CN111499965B - 汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料，其由聚丙烯、划伤修复剂、耐划伤分散剂、热稳定剂和加工助剂组成，其中划伤修复剂为氢键有机框架材料HOFs中的至少一种，耐划伤分散剂的化学结构通式为RCONHCH2CH2N+H(CH2CH2OH)CH2COO‑，其中R为CnH2n+1，15≤n≤26且n为整数；该汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料在聚丙烯中添加HOFs划伤修复剂和耐划伤分散剂，利用二者之间的配合协同作用，使聚丙烯复合材料具有较高的耐划伤性，且当材料受到划伤破坏后，可在40℃下加热10‑30min内通过氢键作用实现划伤修复，适用于汽车车衣及其他使用到耐划伤和自修复高分子复合材料的领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其涉及一种汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料及其制备方法，属于功能性高分子材料及其加工技术领域。
背景技术
随着汽车工业的发展，新材料特别是高分子材料迎来了良好的发展机遇。高分子材料因具有密度低，易加工，绝缘性好，价格低廉等诸多优点在车用材料中得到了广泛的应用。但是，随着人们生活水平的提高，消费者对车用材料的外观美学提出了更高的要求，尤其是对车辆用制件在划痕方面的要求较高。为避免车辆用制件在使用过程中产生大量的划痕，会使用一些特殊材料制备形成用于表面的车辆用制件，这些使用特殊材料形成的能够避免产生划痕且用于表面的车辆用制件，可以称之为车衣，其能够像给车辆穿上一层保护衣般给予车辆制件。用于制备车衣的特殊材料通常需要具有较高的耐划伤性能和良好的划痕自动修复性，其中较高的耐划伤性可以避免使车辆直接避免较轻的划痕，而良好的划痕自动修复性能够自动修复较深的划痕，两方面结合能够克服普通塑料产品容易产生划痕，以及产生划痕后需要对车辆进行二次喷漆或其他修复操作的问题。
但目前现有的材料难以同时达到具有较高的耐划伤性和自动修复性。虽然越来越多的汽车厂商对材料的划伤性能提出了要求，而材料自身的耐划伤性能较差也限制了其广泛应用。为拓宽高分子材料的应用领域，解决耐划伤性能较差的问题，材料工程师对高分子材料的划伤性能进行了大量的研究，针对材料耐划伤性能的研究已有大量的报导。现有技术中有通过向聚合物中加入聚硅氧烷润滑剂来提高材料的耐划伤性能；还有通过向聚丙烯中添加脂肪族伯酰胺润滑剂降低材料的表面摩擦系数，提高聚丙烯材料的耐划伤性能，润滑剂的加入在一定程度上可以改善材料的耐划伤性能，但在材料的长期使用过程中，润滑剂容易析出，使得材料的外观及使用性能收到了严重的影响，同时使用酰胺类物质时用量一般较大，成本较高，提高耐划伤性能的小料也不高；还公开有高硬度耐划伤高光泽改性聚丙烯材料，通过在材料中加入聚甲基丙烯酸甲酯，提高材料的表面硬度，进而改善材料的耐划伤性能；此外还有通过加入有机硅弹性体的方法来制备高刚性、高韧性耐划伤滑石粉填充聚丙烯，来提高材料的耐划伤性能。然而以上的方法对材料耐划伤性能的改善程度有限，并且其使用局限性较大，此外划伤部位不可修复。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料及其制备方法，由该制备方法制备得到的聚丙烯纳米材料具有较高的自修复及耐划伤性能，适用于汽车车衣及其他使用到耐划伤和自修复高分子复合材料的领域。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料，该材料由94-99重量份的聚丙烯、0.1-2.0重量份的划伤修复剂、0.5-2.0重量份的耐划伤分散剂、0.2-2.0重量份的热稳定剂和0.2-2.0重量份的加工助剂组成。
其中所述聚丙烯为230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为1-100g/10min的聚丙烯。
其中所述划伤修复剂为氢键有机框架材料HOFs中的至少一种，该氢键有机框架材料HOFs是一类仅由有机构筑单元通过分子间氢键自组装而构筑的有序框架材料，本申请中所述氢键有机框架材料HOFs为TCPP-1,3-DPP。
其中所述耐划伤分散剂选用烷基酰胺基胺，其化学结构通式为RCONHCH2CH2N+H(CH2CH2OH)CH2COO-，其中R为CnH2n+1，15≤n≤26且n为整数。本申请中所述耐划伤分散剂可选用Epikure 3072、Epikure 3090和烷基酰胺乙胺酸TEG 2000中的一种。
其中所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、丙烯酰基官能团与硫代酯形成的复合物类热稳定剂和杯芳烃类热稳定剂中的至少一种。
其中所述加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类中的至少一种，该加工助剂的主要作用为润滑剂。
本发明还公开了一种上述汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：
(1)称取由94-99重量份的聚丙烯、0.1-2.0重量份的划伤修复剂、0.5-2.0重量份的耐划伤分散剂、0.2-2.0重量份的热稳定剂和0.2-2.0重量份的加工助剂；
(2)将称取好的聚丙烯、划伤修复剂、耐划伤分散剂、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中以400-600r/min的速度混合5-10min后得到预混物；
(3)将上述预混物加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒得到粒料，将该粒料在80℃以下烘干后得到汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料。
其中步骤(3)中所述双螺杆挤出机各段加工温度为：一区170-190℃，二区190-230℃，三区230-240℃，四区230-240℃，五区230-240℃，六区230-240℃，七区240-250℃，八区240-250℃，九区230-240℃；且该双螺杆挤出机的螺杆转速为50-80r/min。
本发明的有益技术效果是：该汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料在聚丙烯中添加HOFs划伤修复剂和耐划伤分散剂，利用二者之间的配合协同作用，使得聚丙烯复合材料具有较高的耐划伤性，并且当材料受到划伤破坏后，可以在40℃下加热10-30min内通过氢键作用实现划伤修复，适用于汽车车衣及其他使用到耐划伤和自修复高分子复合材料的领域。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述具体实施例和对比例所选用的聚丙烯、划伤修复剂、耐划伤分散剂、热稳定剂和加工助剂的种类和型号如下所述：
聚丙烯：EP548R。
划伤修复剂：TCPP-1,3-DPP。
耐划伤分散剂：Epikure 3072、Epikure 3090、烷基酰胺乙胺酸TEG 2000。
对比耐划伤分散剂：S701和S7011。
热稳定剂：β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂。
加工助剂：硬脂酸锌。
下述具体实施例和对比例所选用的双螺杆挤出机为瑞亚公司制造的75A型号的双螺杆挤出机，该双螺杆挤出机的长径比为40:1。
以上述选用的各组分进行具体实施例和对比例聚丙烯材料的制备，制备方法包括下述步骤：
(1)按照表1中各配方用量分别称取聚丙烯、划伤修复剂、耐划伤分散剂、热稳定剂和加工助剂；
(2)将称取好的聚丙烯、划伤修复剂、耐划伤分散剂、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中以400-600r/min的速度混合5-10min后得到预混物；
(3)将上述预混物加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒得到粒料，将该粒料在80℃以下烘干后得到聚丙烯纳米材料；其中双螺杆挤出机各段加工温度为：一区170-190℃，二区190-230℃，三区230-240℃，四区230-240℃，五区230-240℃，六区230-240℃，七区240-250℃，八区240-250℃，九区230-240℃；且该双螺杆挤出机的螺杆转速为50-80r/min。
表1具体实施例和对比例各组分用量(单位：重量份)
对上述具体实施例和对比例制备得到的聚丙烯材料进行耐划伤性和划伤修复性测试。其中所述耐划伤性能测试通过PV3952大众耐划伤试验进行测试，耐划伤性用dL表征；其中所述划伤修复性能是通过将制备得到的聚丙烯材料注塑成皮纹样板后进行划伤测试，测试所用划伤力为5N，自动修复温度为40℃，该耐划伤性采用△L值表示，L表示白度，△L表示划伤之后的白度值减去划伤之前的白度值，自动修复后，△L变小，说明发生了自动修复。测试结果参见表2中所述。
表2具体实施例和对比例性能测试结果
从上述具体实施例和对比例的测试结果可以看出，本申请中划伤修复剂和耐划伤分散剂共同配合使用，能够大大提高聚丙烯复合材料的耐划伤性和40℃下的自动修复性能，但在仅使用划伤修复剂、仅使用耐划伤分散剂和使用其他种类耐划伤分散剂时，其耐划伤性和40℃下的自动修复性均达不到本申请的技术效果，本申请所述的聚丙烯纳米材料适用于汽车车衣及其他使用到耐划伤和自修复高分子复合材料的领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料，其特征在于，由94-99重量份的聚丙烯、0.1-2.0重量份的划伤修复剂、0.5-2.0重量份的耐划伤分散剂、0.2-2.0重量份的热稳定剂和0.2-2.0重量份的加工助剂组成，其中
所述划伤修复剂为氢键有机框架材料HOFs中的至少一种；
所述耐划伤分散剂的化学结构通式为RCONHCH2CH2N+H(CH2CH2OH)CH2COO-，其中R为CnH2n+1，15≤n≤26且n为整数。
2.根据权利要求1所述的汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料，其特征在于，所述聚丙烯为230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为1-100g/10min的聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料，其特征在于，所述氢键有机框架材料HOFs为TCPP-1,3-DPP。
4.根据权利要求1所述的汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料，其特征在于，所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、丙烯酰基官能团与硫代酯形成的复合物类热稳定剂和杯芳烃类热稳定剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料，其特征在于，所述加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类中的至少一种。
6.一种权利要求1至5中任一权利要求所述汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)称取由94-99重量份的聚丙烯、0.1-2.0重量份的划伤修复剂、0.5-2.0重量份的耐划伤分散剂、0.2-2.0重量份的热稳定剂和0.2-2.0重量份的加工助剂；
(2)将称取好的聚丙烯、划伤修复剂、耐划伤分散剂、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中以400-600r/min的速度混合5-10min后得到预混物；
(3)将上述预混物加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒得到粒料，将该粒料在80℃以下烘干后得到汽车车衣用自修复耐划伤聚丙烯纳米材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述双螺杆挤出机各段加工温度为：一区170-190℃，二区190-230℃，三区230-240℃，四区230-240℃，五区230-240℃，六区230-240℃，七区240-250℃，八区240-250℃，九区230-240℃；且该双螺杆挤出机的螺杆转速为50-80r/min。
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