CN112048128A - 一种软触感、耐划擦聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软触感、耐划擦聚丙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料的原料包括聚丙烯38.3～51.3份、软质改性剂15～25份、耐磨剂3～8份、相容剂4～6份、聚苯乙烯25～35份、抗氧剂0.3～0.5份和润滑剂0.2～0.4份。本发明的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料具有综合力学性能良好、软触感明显、耐划擦性能优异的特点，能够满足一般橱柜、储物箱等家居产品对消费升级的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是产量最大的五种通用塑料之一，具有优异的力学性能、化学性能、绝缘性等特点，在汽车、家居建材等领域得到广泛应用，已成为通用树脂中发展最快的品种。随着居民消费水平日益提升，对树脂产品功能、品质、舒适性要求提高，比如橱柜、储物箱等产品，跟以往使用普通聚丙烯塑料原料直接注塑成型不同，人们对产品材质提出了柔软触感的需求，以便提高使用时的舒适度。然而普通聚丙烯原料材质较硬，没有柔软触感的特性，需要对聚丙烯原料进行改性以达到具有柔软触感的效果。同时，柔软的材料在使用的过程中容易被划擦碰伤，影响外表美观效果，降低使用体验。因此开发软触感、耐划擦聚丙烯材料成为现实需求，而如何平衡聚丙烯材料的触感和耐划擦性能是其中的难点。
关于软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，目前的现有技术中提出了一些解决方案，例如通过加入超支化聚乙烯和乙烯/α-烯烃共聚物来赋予聚烯烃制品软触效果，但材料对力学性能影响较大，且耐刮擦性能未能考虑；或者通过加入POE(聚烯烃弹性体，Polyolefinelastomer)提高聚丙烯复合材料韧性、同时加入玻璃纤维增强物理力学性能以保持刚韧平衡，但随着玻璃纤维的加入，材料的横向和纵向收缩相差较大，在注塑成型平直制品时容易产生翘曲，不适用于注塑成型如橱柜、储物箱等有平整面的制品；又或者使用硅橡胶对聚丙烯材料进行增韧、同时使用K树脂和芳纶短切纤维对聚丙烯复合材料进行增强，由于K树脂和芳纶短切纤维原材料成本高昂，这在一定程度上限制了大规模的应用；又或者利用聚氨酯的发泡使聚丙烯复合材料具有较多弹性孔洞而产生柔软触感，但由于聚氨酯原材料成本高以及其发泡设备、生产工艺复杂在一定程度上限制了此方案的应用。
因此，还有必要提供一种软触感、耐划擦聚丙烯复合材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种软触感、耐划擦聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明的聚丙烯复合材料具有软触感、耐划擦的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，所述复合材料的原料按重量份数计包括：聚丙烯38.3～51.3份、软质改性剂15～25份、耐磨剂3～8份、相容剂4～6份、聚苯乙烯25～35份、抗氧剂0.3～0.5份、和润滑剂0.2～0.4份；其中，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，且在熔指测试条件为230℃/2.16kg时，其熔指大于40g/10min；所述软质改性剂为威达美Vistamaxx6502；所述耐磨剂为分子量5000～20000的聚四氟乙烯；所述聚苯乙烯在熔指测试条件为200℃/5kg时，其熔指大于16g/10min。
在一种特殊情况中，当所述复合材料的原料的总重量份数为100份时，上述各原料的重量份数相当于重量百分比，在这种情况下，所述复合材料的原料按重量百分比计包括：聚丙烯38.3～51.3wt％、软质改性剂15～25wt％、耐磨剂3～8wt％、相容剂4～6wt％、聚苯乙烯25～35wt％、抗氧剂0.3～0.5wt％、润滑剂0.2～0.4wt％。
本发明的复合材料的原料中，聚丙烯为高熔指共聚聚丙烯，熔指大于40g/10min(测试条件230℃/2.16kg)，比如埃克森美孚化工PP7555KNE2。熔指高的聚丙烯原料有利于在复合材料中与聚苯乙烯组分形成双连续相结构；选择共聚型聚丙烯是因为共聚型聚丙烯的韧性佳，且由于与软质改性剂威达美Vistamaxx 6502一样，都含有乙烯、丙烯组分，因此与软质改性剂威达美Vistamaxx 6502的相容性更好，两者可以在双螺杆挤出机造粒过程中溶为一体共同组成复合材料中的软质组分连续相。
本发明的复合材料的原料中，软质改性剂为威达美Vistamaxx 6502，由具有随机乙烯分布的等规丙烯重复单元组成，并使用埃克森美孚的专有茂金属催化剂技术生产，熔指48g/10min(测试条件230℃/2.16kg)；熔指高的软质改性剂原料有利于在复合材料中与聚苯乙烯组分形成双连续相结构。
本发明的复合材料的原料中，耐磨剂为低分子量聚四氟乙烯，分子量5000～20000，比如日本大金L-5。若分子量太大，聚四氟乙烯分子难以迁移到复合材料表面形成耐磨层；分子量太低，聚四氟乙烯分子迁移太快，对耐磨效果的长久时效性有不利影响。
本发明的复合材料的原料中，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐、或苯乙烯接枝聚丙烯中的一种或多种的组合，其中优选毕克化学公司的苯乙烯接枝聚丙烯SCONA TPPP 1616FA，能够更好地连接本发明的复合材料中的聚苯乙烯相和聚丙烯相的两相界面，使两相的结合力更强，有助于提高复合材料的整体力学性能。
本发明的复合材料的原料中，聚苯乙烯为高熔指通用聚苯乙烯，熔指大于16g/10min(测试条件200℃/5kg)，比如大庆石化GPPS 208；在复合材料中，聚苯乙烯作为硬质组分连续相，熔指高的聚苯乙烯原料有利于在复合材料中与软质组分连续相形成双连续相结构。
本发明的复合材料的原料中，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂或亚酯酸盐类抗氧剂中的一种或多种的组合。例如为抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂168(三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)等。
本发明的复合材料的原料中，润滑剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺(EBS)、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的一种或多种的组合。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种软触感、耐划擦聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
1)按重量份数称取聚丙烯、软质改性剂、耐磨剂、相容剂、聚苯乙烯、抗氧剂和润滑剂；
2)将步骤1)中的原料混合均匀，得到预混料；
3)将步骤2)得到的预混料进行剪切熔融共混挤出，加工温度为175～235℃；
4)将步骤3)经剪切熔融共混挤出得到的料条冷却、干燥、切粒，得到所述软触感、耐划擦聚丙烯复合材料。
进一步地，所述步骤2)中，将原料加入到高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，得到预混料。
进一步地，所述步骤3)在双螺杆挤出机中进行，所述双螺杆挤出机的加工温度为一区178～182℃、二区188～192℃、三区208～212℃、四区218～222℃、五区218～222℃、六区218～222℃、七区218～222℃、八区218～222℃、九区218～222℃、十区198～202℃、机头228～232℃。
本发明所涉及的设备、试剂、工艺、参数等，除有特别说明外，均为常规设备、试剂、工艺、参数等，不再作实施例。
本发明所列举的所有范围包括该范围内的所有点值。
本发明中，除有特别说明外，％均为质量百分比，比例均为质量比。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明使用威达美Vistamaxx 6502增韧聚丙烯作为软质组分，使用聚苯乙烯作为硬质组分，利用二者熔体热力学不相容、但在一定配比及优选原料熔指情况下能够组成双连续相结构的化学性质，使得其中的软质组分连续相能够为复合材料提供柔软触感，而另一硬质组分连续相则能够为材料提供耐划擦性能。这样，在外力加载时，软质组分向内凹陷，硬质组分则承担大部分外来应力，即可对容易划伤的软质组分起保护作用，使软质组分免受划伤，待外力卸载后，软质组分恢复弹起，继续提供表面柔软触感特性。另外，添加小分子聚四氟乙烯作为耐磨剂进一步提高复合材料的耐磨性，以及添加苯乙烯接枝聚丙烯材料作为相容剂，降低相间的界面张力，增加相间粘合，提高复合材料整体力学性能。由此通过各组分的协同，即可制得综合力学性能优异的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
实施例1
1)按表1配方中各原料组分的重量百分比，称取相应的原料。
2)将按比例称量好的聚丙烯、软质改性剂、耐磨剂、相容剂、聚苯乙烯、抗氧剂和润滑剂，混合均匀后得到预混料；将预混料从主喂料口加入到平行双螺杆挤出机，使所有组分原料在平行双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出，其中双螺杆挤出机加工温度为一区180℃、二区190℃、三区210℃、四区220℃、五区220℃、六区220℃、七区220℃、八区220℃、九区220℃、十区200℃、机头230℃；
3)将经平行双螺杆挤出机口模出来的料条冷却、干燥、切粒，得到软触感、耐划擦聚丙烯复合材料。
表1各实施例及对比例的原料用量表(wt％)
实施例2
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
实施例3
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
实施例4
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
实施例5
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
对比例1
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
对比例2
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
对比例3
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
对比例4
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
对比例5
按表1配方中各原料组分的重量百分比称取相应的原料，制备方法同实施例1。
此配方与实施例4的不同之处在于，用低熔指聚苯乙烯(燕山石化生产GPPS 680X，熔指3g/10min，测试条件为200℃/5kg)等量替换了实施例4中的聚苯乙烯。
将上述各实施例和对比例所得进行如下检测：拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度、耐划擦性能、触感评价。其中：
拉伸性能：按ISO 527-2标准进行，试样尺寸为170×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；
悬臂梁缺口冲击性能：按ISO 180标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，V型缺口，缺口深度为试样厚度的三分之一，测试温度为23℃；
耐划擦性能：按照德国大众PV3952标准进行十字划格测试，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，ΔL值越小，表明材料的耐划擦性能越好；
触感评价：使用注塑机注塑尺寸为150×100×3.2mm的样板，皮纹类型为大众K31皮纹，5名测试员用手触摸皮纹面，按照下面评分标准打分，结果取平均值；数值越高，表明材料的软触感越好。触感评分标准如下表2：
表2触感评分标准
| 分数 | 评价标准 |
| 5 | 很舒服的软触感 |
| 4 | 有明显的软触感 |
| 3 | 有轻微的软触感 |
| 2 | 没有软触感 |
| 1 | 有毛刺感 |
各实施例和对比例所得材料检测结果如下表3所示：
表3各实施例及对比例的实验结果表
综合表1和表3，从实施例1和实施例2的对比可以看出，随着软质改性剂比例增加，复合材料中软质组分连续相的柔软度提高，软触感越好，同时冲击强度也有所提高，但拉伸屈服强度有一定降低；从实施例1和实施例3的对比可以看出，随着耐磨剂比例增加，复合材料表面摩擦系数越小，耐划擦性能越好；从实施例1和实施例4的对比可以看出，随着聚苯乙烯比例增加，复合材料中的硬质组分连续相比例增加，承受外加载荷能力越强，耐划擦性能越好；从对比例1和实施例5的对比可以看出，不加软质改性剂，复合材料中没有软质组分，软触感评分很低；从对比例2和实施例5的对比可以看出，不加耐磨剂，复合材料表面摩擦系数较大，耐划擦性能越变差；从对比例3和实施例5的对比可以看出，不加聚苯乙烯，复合材料中的没有硬质组分，承受外加载荷能力降低，耐划擦性能变差；从对比例4和实施例4的对比可以看出，聚苯乙烯添加量为较少的15％，此时聚苯乙烯在复合材料中不能构成连续相，而是被占比较大的软质组分连续相包覆于其中形成孤岛状，不能分布到材料外表面，在外加载荷时，应力全部有软质组分承担，则复合材料的耐划擦性能降低；从对比例5和实施例4的对比可以看出，聚苯乙烯使用熔指较低的牌号后，由于低熔指的聚苯乙烯粘度大、分散性差，难以在复合材料熔体中形成连续相，而是被流动性良好的软质组分连续相分隔开形成孤岛状，不能分布到材料外表面，在外加载荷时，应力全部有软质组分承担，则复合材料的耐划擦性能降低。
综上所述，采用本发明的技术方案，所制备得到的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料具有综合力学性能良好、软触感明显、耐划擦性能优异的特点，能够满足一般橱柜、储物箱等家居产品对消费升级的使用要求。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料的原料按重量份数计包括：聚丙烯38.3～51.3份、软质改性剂15～25份、耐磨剂3～8份、相容剂4～6份、聚苯乙烯25～35份、抗氧剂0.3～0.5份、和润滑剂0.2～0.4份；其中，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，且在熔指测试条件为230℃/2.16kg时，其熔指不低于40g/10min；所述软质改性剂为威达美Vistamaxx 6502；所述耐磨剂为分子量5000～20000的聚四氟乙烯；所述聚苯乙烯在熔指测试条件为200℃/5kg时，其熔指不低于16g/10min。
2.根据权利要求1所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述共聚聚丙烯为PP7555KNE2。
3.根据权利要求1所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述耐磨剂为L-5。
4.根据权利要求1所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚苯乙烯为GPPS 208。
5.根据权利要求1所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂包括聚丙烯接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐或苯乙烯接枝聚丙烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为苯乙烯接枝聚丙烯SCONA TPPP 1616 FA。
7.根据权利要求1所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂或亚酯酸盐类抗氧剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂包括N,N’-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的至少一种。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括：
1)按重量份数称取聚丙烯、软质改性剂、耐磨剂、相容剂、聚苯乙烯、抗氧剂和润滑剂；
2)将步骤1)中的原料混合均匀，得到预混料；
3)将步骤2)得到的预混料进行剪切熔融共混挤出，加工温度为175～235℃；
4)将步骤3)经剪切熔融共混挤出得到的料条冷却、干燥、切粒，得到所述软触感、耐划擦聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求9所述的软触感、耐划擦聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)在双螺杆挤出机中进行，所述双螺杆挤出机的加工温度为一区178～182℃、二区188～192℃、三区208～212℃、四区218～222℃、五区218～222℃、六区218～222℃、七区218～222℃、八区218～222℃、九区218～222℃、十区198～202℃、机头228～232℃。
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