，在高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种耐刮擦聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）备料：将改性聚丙烯50～70份、复合基础阻燃剂10～30份、复合协效阻燃剂5～15份、复合润滑剂3～8份、相容剂2～5份、复合交联剂1～3份、抗氧剂1～3份，放入到高速混合机中1800～2400r/min共混10～20min，使混合均匀；
（2）将上述均匀料加入到三螺杆挤出机内，控制机头温度160～170℃，机头压力1～10MPa，螺杆转速80～100r/min，熔融共混即可。
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