CN112143110A - 聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用,其由50‑65份聚丙烯、15‑25份抗冲改性剂、15‑25份滑石粉、0.1‑0.5份抗氧剂和2‑4份极性改性剂按照质量份制备而成,其中,所述抗冲改性剂为聚烯烃弹性体,所述极性改性剂为分子量大于2万的树枝状高分子,所述树枝状高分子的链端含有极性基团。该聚丙烯组合物具有高极性,用于爆破仪表板材料无需等离子或火焰处理工序即可实现与软质材料的包覆,具有重要应用意义。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域,具体涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯(英文简称为PP)材料由于其良好的综合性能,在汽车各大总成系统中获得了广泛应用。现有的汽车外饰件与内饰件大多使用聚丙烯复合材料注塑成型,外饰件如保险杠、门槛、裙边等,汽车内饰件如仪表板、立柱、杂物箱、门板等。
根据国家安全法规要求,其仪表板都有爆破要求,对于低端车型会采用直接注塑的硬质爆破仪表板,而中高端汽车为了提高其触感,一般会选用软质材料包覆的爆破仪表板。由于常规的聚丙烯材料表面能达因值只有26-28dyn/cm,满足不了其包覆的粘结强度要求,制作时需要额外增加等离子或火焰处理工序以提高其表面极性,从而使得其达因值达到40dyn/cm以上以保证包覆时包覆层与基材之间的粘结强度。若能选用可直接注塑的材料满足达因值40dyn/cm以上,就可以减少火焰处理或等离子处理工序,简化生产工艺。
公开号为CN1182097A的中国专利申请选用通过加入极性单体,使用引发剂过氧化物DCP接枝到PP上,该方法制备的极性PP虽然表面能有提升,但是使用了DCP为引发剂,其气味较大,所制备的极性PP不能应用于气味要求不断提到的内饰爆破仪表板材料中。
公开号为CN1182097A的中国专利申请中以聚丙烯为载体树脂,改性聚醚和极性增效剂协同复配,通过马来酸酐接枝到并聚丙烯材料的表面,由于马来酸酐接枝的产物气味很大,不能应用于气味要求不断提到的内饰爆破仪表板材料中。
公开号为CN101698736A的中国专利申请则是通过加入极性单体马来酰亚胺化合物,通过引发剂过氧化物接枝到PP上从而制备得到高极性PP,但是由于引发剂过氧化物气味很大,其制备的高极性PP不能应用于气味要求不断提到的内饰爆破仪表板材料中。
可以看出,虽然现有技术中提出了很多改善内饰爆破仪表板材料表面极性的方案,但都存在气味较大的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明有必要提供一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用,该聚丙烯组合物具有高极性,且无需进行等离子或火焰处理工序即可实现爆破仪表板和软质材料的包覆,以解决上述问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种聚丙烯组合物,其由50-65份聚丙烯、15-25份抗冲改性剂、15-25份滑石粉、0.1-0.5份抗氧剂和2-4份极性改性剂按照质量份制备而成,其中,所述抗冲改性剂为聚烯烃弹性体,所述极性改性剂为分子量大于2万的树枝状高分子,所述树枝状高分子的链端含有极性基团。
本发明中的聚丙烯组合物表面具有高极性,利用其高极性可避免采用现有软质材料与爆破仪表板基材包覆时的等离子或火焰处理工序,其直接注塑所得产品表面能达因值可达40dyn/cm以上,通过添加分子量大于2万的树枝状高分子,实现了聚丙烯基材表面的高极性和稳定性,且气味低。
进一步的,本发明中采用的聚丙烯为基体树脂,其可以是本领域常规的任意聚丙烯种类,没有特别的限定,在本发明的一些实施方式中,所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。
优选的,在本发明的另一些实施方式中,所述聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为20-80g/10min,从而使得聚丙烯组合物的性能较佳。
进一步的,本发明中添加聚烯烃弹性体的目的是提高聚丙烯组合物的抗冲击性能,可以理解的是,这里的聚烯烃弹性体可以是本领域中的常规选择,没有特别限定,具体的可提及的实例包括但不限于乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
优选的,在本发明的另一些实施方式中,所述聚烯烃弹性体的密度在0.850-0.890g/cm3,在190℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为0.5-2.0g/10min,从而使得聚丙烯组合物的性能较佳。
进一步的,本发明中的抗氧剂没有特别的限定,可以是本领域中的常规选择,具体可提及的实例包括但不限于三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
进一步的,本发明中添加的分子量大于2万的树枝状高分子,其链端含有极性基团,所述极性基团包括胺基、羟基、羧基中的至少一种,优选的,所述树枝状高分子为聚酰胺-胺型树状大分子(英文简称:PAMAM),其是一类三维的、高度有序的、具有纳米尺度的新型功能高分子化合物,其表面官能团的数目随着代数的增加而呈指数增长,优选的,在本发明的一些实施方式中,其代数高于4代。利用树状大分子中的碳氢链的亲油性和氨基的亲水性,PAMAM与PP基体具有很好的相容性,因此可均匀稳定分散在聚丙烯基体中,而PAMAM中的极性基团则如铆钉结构般分布在表面,实现了PP基材表面的高极性和稳定性。
本发明还提供了一种如前述任一项所述的聚丙烯组合物的制备方法,包括以下步骤:
按照配比将聚丙烯、抗冲改性剂、滑石粉、抗氧剂和极性改性剂充分混合,得到均匀的混合物料,可以理解的是,这里的充分混合没有特别的限定,本领域中常规的混合方式均可,而混合的转速、时间等同样没有特别的限定,只要能实现混合均匀的目的即可;
将所述混合物料加入双螺杆挤出机中,经混炼、挤出、造粒,制得聚丙烯组合物。
双螺杆挤出机的加工参数根据基体树脂或助剂选择的不同,其加工温度等可进行调整,因此,没有特别的限定,在本发明的一些具体的实施方式中,所述双螺杆挤出机的加工温度为:一区170~190℃、二区180~210℃、三区180~210℃、四区180~210℃、五区180~210℃、六区180~210℃、七区180~210℃、八区210~230℃、九区210~250℃、十区210~250℃;机头温度200~230℃,机头压力3.8MPa,主机电流30Hz,真空度-0.08MPa。
本发明还提供了如前述任一项所述的聚丙烯组合物在用于制备爆破仪表板中的应用,本发明中的聚丙烯组合物具有高极性和稳定性,其表面能可达40dyn/cm以上,满足爆破仪表板的材料要求,同时该聚丙烯组合物气味低,可以避免因使用引发剂接枝极性基团或使用DCP等过氧化物为引发剂制备的极性PP材料因气味太大不能应用于汽车内饰的问题。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明中的聚丙烯组合物具有高极性和稳定性,可以减少现有软质材料与爆破仪表板基材包覆时的等离子或火焰处理工序,其直接注塑所得产品表面能达因值可达40dyn/cm以上。通过在聚丙烯体系中添加树状大分子,利用树状大分子中的碳氢链的亲油性和氨基的亲水性,使得其可均匀稳定分散在PP基体中,而极性基团如铆钉结构般分布在表面,从而实现了聚丙烯基材表面的高极性和稳定性,且本发明可以避免因使用引发剂接枝极性基团或使用DCP等过氧化物为引发剂制备的极性PP材料因气味太大不能应用于汽车内饰的问题。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。
以下实施例和对比例中采用的原料或助剂均为市售品,具体如下:
PP:选自韩国SK石化,其熔体流动速率在230℃、2.16kg条件下为20~80g/10min;
抗冲改性剂为聚烯烃弹性体:POE ENGAGE 8842选用陶氏化学;
滑石粉:其目数为3000-5000目,选自北海集团;
PAMAM1:威海晨源分子新材料有限公司(第3代、MW小于18000);
PAMAM2:威海晨源分子新材料有限公司(第4代、MW大于20000);
抗氧剂1:三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯;
抗氧剂2:四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯。
可以理解的是,以上原料或助剂仅用于举例使得本发明的技术方案更加清楚,并不代表本发明仅能采用以上原料或助剂,其他满足权利要求限定范围的原料或助剂均可用于本发明中。
按照表1中的配比将聚丙烯、抗冲改性剂、滑石粉、抗氧剂和极性改性剂充分混合,得到均匀的混合物料,将所述混合物料加入双螺杆挤出机中,经混炼、挤出、造粒,制得聚丙烯组合物,其中,所述双螺杆挤出机的加工温度为:一区170~190℃、二区180~210℃、三区180~210℃、四区180~210℃、五区180~210℃、六区180~210℃、七区180~210℃、八区210~230℃、九区210~250℃、十区210~250℃;机头温度200~230℃,机头压力3.8MPa,主机电流30Hz,真空度-0.08MPa。
表1实施例和对比例的原料组成(质量份)
注:对比例1-3和实施例1相比,仅组分的不同,其他制备方法等均相同。
对对比例1-3和实施例1-4中得到的聚丙烯组合物进行相关测试,结果如表2中所示的。
表2聚丙烯组合物性能测试结果
注:表2中表面能(达因值)执行简易测试方法,使用达因笔28、30、32、34、36、38、40、42、44至58、72等各种规格进行测试,其数值代表的就是对应的表面张力;
气味判定标准:按照长安汽车VS-01.00-T-14004-A4-2016标准进行测评,其要求气味等级≤3.0级。其气味等级划分为:a.1级无气味;b.2级有气味,但无干扰性气味;c.3级有明显气味,但无干扰性气味;c.4级有干扰性气味;d.5级有强烈干扰性气味;6级有不能忍受的气味。
根据表2中的结果可以看出,实施例1~4中添加聚酰胺-胺型树状大分子(第4代以上、MW大于2万)2-4份,使得聚丙烯组合物的表面能可以达到40dyn/cm以上,当添加量达到4份时,其表面能不会再上升,其主要原因为表面的极性官能团达到饱和,当添加量在2-4份时,放置15day后表面能未出现下降,可以满足包覆爆破仪表板的表面能要求;进一步的,对比例1中不添加聚酰胺-胺型树状大分子,制得的聚丙烯组合物表面能只有28dyn/cm,而对比例2中添加第3代的聚酰胺-胺型树状大分子,其表面能有所提高,达到34dyn/cm,但是放置15day后,表面能有所下降,其数值不稳定;对比例3中添加聚酰胺-胺型树状大分子(第4代、MW大于2万)比例小于2%时,其表面能不能达到40dyn/cm,这可能是由于表面的极性基团数量不够,未能充分填满其基材表面,影响了其表面能。
此外,通过与对比例1相比,本发明各实施例中添加了聚酰胺-胺型树状大分子,其材料气味不会恶化,且均能满足长安低气味等级要求。
通过上述可以看出,添加聚酰胺-胺型树状大分子可以增加聚丙烯组合物的表面能,但是添加低于4代、分子量小于2W的聚酰胺-胺型树状大分子,其表面能会随时间的延长有所下降,不能满足其要求,因此需要添加合适的树枝状聚酰胺-胺(第4代、MW大于2万)且在优选的比例范围(2-4份)时,其初始表面能和放置15day后的表面能均可满足包覆爆破仪表板的要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种聚丙烯组合物,其特征在于,其由50-65份聚丙烯、15-25份抗冲改性剂、15-25份滑石粉、0.1-0.5份抗氧剂和2-4份极性改性剂按照质量份制备而成,其中,所述抗冲改性剂为聚烯烃弹性体,所述极性改性剂为分子量大于2万的树枝状高分子,所述树枝状高分子的链端含有极性基团。
2.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种,所述聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为20-80g/10min。
3.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述聚烯烃弹性体为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
4.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述聚烯烃弹性体的密度在0.850-0.890g/cm3,在190℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为0.5-2.0g/10min。
5.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
6.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述极性基团包括胺基、羟基、羧基中的至少一种。
7.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述树枝状高分子为聚酰胺-胺型树状大分子,其代数高于4代。
8.如权利要求1-7任一项所述的聚丙烯组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
按照配比将聚丙烯、抗冲改性剂、滑石粉、抗氧剂和极性改性剂充分混合,得到均匀的混合物料;
将所述混合物料加入双螺杆挤出机中,经混炼、挤出、造粒,制得聚丙烯组合物。
9.如权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述双螺杆挤出机的加工温度为:一区170~190℃、二区180~210℃、三区180~210℃、四区180~210℃、五区180~210℃、六区180~210℃、七区180~210℃、八区210~230℃、九区210~250℃、十区210~250℃;机头温度200~230℃,机头压力3.8MPa,主机电流30Hz,真空度-0.08MPa。
10.如权利要求1-7任一项所述的聚丙烯组合物在用于制备爆破仪表板中的应用。
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