CN111100378A - 一种低气味功能滑石母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低气味功能滑石母粒及其制备方法，包括以下重量份的原料：滑石粉78‑80份、偶联剂0.8‑1份、聚丙烯单体20‑22份、润滑剂0.5‑0.8份和抗氧剂0.2‑0.5份。本发明原料来源广泛，制备工艺简单，制备的成品进行填充后属于刚韧平衡型，可降低材料收缩率和整体材料的气味；成品易加工，促进提高塑料加工的流动性与脱模性，降低散发，在不增加成本下减少VOC的挥发量；成品雾化性能偏低，即可有效降低挥发物含量，成品与各类阻燃剂协效，而且可适当的减少阻燃剂的添加量，达到阻燃要求，应用前景广阔。

Description

一种低气味功能滑石母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽车内饰材料，具体是一种低气味功能滑石母粒。

背景技术

随着人们对汽车品质要求的不断提高，特别是车内环保要求的持续关注，汽车内饰件对产品气味等级也提出了更高的要求，低气味汽车内饰材料的开发和应用自然成为汽车材料的一大趋势。汽车内饰气味散发主要来自各种皮革、塑料、纤维等，其中，座椅、顶棚、仪表板由于面积大、位置特殊等，成为气味的最主要来源，产生的VOC(即挥发性有机物)也会造成危害。

VOC的危害有：第一，产生臭氧：与氮氧化物发生光化学反应生成臭氧；第二，细微颗粒：在氧化性较强的环境下转化成细微颗粒；第三，影响人体健康：直接吸入会影响身体健康，比如甲醛；第四，间接影响:产生的臭氧引发各类呼吸道、心血管疾病,产生的细微颗粒引发呼吸道、心肺类疾病。

汽车内饰气味来源于多种材料，塑料的气味来源于聚合、改性和成型三个阶段。原材料合成过程中的单体、催化剂、乳化剂、副产物、低聚物等的残留，配方中原料、助剂、填料等的分解反应所产生的易挥发小分子化合物，注塑过程螺杆剪切引起材料降解产生的小分子，都是材料气味和VOC的来源。

在汽车内饰改性塑料制件中，对于作为非矿粉体填充量最大的滑石粉而言，无疑是气味考校的来源之一；又因滑石母粒产业高速横行市场，顺应市场发展需求，但滑石载体母粒在加工过程中，对比中滑石母粒的气味会比滑石粉的气味高，等同于母粒的填充应用，经过两次与树脂的密炼，而导致增加材料的气味。

为了避免滑石母粒在经过二次加工时产生的VOC增加以及气味增重，对于低气味功能型滑石母粒的研究实在不行，低气味功能滑石母粒的开发是对改性滑石粉产品应用开发方面的技术优势，根据辅助剂的特色，以及筛选的低气味滑石粉为母料，形成一个特殊的结构，使母料具有阻隔性，而达到改善滑石母粒的填充材料后制品件的低气味要求，人们也在进行相关研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低气味功能滑石母粒，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低气味功能滑石母粒，包括以下重量份的原料：滑石粉78-80份、偶联剂0.8-1份、聚丙烯单体20-22份、润滑剂0.5-0.8份和抗氧剂0.2-0.5份。

作为本发明进一步的方案：偶联剂采用硅铝酸酯偶联剂，滑石粉采用片状滑石粉。

作为本发明进一步的方案：聚丙烯的规格为511MK-40T，润滑剂的规格为EBS，抗氧剂采用抗氧剂168。

作为本发明进一步的方案：滑石粉中质量分数为50％以上的滑石粉的直径为6-8μm。

作为本发明进一步的方案：硅铝酸酯偶联剂的规格为FD-1106。

所述低气味功能滑石母粒的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将偶联剂进行萃取，可以减少总碳含量，然后放入连续改性设备的雾化室中，连续改性设备是青岛青矿矿山设备有限责任公司销售的PSC连续粉体表面改性机；

步骤二，将滑石粉投入连续改性设备并且在80-90摄氏度烘干，在低速转速下将萃取后的偶联剂高压喷雾系统分三次加入滑石粉中，每次间隔2-5分钟，充分混匀，高速转速下继续反应20-30分钟，得到改性滑石粉；

步骤三，将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和改性滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

作为本发明进一步的方案：步骤二中低速转速为不超过800rpm，高速转速为不低于1400rpm。

作为本发明进一步的方案：单螺杆挤出机的一区温度为160-185摄氏度，二区温度为185-210摄氏度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明原料来源广泛，制备工艺简单，制备的成品进行填充后属于刚韧平衡型，可降低材料收缩率和整体材料的气味；成品易加工，促进提高塑料加工的流动性与脱模性，降低散发，在不增加成本下减少VOC的挥发量；成品雾化性能偏低，即可有效降低挥发物含量，成品与各类阻燃剂协效，而且可适当的减少阻燃剂的添加量，达到阻燃要求，应用前景广阔。

附图说明

图1为低气味功能滑石母粒的制备方法图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种低气味功能滑石母粒，包括以下重量份的原料：滑石粉78份、偶联剂0.8份、聚丙烯单体20份、润滑剂0.5份和抗氧剂0.2份。偶联剂采用硅铝酸酯偶联剂，滑石粉采用片状滑石粉。滑石粉中质量分数为50％以上的滑石粉的直径为6-8μm。

所述低气味功能滑石母粒的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将偶联剂进行萃取，然后放入连续改性设备的雾化室中；

步骤二，将滑石粉投入连续改性设备并且在85摄氏度烘干，在750rpm的转速下将萃取后的偶联剂高压喷雾系统分三次加入滑石粉中，每次间隔3分钟，充分混匀，在1530rpm的转速下继续反应26分钟，得到改性滑石粉；

实施例2

一种低气味功能滑石母粒，包括以下重量份的原料：滑石粉79份、偶联剂0.9份、聚丙烯单体21份、润滑剂0.66份和抗氧剂0.34份。聚丙烯的规格为511MK-40T，润滑剂的规格为EBS，抗氧剂采用抗氧剂168。

所述低气味功能滑石母粒的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将偶联剂进行萃取，然后放入连续改性设备的雾化室中；

步骤二，将滑石粉投入连续改性设备并且在88摄氏度烘干，在低速转速下将萃取后的偶联剂高压喷雾系统分三次加入滑石粉中，每次间隔4分钟，充分混匀，高速转速下继续反应28分钟，得到改性滑石粉；

步骤三，将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和改性滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机的一区温度为160-175摄氏度，二区温度为185-204摄氏度，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

实施例3

一种低气味功能滑石母粒，包括以下重量份的原料：滑石粉80份、偶联剂1份、聚丙烯单体22份、润滑剂0.8份和抗氧剂0.5份。偶联剂采用规格为FD-1106的硅铝酸酯偶联剂，滑石粉采用片状滑石粉。聚丙烯的规格为511MK-40T，润滑剂的规格为EBS，抗氧剂采用抗氧剂168。滑石粉中质量分数为50％以上的滑石粉的直径为6-8μm。

所述低气味功能滑石母粒的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将偶联剂进行萃取，然后放入连续改性设备的雾化室中；

步骤二，将滑石粉投入连续改性设备并且在86摄氏度烘干，在450rpm的转速下将萃取后的偶联剂高压喷雾系统分三次加入滑石粉中，每次间隔4分钟，充分混匀，在1860rpm的转速下继续反应27分钟，得到改性滑石粉；

步骤三，将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和改性滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机的一区温度为160-185摄氏度，二区温度为185-210摄氏度，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

本发明的工作原理是：以滑石粉为母料的材料选配，滑石粉为无硫化亚铁的片状具有爽滑性的滑石矿脉，粒径加工至6-8μm。在滑石粉加工过程中，气味主要来源：一是露天矿的滑石表面氧化；二是地下矿炸药开采而残留的硫磺；三是矿脉形成过程中残留的硫化亚铁，通常情况下含有较多杂质和金属离子的滑石粉，一方面会带有较大的异味性，另一方面对塑料加工过程中的性能有不利影响，如碳酸盐和铁、重金属含量偏高会导致塑料的抗老化性和稳定性差，使VOC增多气味增大。因此需要选择滑石纯度较高的矿源，在选矿过程中尽量剔除碳酸盐，选用低铁、低重金属含量的滑石原料生产塑料级低气味滑石粉。非矿粉体中，含硅的矿物具有阻隔屏蔽的作用。改性塑料的气味控制，对滑石粉来说，其气味的高低取决于滑石粉原材料的选择，滑石块的爽滑度高，在滑石粉填充树脂加工过程中，其中树脂所挥发的气味少量被滑石粉吸附，气味渗透到粉体上，因爽滑性高的滑石粉，表面具少量的硅醇与硅醚。

滑石粉具有吸附以及阻隔屏蔽的作用，但滑石粉属于吸附易释放的黏土矿物种，与活性炭吸附不释放不同，故需要通过表面处理。活性剂选择硅酸铝酯偶联剂FD-1106，本身气味低，再通过表面处理滑石粉，活化度达到95％以上，具有隔绝层使滑石粉吸附功能特性关闭，在树脂产生链解时，气味不易渗透到粉体内部。一般情况下，改性剂都含有气味，只是根据不同类别，气味大小差异明显。如颜料超分散剂属于二羟酰基乙二撑螯合型钛酸酯，气味相对来说是偶联剂中气味最重的改性剂，异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯虽然偏弱于螯合型钛酸酯偶联剂但是气味还是会增加的，通过大量实验对比分析，改性剂气味划分为：石蜡<硅油<钛酸酯<磷酸酯<铝酸酯<硅烷<有机硅<硅铝酸酯。硅烷偶联剂可分为氨基硅烷、环氧基硅烷、硫基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、脲基硅烷以及异氰酸酯基硅烷等。在表面处理滑石粉的硅烷偶联剂，选择方向为甲氧基、乙烯基、环氧基、烷基、硅氧烷类偶联剂，避免应用氨基、硫基、脲基、异氰酸酯偶联剂，这些偶联剂是会在一定的加工温度下，会释放氨气、甲醇、甲醛等对身体有害成分。改性剂表面处理后的滑石粉一般会增加气味，只是尽可能的避免增加粉体的气味；但硅类偶联剂有的形态与滑石粉硅醇发生偶联作用，表面覆有致密的绝缘层，达到隔离效果。硅类偶联剂的表面处理滑石，活化度一定要在95％以上，可增加了滑石粉绝缘层的分布，塑料经高温加热熔融，树脂的气味散发状态时，使粉体具有较强的保护层，以致于滑石粉无法吸附塑化分解出的有机挥发物，从而气味不易渗透入粉体内。一般来说，常见的表面处理改性剂是气味偏重，通过表面处理后的滑石粉，气味都会增加，所以在材料中的选择特别重要，可选择钛酸酯类、超分散剂类表面处理剂偏刺激性气味，味重，不可采用，因采用硅类偶联剂，通过前期的试验气味最低的是硅铝酸酯，用FD-1106处理后滑石粉，完全疏水，该改性粉处理后，裸粉的气味不会增加，其它的偶联剂的气味或多或少都会增加，且该改性剂在成品性能上有辅助提升效果。通过硅铝酸酯表面包覆后的滑石粉，表面覆有致密的绝缘层，达到隔离效果。硅铝酸酯的加入表面处理滑石，增加了滑石粉绝缘层的分布，因此经高温加热熔融，树脂的气味散发状态时，具有较强的保护层，使气味不易渗透入粉体内。

对偶联剂进行预处理萃取工艺的作用：硅铝酸酯偶联剂结构主链含有Al-C＝O键，其中含有C，针对硅铝酸酯偶联剂发生水解反应时，需要用氨水调PH值，Si＝O与Al-C＝O键Si＝O键断裂形成具有防水性的二氧化硅，在该介质下包覆于氧化镁，就可以减少总碳含量，制备低气味功能滑石母粒，对比聚硅氧烷偶联剂、硅铝酸酯偶联剂以及萃取后硅铝酸酯偶联剂表面处理滑石粉后制备而成，测试母粒的总碳，通过水解萃取后的硅铝酸酯总碳含量达标，具体结果见表1。

表1

粉体表面处理设备采用的是带有两个雾化室的喷雾技术的连续改性机，可实现在同一设备中同时添加两种改性剂。处理设备能够对粉体颗粒进行加热并能调节温度。

树脂的气味方面，据悉PP气味跟合成工艺，催化剂的选择关系很大，其中茂金属催化剂合成的PP气味比较小，本发明通过选择改性行业常用基材树脂进行气味测试评估，优选各基材树脂的气味测试通过200℃，6h后评判材料气味等级对比见表2。

表2

气味等级说明：10级，没有气味；9级，几乎不可闻的轻微气味，8级，有轻微气味，7级，轻微气味，6级，轻微忍受，5级，可以忍受，4级，有点不能忍受，3级，反感，2级，厌恶，1级，非常厌恶。

从表2中可以看出，选择天津中沙511MK40T，气味最低、内饰材料常用牌号、低收缩共聚PP树脂、中等熔指，适合滑石母粒的加工制备、性价比优；韩国大林EA5074虽然可以达到效果，不属于市面上常规大货，大批量采购有局限性；茂名石化N-Z30S是均聚材料，基材具有高光性，不适宜应用汽车内饰材料，内饰材料属于哑光材质。

选择润滑剂：因硬脂酸锌的热分解时残渣量有15％，故而在加工过程中，EBS比硬脂酸锌的雾化速率快，易散发分解。然EBS可增加流动性，可作为抗粘连爽滑剂且不影响透明度；对于阻燃材料制品件，EBS不影响阻燃效果，而硬脂酸锌会减弱阻燃剂的作用。具体见表3。

表3

选择抗氧剂：抗氧剂的添加，可以有效的抑制树脂分解，抑制材料的加速老化，而导致母粒的黄变。

制备工艺的确定：采用单螺杆挤出以及风冷热切的母粒制备技术，单螺杆挤出对比采取双阶(单螺杆-双螺杆)或双螺杆挤出工艺。具有双阶形式的滑石母粒制备，因双螺杆剪切力大，在挤出熔融过程中，双螺杆挤出使PP基材全部完全链解，导致树脂降解，降解后的气味由滑石粉吸附，从而使母粒气味增加。风冷热切工艺对比水拉条式循环水下切粒工艺，滑石母粒因为高填充式水拉条易断，且切粒后的表观会不均匀，采用风冷热切工艺，可减少污水处理以及提高母粒外观。

将本发明制备的成品进行生产，按照65.2％PP树脂，24％成品，POE 10％，抗氧剂0.3％，分散剂0.5％的比例加入高速混合机混合均匀后通过双螺杆挤出机加工，即得低气味改性PP。

对比例1

与实施例1不同之处在于滑石粉未采用片状滑石，为一般滑石粉，未添加偶联剂，共聚聚丙烯单体为K7726H、润滑剂为硬脂酸锌，抗氧剂168。将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机的一区温度为160-185摄氏度，二区温度为185-210摄氏度，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

制备的对比例1成品进行生产，按照65.2％PP树脂，24％成品，POE 10％，抗氧剂0.3％，分散剂0.5％的比例加入高速混合机混合均匀后通过双螺杆挤出机加工，即得低气味改性PP。其中挤出机加工温度一区150摄氏度，二区160摄氏度，三区170摄氏度，四区180摄氏度，五区190摄氏度，六区200摄氏度。

对比例2

与实施例1不同之处在于滑石粉采用片状滑石，未添加偶联剂，共聚聚丙烯单体为K7726H、润滑剂为硬脂酸锌。将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机的一区温度为160-185摄氏度，二区温度为185-210摄氏度，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

制备的对比例2成品进行生产，按照65.2％PP树脂，24％成品，POE 10％，抗氧剂0.3％，分散剂0.5％的比例加入高速混合机混合均匀后通过双螺杆挤出机加工，即得低气味改性PP。其中挤出机加工温度一区150摄氏度，二区160摄氏度，三区170摄氏度，四区180摄氏度，五区190摄氏度，六区200摄氏度。

对比例3

与实施例1不同之处在于滑石粉采用片状滑石，添加聚硅氧烷偶联剂，共聚聚丙烯单体为511MK40T、润滑剂为EBS，抗氧剂168。将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和改性滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机的一区温度为160-185摄氏度，二区温度为185-210摄氏度，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

制备的对比例3成品进行生产，按照65.2％PP树脂，24％成品，POE 10％，抗氧剂0.3％，分散剂0.5％的比例加入高速混合机混合均匀后通过双螺杆挤出机加工，即得低气味改性PP。其中挤出机加工温度一区150摄氏度，二区160摄氏度，三区170摄氏度，四区180摄氏度，五区190摄氏度，六区200摄氏度。

对比例4

与实施例1不同之处在于滑石粉采用片状滑石，添加为经过萃取工艺的硅铝酸酯偶联剂，共聚聚丙烯单体为511MK40T、润滑剂为EBS，抗氧剂168。将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和改性滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机的一区温度为160-185摄氏度，二区温度为185-210摄氏度，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

制备的对比例4成品进行生产，按照65.2％PP树脂，24％成品，POE 10％，抗氧剂0.3％，分散剂0.5％的比例加入高速混合机混合均匀后通过双螺杆挤出机加工，即得低气味改性PP。其中挤出机加工温度一区150摄氏度，二区160摄氏度，三区170摄氏度，四区180摄氏度，五区190摄氏度，六区200摄氏度其中挤出机加工温度一区150摄氏度，二区160摄氏度，三区170摄氏度，四区180摄氏度，五区190摄氏度，六区200摄氏度。物理性能测试结果见表4，力学性能测试结果见表5。

表4

表4中材料气味测试根据大众标准PV3900气味试验：80±2摄氏度，2h±10分钟，嗅辩法，直接闻。判别气味测试的气味等级说明为：1级，无异味，2级，稍有异味，3级，有味道，4级，有刺激气味，5级，有强烈的刺激气味，6级，无法忍受的味道。雾值测试检测仪器包括FT-F1雾化测试仪，赛多利斯SQP万分之一天平，检测环境为23.1摄氏度，湿度为49％RH。测试条件为高温100摄氏度，低温21摄氏度，测试时间16小时；雾化后的铝箔在干燥皿中干燥4h后进行称重。

从表4中可以看出，通过对比片状与无一般滑石、偶联剂对比、偶联剂萃取对比分析，选择以片状滑石、萃取后偶联剂为母料制备的功能母粒，气味最低、总碳释放量在标准范围内、雾化值最低；而传统滑石载体母粒，即为一般滑石粉，无偶联剂为母料制备的载体母粒气味高、雾化值高，且雾化出现减雾不均的现象。

表5

从表5中可以看出，通过对比片状与无一般滑石、偶联剂对比、偶联剂萃取对比分析，选择以片状滑石、萃取后偶联剂为母料制备的功能母粒，对比传统滑石载体母粒，即为一般滑石粉，无偶联剂为母料制备的载体母粒，填充后的力学性能上，整体性能兼有涨幅，且为刚性(拉伸、弯曲)韧性(伸长率、冲击强度)同时提升。且流动性即熔融指数也相对应的提高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种低气味功能滑石母粒，其特征在于，包括以下重量份的原料：滑石粉78-80份、偶联剂0.8-1份、聚丙烯单体20-22份、润滑剂0.5-0.8份和抗氧剂0.2-0.5份。

2.根据权利要求1所述的低气味功能滑石母粒，其特征在于，所述偶联剂采用硅铝酸酯偶联剂，滑石粉采用片状滑石粉。

3.根据权利要求1所述的低气味功能滑石母粒，其特征在于，所述聚丙烯的规格为511MK-40T，润滑剂的规格为EBS，抗氧剂采用抗氧剂168。

4.根据权利要求1所述的低气味功能滑石母粒，其特征在于，所述滑石粉中质量分数为50％以上的滑石粉的直径为6-8μm。

5.根据权利要求2所述的低气味功能滑石母粒，其特征在于，所述硅铝酸酯偶联剂的规格为FD-1106。

6.一种如权利要求1-5任一所述的低气味功能滑石母粒的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，将偶联剂进行萃取，然后放入连续改性设备的雾化室中；

步骤二，将滑石粉投入连续改性设备并且在80-90摄氏度烘干，在低速转速下将萃取后的偶联剂高压喷雾系统分三次加入滑石粉中，每次间隔2-5分钟，充分混匀，高速转速下继续反应20-30分钟，得到改性滑石粉；

步骤三，将聚丙烯、润滑剂、抗氧剂和改性滑石粉投至密炼装置进行密炼，再投入单螺杆挤出机中挤出造粒，然后进行风冷、热切和振动筛过筛，即得到成品。

7.根据权利要求6所述的低气味功能滑石母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤二中低速转速为不超过800rpm，高速转速为不低于1400rpm。

8.根据权利要求6所述的低气味功能滑石母粒的制备方法，其特征在于，所述单螺杆挤出机的一区温度为160-185摄氏度，二区温度为185-210摄氏度。

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