CN111087695A - 一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料及其制备方法，该改性聚丙烯复合材料按重量百分比计包括：聚丙烯40～90％、弹性体5～15％、无机填料0～30％、气相二氧化硅1～15％、有机光稳定剂0.05～5％、抗氧剂0.1～1.5％、偶联剂0～2％、其他助剂0～2％组成。气相二氧化硅具有极强的紫外线吸收功能，从而减少光有机稳定剂的用量；气相二氧化硅颗粒间通过表面存在的硅醇基产生氢键作用，形成一个聚集体网络，硅醇基和聚集体网络结构对于有机光稳定剂具有有效的吸附和抑制迁移作用，从而降低有机光稳定剂向制品表面迁移。同时，气相二氧化硅具有优异的润滑作用，可以有效地降低制品表面的摩擦系数，从而可以减少耐刮擦助剂的使用量。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料；本发明还给出了一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
随着汽车工业的不断发展，轻量化、安全性、舒适性、美观性成为人们关注的焦点。聚丙烯由于其性能优异、价格便宜以及易于加工成型等特点，因此，被广泛地应用于汽车领域，如仪表板、副仪表板、门板、立柱、保险杠等。随着人们对汽车内饰的审美要求越来越高，主机厂对材料的性能要求也在不断地提高。车内空气质量是各大主机厂关注的重点，因此减少助剂的使用有利于改善制品的气味以及VOC含量，还可以降低成本；由于聚丙烯材料硬度低，所以在生产制造和运输过程中容易产生软划伤和划痕，从而影响制品的美观；薄壁轻量化成为未来发展的一个趋势，因此，对材料的力学性能要求也越来越高；
针对聚丙烯耐刮擦性能差这一问题，人们通过多种方法来解决。申请号：CN110317407A公开了一种低摩擦系数的PP复合材料及其制备方法，该方法通过加入聚四氟乙烯、聚硅氧烷，从而提高材料的耐刮擦性能，但聚四氟乙烯价格昂贵且不易与聚丙烯基体融合。CN102108152A公开了一种兼具低散发性和优异耐光老化性能的聚丙烯组合物，该方法通过加入能够有效吸收和屏蔽紫外线的超细二氧化钛，可以部分或全部替代传统的有机光稳定剂，从而获得低散发性能和优异耐光老化性能的聚丙烯组合物，虽然二氧化硅的加入可以减少有机光稳定剂的用量，但却不能阻止有机光稳定剂往聚丙烯表面迁移。对于一些材料使用熔点较低的光稳定剂或者使用光稳定剂量比较多时，都会存在较大的析出、发粘风险。
气相二氧化硅具有极强的紫外线吸收功能，从而减少光有机稳定剂的用量；气相二氧化硅颗粒间通过表面存在的硅醇基产生氢键作用，形成一个聚集体网络，硅醇基和聚集体网络结构对于有机光稳定剂具有有效的吸附和抑制迁移作用，从而降低有机光稳定剂向制品表面迁移。同时，气相二氧化硅具有优异的润滑作用，可以有效地降低制品表面的摩擦系数，从而可以减少耐刮擦助剂的使用量。不仅能够提高提升材料的散发性能，而且减少由于添加过多刮擦助剂而带来的析出风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决上述问题。
不仅可以减少光稳定剂、刮擦助剂的析出风险，同时降低生产成本；还可以改善聚丙烯制品的耐划擦性能，而且能够提高聚丙烯材料的冲击性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现。
一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，由以下按重量百分比计的原料组成：
聚丙烯 40～90％，
弹性体 5～15％，
无机填料 0～30％，
气相二氧化硅 1～15％，
有机光稳定剂 0.05～5％，
抗氧剂 0.1～1.5％，
偶联剂 0～2％，
其他助剂 0～2％。
上述一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料中
所述的常规聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下，熔体流动速率为10～95g/10min。
所述聚丙烯为均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；所述均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％；所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。
所述的弹性体为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的一种或者几种的混合物，密度为0.80～1.0g/cm3，熔体流动速率为0.5～10g/10min。
所述的无机填料为纳米海泡石、滑石粉、蒙脱土、硅灰石、云母中的一种或两种及以上的组合物。
所述的气相二氧化硅为比表面积400m2/g、200m2/g的一种或两种的组合物。
所述的有机光稳定剂为市面上一种或两种及以上的组合物。
所述的抗氧剂为抗氧剂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)亚磷酸酯和抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)中的一种或者几种混合物。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的任意一种。
上述的这种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量百分比称取各组分；
(2)将聚丙烯、弹性体、无机填料、气相二氧化硅、有机光稳定剂、抗氧剂、偶联剂、其他助剂加入到高速混料机中混合均匀，得到预混料；
(3)预混料经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒。所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为150℃，185℃，205℃，205℃，210℃，220℃,225℃，225℃,230℃,230℃。主螺杆转速为500～550r/min，水槽温度30℃～60℃。
本发明的优点是：
1.本发明使用的气相二氧化硅能够减少有机光稳定剂的使用，且对有机光稳定剂有吸附和抑制作用，从而降低制品在经历长时间暴晒后光稳定剂迁移至表面析出的风险；
2.本发明使用的气相二氧化硅具有优异的润滑作用，可以有效地降低制品表面的摩擦系数，从而可以减少耐刮擦助剂的使用量。不仅能够提高提升材料的散发性能，而且减少由于添加过多刮擦助剂而带来的析出、发粘的风险。
3.本发明提出的抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，生产成本低。
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。
实施例1～5及对比例1、2
按重量百分比称取表1中实施例1～5及对比例1、2所示的组分：聚丙烯、弹性体、无机填料、气相二氧化硅、有机光稳定剂、抗氧剂、偶联剂、其他助剂。使用高速混料机将这些组分混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融挤出。
性能评价方式及实行标准
将按实施例1～5及对比例1、2的方法造粒所得的干燥粒子，用注塑机注塑成型制样。
耐光照老化性能按照PV1303标准规定进行，光照周期为5个周期，试样尺寸为145*45*3.2；耐划擦性能测试按照德国大众PV3952标准进行十字划格的测试，试样尺寸为50*50*3.2mm，负载为10N，用色差仪测量划格区域测试前后的色差L值的变化ΔL；缺口冲击性能测试按照GB/T 1843进行，试样尺寸为80*10*4mm；拉伸性能测试按照GB/T 1040进行，试样尺寸为170*10*4mm；弯曲性能按照GB/T 9341进行，试样尺寸为80*10*4mm。
材料的综合力学性能通过测试所得缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度的数值进行评判。材料耐光老化性能按照PV1303标准规定进行5周期的照射试验，根据材料颜色变化标度△E的值及表面是否有物质析出，来评判材料耐光照性能。具体分为5级：△E＝0±0.2为5级；△E＝0.8±0.2为4.5级；△E＝1.7±0.3为4；△E＝2.5±0.35为3.5级；△E＝3.4±0.4为3级；△E＝4.8±0.5为2.5级；△E＝6.8±0.6为2级；△E＝9.6±0.7为1.5级；△E＝13.6±1.0为1级。△E值数值越小，表示材料的耐光老化性能越好。材料耐刮擦性能通过划格区域测试前后的色差L值的变化ΔL值，评判材料耐刮擦性能。实施例1～5及对比例1、2各项性能测试结果见表2。
表1实施例1-5及对比例1、2材料配方表(重量％)
表2实施例1-5及对比例1、2材料性能表
从实施例1-5与对比例1、2的对比可以发现，随着气相二氧化硅含量的增加，材料的力学性能呈现增加的趋势，但当其含量较高时，由于其分散效果受到影响，所以力学性能反而有了小幅度下降；气相二氧化硅的加入可以提高材料的那刮擦性能，是由于二氧化硅具有良好的润滑效果，从而降低材料的摩擦系数。
从实施例1-4和对比例1中可以得出：气相二氧化硅的添加可以提高材料的耐光老化性能，添加一定量的气相二氧化硅可以替代光稳定剂的作用，从而有利于提高材料的散发性能。从实施例5和对比例2中可以得出：气相二氧化硅的加入可以抑制光稳定剂的析出，降低制件表面出现“白霜”缺陷的可能，从而获得更加优异的耐光照性能。综上所述，本发明通过在聚丙烯中加入具有优异润滑效果和紫外吸收能力的气相二氧化硅，可以降低或者取代部分传统有机光稳定剂的用量。与有机光稳定剂进行复配使用时，能使聚丙烯复合材料具有更优异的耐光照性能。
Claims (10)
1.一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料及其制备方法。其特征在于：由下列按照重量百分比计的原料制备而成：
聚丙烯40～90％，
弹性体5～15％，
无机填料0～30％，
气相二氧化硅1～15％，
有机光稳定剂0.05～5％，
抗氧剂0.1～1.5％，
偶联剂0～2％，
其他助剂0～2％。
2.根据权利要求1所述的一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的常规聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下，熔体流动速率为10～95g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；所述均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％；所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。
4.根据权利要求1所述的一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的弹性体为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的一种或者几种的混合物，密度为0.80～1.0g/cm3，熔体流动速率为0.5～10g/10min。
5.根据权利要求1所述一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无机填料为纳米海泡石、滑石粉、蒙脱土、硅灰石、云母中的一种或两种及以上的组合物。
6.根据权利要求1所述中一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的气相二氧化硅为比表面积400m2/g、200m2/g的一种或两种的组合物。
7.根据权利要求1所述的一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的有机光稳定剂为市面上一种或两种及以上的组合物。
8.根据权利要求1所述的一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂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)亚磷酸酯和抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)中的一种或者几种混合物。
9.根据权利要求1所述的一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的任意一种。
10.权利要求1-9任意之一所述的一种抗析出、耐划擦高性能低成本聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：
(1)按重量百分比称取各组分；
(2)将聚丙烯、弹性体、无机填料、气相二氧化硅、有机光稳定剂、抗氧剂、偶联剂、其他助剂加入到高速混料机中混合均匀，得到预混料；
(3)预混料经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒。所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为150℃，185℃，205℃，205℃，210℃，220℃,225℃，225℃,230℃,230℃。主螺杆转速为500～550r/min，水槽温度30℃～60℃。
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