CN112457585A - 一种聚丙烯组合物及其制备方法 - 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。所述聚丙烯组合物按重量份计包括以下组分：聚丙烯树脂60～99.8份、增韧剂0～30份和纳米纤维素5～15份。本发明通过在聚丙烯材料中添加纳米纤维素，纳米纤维素均匀分散在聚丙烯树脂中，形成纳米纤维素网络，显著提高材料的拉伸强度和耐划伤性能。本发明所制备的聚丙烯组合物具有制备简单、拉伸强度高、耐划伤、密度低的特性，可用于制备汽车塑料零部件。

Description

一种聚丙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有密度低、易加工、力学性能优异等优点，已广泛应用在汽车工业、家电及机械领域。对于汽车工业，聚丙烯主要应用在汽车内外饰零部件上，内饰件如仪表板、门板和立柱等，外饰件如保险杠、挡泥板、导流板等。汽车轻量化是汽车工业发展的重要方向，这要求汽车材料轻量化，而降低材料的密度则是直接减轻零部件重量的常规方案。此外对于内饰材料，通常要求材料具有很好的耐划伤性能。因此制备一种低密度耐划伤聚丙烯材料非常具有实际应用价值。
为了提高聚丙烯材料的耐划伤性能，常在聚丙烯材料中添加耐划伤剂，如酰胺和硅酮母粒等，然而添加酰胺易析出发粘，且气味大；添加硅酮母粒会降低材料的冲击性能。车用聚丙烯材料通常采用滑石粉作为填料，降低滑石粉添加量可明显降低材料的密度，但同时会降低材料的模量。因此，需要一种质轻的填料进行填充。纳米纤维素是一种具有优良性能和特殊结构的新型高分子材料，在食品、医药、生物、工业等多领域广泛应用。人们对纳米纤维素复合材料进行了一些研究。CN201810845418.0和CN201811063989.5通过添加纳米纤维素提高材料的熔体强度，制备发泡聚丙烯材料。然而，纳米纤维素在耐划伤聚丙烯材料中的应用尚无研究。因此，本领域尚需开发一种耐划伤、低密度的聚丙烯材料，用于汽车塑料零部件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种聚丙烯组合物，该聚丙烯组合物具有拉伸强度高、耐划伤、密度低的特性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种聚丙烯组合物，按重量份计，包括以下组分：聚丙烯树脂60～99.8份、增韧剂0～30份和纳米纤维素5～15份。
本发明研究惊讶地发现，在聚丙烯材料中添加纳米纤维素，纳米纤维素均匀分散在聚丙烯树脂中，形成纳米纤维素网络，能够显著提高材料的拉伸强度，进而提高材料的耐划伤性能。此外，当纳米纤维素含量较低时，聚丙烯材料划伤性能改善效果不明显；当纳米纤维素含量较高时，纳米纤维素易团聚，导致材料密度增加，且耐划伤性能降低，当纳米纤维素的重量份为5～15份时，材料的耐划伤性能良好，密度较低。
为进一步提高材料的力学性能，本发明的体系还可以添加增韧剂。
本发明通过优化聚丙烯树脂、增韧剂和纳米纤维素的含量，制备得到的聚丙烯组合物具有拉伸强度高、耐划伤、密度低的特性，可用于制备汽车塑料零部件。
为进一步提高聚丙烯材料的耐划伤性能和拉伸强度，所述纳米纤维素的重量份优选为8～12份，更优选为10份。
进一步地，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯树脂和共聚聚丙烯树脂中的至少一种。
进一步地，所述增韧剂包括乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和苯乙烯类共聚物弹性体中的至少一种。
进一步地，所述纳米纤维素包括纳米纤维素粉体、纳米纤维素母粒中的至少一种，优选为纳米纤维素母粒。在纳米纤维素添加量相同的情况下，相较于纳米纤维素粉体，纳米纤维素母粒对于材料的耐划伤性能的提升效果更显著。
进一步地，所述聚丙烯组合物，按重量份计，还包括以下组分：助剂0.2～2份。
进一步地，所述助剂为抗氧剂、光稳定剂中的至少一种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述抗氧剂具体可以是抗氧剂1010、1076、3114、168、PEP-36中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，具体可以是UV-3808PP5、LA-402XP、LA-402AF中的至少一种。
本发明还提供了上述的聚丙烯组合物的制备方法，按比例将各组分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为170～220℃，螺杆转速为350～450转/分，挤出造粒，得到聚丙烯组合物。
本发明还提供了上述聚丙烯组合物在汽车塑料零部件中的应用。本发明所制备的聚丙烯组合物具有制备简单、拉伸强度高、耐划伤、密度低的特性，可用于制备汽车塑料零部件。
本发明还提供了纳米纤维素在提高聚丙烯组合物的耐划伤性能中的应用，所述聚丙烯组合物按重量份计，包括以下组分：聚丙烯树脂60～99.8份、增韧剂0～30份和纳米纤维素5～15份，所述纳米纤维素的重量份优选为8～12份，更优选为10份。在目前的研究中，纳米纤维素添加到聚丙烯材料中，主要是研究其对聚丙烯材料的力学性能影响，而发明人经过试验发现，在上述体系中，纳米纤维素能够作为聚丙烯复合材料的抗划伤剂，显著提高聚丙烯材料的耐划伤性能。
进一步地，在所述应用中，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯树脂和共聚聚丙烯树脂中的至少一种。
进一步地，在所述应用中，所述增韧剂包括乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和苯乙烯类共聚物弹性体中的至少一种。
进一步地，在所述应用中，所述纳米纤维素包括纳米纤维素粉体、纳米纤维素母粒中的至少一种，优选为纳米纤维素母粒。
进一步地，在所述应用中，所述聚丙烯组合物按重量份计还包括以下组分：助剂0.2～2份，所述助剂为抗氧剂、光稳定剂中的至少一种，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明通过在聚丙烯材料中添加纳米纤维素，纳米纤维素均匀分散在聚丙烯树脂中，形成纳米纤维素网络，可显著提高材料的拉伸强度和耐划伤性能。
2)本发明所制备的聚丙烯组合物具有制备简单、拉伸强度高、耐划伤、密度低的特性，可用于制备汽车塑料零部件。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
对以下实施例和对比例的原料作如下说明：
均聚聚丙烯树脂：中石化；
共聚聚丙烯树脂：中石化；
乙烯-丁烯共聚物：陶氏化学；
乙烯-辛烯共聚物：陶氏化学；
纳米纤维素粉体：Symbio；
纳米纤维素母粒：自制，按均聚聚丙烯和纳米纤维素粉体按重量比50:50混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为170～220℃，螺杆转速为350～450转/分，挤出造粒，得到纳米纤维素母粒。
滑石粉：辽宁海城；
抗氧剂1010：巴斯夫；
抗氧剂168：巴斯夫；
光稳定剂3808PP5：美国氰特；
实施例1-10和对比例1-4的聚丙烯组合物的组分如表1所示，所述聚丙烯组合物的制备方法为：按比例将各组分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为170～220℃，螺杆转速为350～450转/分，挤出造粒，得到聚丙烯组合物。
表1实施例1-10和对比例1-4的聚丙烯组合物的配方
Figure BDA0002825449170000041
将上述实施例和对比例制备得到的聚丙烯组合物注塑样条或样板，用于测试其密度、拉伸强度和划伤性能，测试方法如下：
(1)密度：按照ISO 1183-2019标准测试拉伸强度；
(2)拉伸强度：按照ISO 527-2019标准测试拉伸强度；
(3)划伤性能：按照PV3952大众耐划伤实验标准进行测试；将注塑并在标准状态下调节48小时后的福特Yukon皮纹样板放置入Erichsenmode430十字耐划伤测试仪上。样品表面须保证同质性，不得含有任何其他物质。且须对样品进行清洁，不得使用油腻的手直接接触样品。在23±5℃的条件下进行划痕试验，划出一个至少为40*40mm的格子。其中，接触力F＝10N，刻划速度V＝1000mm/min。刻划后，使用色度计获取测试前后L值，并计算记录ΔL(明度变化)，ΔL越大耐划伤性能越差，一般大众要求10N负载下，ΔL<1.5。
实施例1-10和对比例1-4的聚丙烯组合物测试得到的性能参数如表2所示。
表2实施例1-10和对比例1-4的聚丙烯组合物的性能测试结果
Figure BDA0002825449170000051
由实施例3和对比例4结果可知，相较于滑石粉，本发明通过聚丙烯材料中添加纳米纤维素，能够显著降低材料的密度，并提高材料的拉伸强度和耐划伤性能。
由实施例1-4和对比例1-3结果可知，在其它组分相同的情况下，采用5～15重量份纳米纤维素改性的聚丙烯组合物具有耐划伤、密度低的特性，尤其当纳米纤维素含量为10份时，所得聚丙烯组合物拉伸强度最高、耐划伤性能最好。
由实施例3和实施例6结果可知，本发明体系中采用不同的聚丙烯树脂，制备得到的纳米纤维素改性的聚丙烯组合物均表现出良好的力学性能和耐划伤性能。
由实施例1和实施例8结果可知，本发明的纳米纤维素能够以纳米纤维素粉体或纳米纤维素母粒的形式添加到体系中，且在纳米纤维素添加量相同的情况下，相较于纳米纤维素粉体，纳米纤维素母粒对于提升材料的耐划伤性能的效果更显著。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：聚丙烯树脂60～99.8份、增韧剂0～30份和纳米纤维素5～15份，所述纳米纤维素的重量份优选为8～12份，更优选为10份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯树脂和共聚聚丙烯树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述增韧剂包括乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和苯乙烯类共聚物弹性体中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述纳米纤维素包括纳米纤维素粉体、纳米纤维素母粒中的至少一种，优选为纳米纤维素母粒。
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份计，还包括以下组分：助剂0.2～2份。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述助剂为抗氧剂和光稳定剂中的至少一种，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
7.权利要求1-6任一项所述的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，按比例将各组分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为170～220℃，螺杆转速为350～450转/分，挤出造粒，得到聚丙烯组合物。
8.权利要求1-6任一项所述的聚丙烯组合物在汽车塑料零部件中的应用。
9.纳米纤维素在提高聚丙烯组合物的耐划伤性能中的应用，其特征在于，所述聚丙烯组合物按重量份计，包括以下组分：聚丙烯树脂60～99.8份、增韧剂0～30份和纳米纤维素5～15份，所述纳米纤维素的重量份优选为8～12份，更优选为10份。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，如下(a)-(d)中的至少一项：
(a)所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯树脂和共聚聚丙烯树脂中的至少一种；
(b)所述增韧剂包括乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和苯乙烯类共聚物弹性体中的至少一种；
(c)所述纳米纤维素包括纳米纤维素粉体、纳米纤维素母粒中的至少一种，优选为纳米纤维素母粒；
(d)所述聚丙烯组合物，按重量份计，还包括以下组分：助剂0.2～2份，所述助剂为抗氧剂和光稳定剂中的至少一种，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
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