CN112538219A - 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，包括如下组分：聚丙烯树脂63～99份、增韧剂0～33份、超导炭黑1～6份、碳纳米管1～5份和聚醚聚丙烯嵌段共聚物1～7份。本发明通过在聚丙烯树脂中添加超导炭黑、碳纳米管和聚醚聚丙烯嵌段共聚物，聚醚聚丙烯嵌段共聚物与超导炭黑和碳纳米管相互作用，使得超导炭黑和碳纳米管分散均匀，碳纳米管分散在超导炭黑粒子间起搭桥作用，可显著提高材料的导电性能，从而得到一种导电性能高、力学性能优良的聚丙烯组合物，该聚丙烯组合物可用于制备汽车电磁屏蔽零部件。

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。随着电子及信息技术的迅速发展，对导电材料的需求也越来越迫切。导电材料在防静电和电磁屏蔽等领域具有广泛的应用。
为了提高聚丙烯材料的导电性，人们进行了很多研究。在聚丙烯中添加导电填料是目前提高聚丙烯材料导电性能的主要方法之一。CN201310662661.6在聚丙烯材料中添加导电炭黑来制备导电聚丙烯材料，但通常导电炭黑的添加量较高，这会降低聚丙烯材料的力学性能。因此需要在提高导电性能的基础上不降低材料的力学性能。CN201310160686.6通过添加石墨烯来制备聚丙烯导电复合材料，该制备过程复杂繁琐，不利于工业化规模化生产。因此，本领域尚需开发一种导电性能高、力学性能优良的聚丙烯导电材料，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，该聚丙烯组合物导电性高、力学性能优良。
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，包括如下组分：
Figure BDA0002825335060000011
本发明研究惊讶地发现，在聚丙烯树脂中添加超导炭黑、碳纳米管和聚醚聚丙烯嵌段共聚物，聚醚聚丙烯嵌段共聚物与超导炭黑和碳纳米管相互作用，使得超导炭黑和碳纳米管在聚丙烯树脂中分散均匀，碳纳米管分散在超导炭黑粒子间起搭桥作用，可显著提高聚丙烯材料的导电性能，从而得到一种导电性能高、力学性能优良的聚丙烯组合物。
其中，当超导炭黑含量较低时，聚丙烯组合物的导电性能较差；当超导炭黑含量较高时，超导炭黑易团聚，导致聚丙烯组合物的导电性能降低，且力学性能也降低。因此，为确保所得聚丙烯组合物具有良好的导电性能和力学性能，本发明的聚丙烯组合物中超导炭黑的重量份选为1～6份，优选为3～5份，更优选为4份。
当碳纳米管含量较低时，聚丙烯组合物的导电性能较差；当碳纳米管含量较高时，碳纳米管易团聚，导致聚丙烯组合物的导电性能降低，且力学性能降低。因此，为使所得聚丙烯组合物具有较好的导电性能和力学性能，本发明的聚丙烯组合物中碳纳米管的重量份为1～5份，优选为2～4份，更优选为3份。
当聚醚聚丙烯嵌段共聚物含量较低时，聚丙烯材料导电性能效果较差；当聚醚聚丙烯嵌段共聚物含量较高时，聚丙烯材料的导电性能不能再提高，且力学性能会下降。因此，本发明的聚丙烯组合物中聚醚聚丙烯嵌段共聚物的重量份选为1～7份，优选为3～5份，更优选为4份。
为进一步提高材料的冲击性能，本发明还可以在上述体系中添加适量的增韧剂。
进一步地，所述超导炭黑的比表面积为1000～1400m2/g。超导炭黑的比表面积较低时，聚丙烯材料的导电性能较差；比表面积较高时，超导炭黑分散较差，也导致聚丙烯材料导电性能较差。
进一步地，所述聚醚聚丙烯嵌段共聚物中聚醚段的重量含量为30～70％。当聚醚聚丙烯嵌段共聚物中聚醚段含量较低时，分散超导炭黑和碳纳米管的效果较差；当聚醚聚丙烯嵌段共聚物中聚醚段含量较高时，聚醚聚丙烯嵌段共聚物与基体聚丙烯相容性较差，使得材料力学性能和导电性能降低。
进一步地，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂，根据ASTM D12388-2010标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1～100g/10min。
进一步地，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和苯乙烯类共聚物弹性体，所述增韧剂的密度为0.85～0.9g/cm3，根据ASTM D12388-2010标准，在190℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为0.3～30g/10min。
进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。
进一步地，所述聚丙烯组合物，按重量份计，还包括如下组分：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和亚磷酸酯类抗氧剂，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
本发明还提供了上述的聚丙烯组合物的制备方法，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。
本发明的聚丙烯组合物制备方法简单，所制备得到的聚丙烯组合物兼具良好的导电性能和力学性能。
本发明还提供了上述的聚丙烯组合物在汽车电磁屏蔽零部件中的应用。本发明制备得到的聚丙烯组合物具有导电性能高、力学性能优良的特性，可用于制备汽车电磁屏蔽零部件。
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超导炭黑、碳纳米管和聚醚聚丙烯嵌段共聚物，聚醚聚丙烯嵌段共聚物与超导炭黑和碳纳米管相互作用，使得超导炭黑和碳纳米管在聚丙烯材料中分散均匀，碳纳米管分散在超导炭黑粒子间起搭桥作用，可显著提高聚丙烯材料的导电性能。
2)本发明所制备的聚丙烯组合物具有导电性能高、力学性能优良的特性，可用于制备汽车电磁屏蔽零部件。
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来源作如下说明：
聚丙烯树脂：中石化，共聚聚丙烯树脂，根据ASTM D1238-2010标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为30g/10min；
增韧剂：陶氏化学，乙烯-丁烯共聚物，密度为0.862g/cm3，根据ASTM D1238-2010标准，在190℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1g/10min；
超导炭黑：卡博特；
碳纳米管：山东大展；碳纳米管为多壁碳纳米管；
聚醚聚丙烯嵌段共聚物：三洋化成；
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1-16和对比例1-6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：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1-16和对比例1-6的聚丙烯组合物的配方
Figure BDA0002825335060000041
Figure BDA0002825335060000051
将上述制备得到的组合物注塑成样条或样板，用于测试体积电阻率和悬臂梁缺口冲击强度，测试方法如下：
(1)体积电阻率：采用上海精密科学仪器有限公司制造的ZC46A高阻计配以ZC36的电极进行测试；
(2)悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO180-2008《塑料悬臂梁缺口冲击的测试》标准进行测试。
测试性能参数如表2所示。
表2实施例1-16和对比例1-6的聚丙烯组合物的性能测试结果
Figure BDA0002825335060000052
比较实施例1-3和对比例1-2可知，当超导炭黑含量较低时，聚丙烯材料导电性能较差，当超导炭黑含量较高时，超导炭黑易团聚，导致材料的导电性能降低，且力学性能也有所降低。因此，为确保本发明的聚丙烯组合物具有良好的导电性能和力学性能，超导炭黑的重量份选为1～6份，优选为3～5份，更优选为4份。
比较实施例2和实施例8结果可知，增韧剂的加入可以显著提升材料的力学性能，但对导电性几乎没有影响。
比较实施例2、实施例4-5和对比例3-4可知，当碳纳米管含量较低时，聚丙烯材料导电性能较差，当碳纳米管含量较高时，碳纳米管易团聚，导致材料的导电性能降低，且力学性能也降低，为确保本发明的聚丙烯组合物具有良好的导电性能和力学性能，碳纳米管的重量份选为1～5份，优选为2～4份，更优选为3份。
比较实施例2、实施例6-7和对比例5-6可知，当聚醚聚丙烯嵌段共聚物含量较低时，聚丙烯材料导电性能较差，当聚醚聚丙烯嵌段共聚物含量较高时，聚丙烯材料的导电性能不能再提高，且力学性能反而会下降。因此，本发明的聚丙烯组合物中聚醚聚丙烯嵌段共聚物的重量份选为1～7份，优选为3～5份，更优选为4份。
比较实施例2、实施例9-12结果可知，选用比表面积为1000-1400m2/g的超导炭黑时，制备得到的聚丙烯组合物具有良好的导电性能。
比较实施例2和实施例13-16结果可知，聚醚聚丙烯嵌段共聚物的聚醚段含量较低时，对材料力学性能和导电性能的提升效果不显著；当聚醚段含量较高时，聚醚聚丙烯嵌段共聚物与基体聚丙烯相容性较差，使得材料力学性能和导电性能降低。因此，为确保聚丙烯组合物具有良好的导电性能和力学性能，本发明优选聚醚段重量含量为30-70％的聚醚聚丙烯嵌段共聚物。
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，包括如下组分：
Figure FDA0002825335050000011
2.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述超导炭黑的比表面积为1000～1400m2/g。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚醚聚丙烯嵌段共聚物中聚醚段的重量含量为30～70％。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂，根据ASTM D1238-2010标准，在230℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为1～100g/10min。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和苯乙烯类共聚物弹性体，所述增韧剂的密度为0.85～0.9g/cm3，根据ASTM D1238-2010标准，在190℃，2.16kg负荷下，其熔体质量流动速率为0.3～30g/10min。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份计，还包括如下组分：助剂0.2～2份。
8.根据权利要求7所述的聚丙烯组合物，其特征在于，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和亚磷酸酯类抗氧剂，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
9.权利要求1-8任一项所述的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，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。
10.权利要求1-8任一项所述的聚丙烯组合物在汽车电磁屏蔽零部件中的应用。
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