CN112500644A - 一种导电聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电聚丙烯组合物及其制备方法。所述导电聚丙烯组合物按重量份计，包括以下组分：聚丙烯树脂A 30‑70份、聚丙烯树脂B 2‑20份和导电炭黑15‑30份；所述聚丙烯树脂A根据ISO1133‑2‑2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1～100g/10min；所述聚丙烯树脂B为超高流动性聚丙烯树脂，根据ISO1133‑2‑2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1000～2000g/10min；所述导电炭黑根据ASTM D3493‑2016测试，其吸油值＞120m3/100g。本发明通过添加超高流动性聚丙烯树脂作为分散组分，有效改善导电炭黑在聚丙烯体系中的分散性，提高聚丙烯材料的导电性和力学性能。

Description

一种导电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，具体涉及一种导电聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
未来的汽车自动化驾驶技术中自动巡航(ACC)、防撞系统(CA)以及变道辅助系统等将大量使用毫米波雷达，且随着技术的发展，77GHz毫米波雷达将在汽车行业普遍产业化并替代24GHz毫米波雷达成为汽车毫米波雷达应用的主流，在此情况下，雷达的抗干扰显得格外重要。
聚丙烯(PP)作为一种高性价比的通用塑料，通过改性后具有力学性能优良、耐化学、高耐热等特点，广泛应用于汽车产品。然而，聚丙烯具有不能导电的问题，无法满足具有电磁信号屏蔽要求的汽车内外饰件的使用需求。
为拓宽聚丙烯材料在导电方面的应用领域，现有技术针对聚丙烯的导电性开展大量的改性研究。CN 110951164 A、CN 104877232 A和CN 109867859 A公开了一些关于聚丙烯材料实现导电性的技术方案，其中CN 110951164 A采用了微发泡技术来改善材料的导电性，但众所周知，使用微发泡技术将导致材料各项物性都发生大幅度下降，一定程度上限制了其推广使用；CN 104877232 A则采用改性碳化细菌纤维素纳米材料来实现聚丙烯材料的导电，目前多壁碳纳米管(MWCNT)的工业化已经大幅度降低了原材料成本，采用碳化细菌纤维素不仅对降低成本无效，其所实现的导电性也远远低于MWCNT以及导电炭黑等工业化导电填料，同时其加工制备方式过于繁琐；CN 109867859 A采用金属-有机骨架材料MOFs作为主导电填料以及石墨烯、炭黑、碳纳米管、碳纤维和可导电金属粉等其中一种作为辅助导电填料，通过复配的方式提高材料的导电性能，但是其方案目前实现的仅是抗静电级，而非导电级。
导电炭黑作为最常见的导电填料，其优势在于价格低廉，对人体无害，所以常被选作为抗静电材料以及导电材料，但导电炭黑由于结构上的限制，其在实现材料的导电功能时，添加量往往非常之高，通常添加量需要达到碳纳米管的5-10倍才能实现材料的导电，在如此高的导电炭黑添加量情况之下，导电炭黑的分散成为影响材料导电性以及制品外观及性能的最大问题。而添加分散剂是较为常规的解决导电炭黑分散问题的改性手段，常规的分散剂包括低聚物，例如PP蜡、PE蜡等，以及EBS、硬脂酸盐等分子量较低的添加剂，但其由于分子量过低，这些添加剂在配方中的添加量不宜过高，否则将严重影响材料的力学性能，同时存在析出发粘的风险，同时由于聚丙烯相比于其它极性树脂来说更不易实现导电性，所以目前市面上关于导电聚丙烯产品的报道相对较少，因此本领域尚需开发一种制备工艺简单可行，具有良好的导电性，同时适用于有电磁屏蔽需求的汽车内外饰件的聚丙烯材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种具有低表面电阻的导电聚丙烯组合物。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种导电聚丙烯组合物，按重量份计，包括以下组分：聚丙烯树脂A 30-70份、聚丙烯树脂B 2-20份和导电炭黑15-30份；
所述聚丙烯树脂A根据ISO1133-2-2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1～100g/10min；
所述聚丙烯树脂B为超高流动性聚丙烯树脂，根据ISO1133-2-2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1000～2000g/10min；
所述导电炭黑根据ASTM D3493-2016测试，其吸油值＞120m3/100g。
本发明通过选用超高流动性聚丙烯树脂作为分散组分，有效改善导电炭黑在聚丙烯体系中的分散性，使得制备的聚丙烯材料的导电性提高，其表面电阻处于104-102Ω/sq范围之内。同时由于导电炭黑的分散性得到提升，材料的冲击性能以及弯曲模量具有一定程度的上升。此外，相比于PP蜡以及EBS等小分子量分散剂，超高流动性聚丙烯与基体树脂具有更高的相容性，可以有效解决由于助剂不相容而产生的析出发粘问题，也正是由于相容性的提高，当使用超高流动性聚丙烯替代PP蜡以及EBS等小分子量分散剂时，可以大幅度提高材料的力学性能。
超高流动性聚丙烯树脂的添加量过低，则改善导电炭黑在聚丙烯体系中的分散性效果不明显；超高流动性聚丙烯树脂的添加量过高，材料的导电性明显降低，因此，本发明中超高流动性聚丙烯树脂的添加量为2-20重量份。
此外，吸油值过低的炭黑不利于提升材料的导电性，因此本发明选用吸油值＞120m3/100g的导电炭黑。
进一步地，所述聚丙烯树脂B的重量份为5-10份。当聚丙烯树脂B的重量份为5-10份时，制备得到的聚丙烯组合物的导电性和力学性能较好。
进一步地，所述聚丙烯树脂A为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种；所述超高流动性聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
进一步地，所述聚丙烯树脂A根据ISO1133-2-2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为10～100g/10min，能够进一步提高材料的导电性、冲击强度和弯曲模量。
进一步地，所述导电聚丙烯组合物按重量份计，还包括以下组分：填料10-30份，所述填料包括滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、玻纤中的至少一种。
进一步地，所述导电聚丙烯组合物按重量份计，还包括以下组分：助剂0.1-3份，所述助剂包括抗氧剂、光稳定剂中的至少一种。
进一步地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述受阻酚类抗氧剂包括抗氧剂1010、1076、3114中的至少一种，所述亚磷酸酯类抗氧剂包括抗氧剂168、PEP-36中的至少一种。
进一步地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，受阻胺类光稳定剂包括UV-3808PP5、LA-402XP、LA-402AF中的至少一种。
本发明还提供了上述导电聚丙烯组合物的制备方法，将聚丙烯树脂A、聚丙烯树脂B、填料、导电炭黑及助剂混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼的温度为200～210℃，螺杆转速为350～450转/分钟，挤出造粒，得到导电聚丙烯组合物。
本发明还提供了上述聚丙烯组合物在具有电磁信号屏蔽功能的汽车内外饰件中的应用。本发明的生产方法简单便于实行，具有成本优势，且制备得到的聚丙烯组合物具有非常高的导电性，适合作为EMI材料应用于具有EMI特性需求的汽车内外饰件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明通过选用超高流动性聚丙烯树脂作为分散组分，能够有效改善导电炭黑在聚丙烯体系中的分散性，使得制备的聚丙烯材料导电性提高，其表面电阻处于104-102Ω/sq范围之内。同时由于导电炭黑的分散性得到提升，聚丙烯材料的冲击性能以及弯曲模量也具有一定程度的上升。此外，相比于PP蜡以及EBS等小分子量分散剂，超高流动性聚丙烯与基体具有更高的相容性，可以解决因小分子量分散剂与基体不相容而产生的析出发粘问题，并大幅度提高材料的力学性能；
2)本发明的聚丙烯组合物具有生产方法简单便于实行，生产成本低，导电性高的优势，适合作为EMI材料应用于具有EMI特性需求的汽车内外饰件。
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。
实施例和对比例中用到的主要代表材料如下：
PP树脂1：根据ISO1133-2-2011标准，在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为40g/10min，中石化茂名，共聚聚丙烯；
PP树脂2：根据ISO1133-2-2011标准，在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为2g/10min，中海壳牌，共聚聚丙烯；
超高流动性PP树脂1#：均聚聚丙烯，根据ISO1133-2-2011标准，在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为1400g/10min；
超高流动性PP树脂2#：均聚聚丙烯，根据ISO1133-2-2011标准，在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为1000g/10min；
超高流动性PP树脂3#：均聚聚丙烯，根据ISO1133-2-2011标准，在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为2000g/10min；
超高流动性PP树脂4#：均聚聚丙烯，根据ISO1133-2-2011标准，在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为500g/10min；
超高流动性PP树脂5#：均聚聚丙烯，根据ISO1133-2-2011标准，在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为3000g/10min；
上述超高流动性PP树脂采用在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为20g/10min的均聚聚丙烯通过添加不同添加量的过氧化物进行降解的方法制备得到。
导电炭黑1：根据ASTM D3493-2016测试，吸油值150m3/100g，博拉炭黑；
导电炭黑2：根据ASTM D3493-2016测试，吸油值110m3/100g，博拉炭黑；
滑石粉：粒径3000目，北海集团；
抗氧剂：抗氧剂1010和抗氧剂168，双键化工；
光稳定剂：UV-3808，BASF；
PP蜡：科莱恩；
EBS：韩国信元。
实施例1-9的导电聚丙烯组合物的组分如表1所示，对比例1-7的导电聚丙烯组合物的组分如表2所示，所述聚丙烯组合物的制备方法为：将各组分原料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200～210℃，螺杆转速为350～450转/分钟，挤出造粒，得到聚丙烯组合物。
将上述实施例和对比例制备的聚丙烯组合物注塑成100mm*100mm*2mm样片及ISO标准力学样条，进行如下性能测试：
按ASTM D4496-2013和D257-2014标准对材料的表面电阻进行测试；
冲击强度的测试标准为ISO 527-1-2012；
弯曲模量的测试表示为ISO 178-2010。
表1实施例1-9的聚丙烯组合物的配方及性能测试结果
Figure BDA0002803776980000051
表2对比例1-7的聚丙烯组合物的配方及性能测试结果
Figure BDA0002803776980000061
实施例1～9的聚丙烯组合物的表面电阻均处于104～102Ω/sq水平，说明本发明采用超高流动性聚丙烯树脂作为分散剂，可以很大程度改善导电炭黑在聚丙烯中的分散性，使得聚丙烯材料达到非常好的导电性。
由实施例1～4与对比例1～2的结果可知，当超高流动性聚丙烯树脂的重量份为2-20份时，尤其是5-10份时，制备得到的聚丙烯组合物兼具较好的导电性和力学性能。
由实施例1和实施例9结果可知，聚丙烯树脂A的熔体质量流动速率对于聚丙烯组合物的导电性、冲击强度和弯曲模量也有一定影响，为进一步地提高材料的导电性、冲击强度和弯曲模量，本发明的聚丙烯树脂A优选熔体质量流动速率为10～100g/10min的聚丙烯树脂。
由实施例1、实施例7～8与对比例3～4的结果可知，超高流动性聚丙烯树脂的熔体质量流动速率处于1000-2000g/10min时具有高的导电性，同时材料的力学性能有所改善，而使用熔体质量流动速率低于1000g/10min的超高流动性聚丙烯时，材料的导电性提升不明显，而选用熔体质量流动速率高于2000g/10min的超高流动性聚丙烯树脂时，虽然材料的导电性有所改善，但材料的力学性能明显下降。
比较实施例1、实施例7～8与对比例5～6的结果发现，采用超高流动性聚丙烯树脂替代传统的PP蜡以及EBS作为分散剂时，得到的聚丙烯材料具备更优的导电性，同时力学性能更佳。
由实施例1和对比例7结果可知，炭黑的吸油值过低，不利于提升材料导电性，因此，本发明选用吸油值＞120m3/100g的导电炭黑。
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)

1.一种导电聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：聚丙烯树脂A 30-70份、聚丙烯树脂B 2-20份和导电炭黑15-30份；
所述聚丙烯树脂A根据ISO1133-2-2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1～100g/10min；
所述聚丙烯树脂B为超高流动性聚丙烯树脂，根据ISO1133-2-2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1000～2000g/10min；
所述导电炭黑根据ASTM D3493-2016测试，其吸油值＞120m3/100g。
2.如权利要求1所述的导电聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂B的重量份为5-10份。
3.如权利要求1所述的导电聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂A为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种；所述超高流动性聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
4.如权利要求1所述的导电聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂A根据ISO1133-2-2011标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为10～100g/10min。
5.如权利要求1所述的导电聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份计，还包括以下组分：填料10-30份，所述填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、玻纤中的至少一种。
6.如权利要求1所述的导电聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份计，还包括以下组分：助剂0.1-3份，所述助剂为抗氧剂、光稳定剂中的至少一种。
7.如权利要求6所述的导电聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
8.如权利要求6所述的导电聚丙烯组合物，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
9.权利要求1-8任一项所述的导电聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，将聚丙烯树脂A、聚丙烯树脂B、填料、导电炭黑及助剂混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼的温度为200～210℃，螺杆转速为350～450转/分钟，挤出造粒，得到导电聚丙烯组合物。
10.权利要求1-8任一项所述的导电聚丙烯组合物在具有电磁信号屏蔽功能的汽车内外饰件中的应用。
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