CN113004614A - 一种免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域，按重量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：聚丙烯70～80份、矿物填料10～20份、耐热剂1～2份、润滑剂0.5～1份和颜料1～3份；所述耐热剂包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂。本发明提供的免喷涂聚丙烯复合材料以聚丙烯为基体，通过选择包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的复合耐热剂，在有效提高聚丙烯的耐高温性的同时不影响聚丙烯复合材料的颜色效果，应用领域更广泛。本发明提供的免喷涂聚丙烯复合材料的热变形温度可以达到108℃，材料表面发黄问题减轻；同时在80℃下烘烤2h后，材料无变形、翘曲和变黄问题。

Description

一种免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
现有免喷涂材料在用于汽车或者家电零部件时，由于材料耐温性能不佳，例如汽车内饰材料在长时间的户外暴晒以及家电在长时间运行时容易产生变形，老化较快，影响产品的使用效果和使用寿命。
目前现有技术中的耐高温免喷涂材料，例如公开号为CN112111137A的发明专利公开了“免喷涂材料及其制备方法和应用”，该专利使用多种树脂作为基体，选用聚四氟乙烯、二硫化钼和硅酮母粒作为防刮擦剂的同时还可有效提高其耐高温性能，但是由于二硫化钼本身呈黑色或铅灰色且有金属光泽，使材料颜色的选择受到了极大的局限性，从而限制了免喷涂材料的应用。
因此，有必要提供一种免喷涂材料使其具有良好的耐高温性能的同时还可在颜色选择方面不受局限，从而能够拓宽免喷涂材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明提供的免喷涂聚丙烯复合材料具有良好的耐高温性能和丰富的颜色选择性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明的技术方案提供了一种免喷涂聚丙烯复合材料，按重量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：聚丙烯70～80份、矿物填料10～20份、耐热剂1～2份、偶联剂0.5～1份和颜料1～3份；所述耐热剂包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂。
优选的，所述硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的质量比为1：(1.5～2.5)。
优选的，所述矿物填料包括滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中一种或多种。
优选的，所述偶联剂为硼酸酯类偶联剂。
优选的，所述颜料包括铝粉、高色素炭黑或聚烯烃载体石墨黑颜料。
本发明还提供了上述技术方案所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将部分矿物填料和偶联剂预混，再加入聚丙烯共混，得到混合原料A；所述部分矿物填料的质量为矿物填料和偶联剂总质量的50～85％；
(2)将剩余的矿物填料和偶联剂与耐热剂共混，得到混合原料B；
(3)将所述步骤(1)得到的混合原料A和步骤(2)得到的混合原料B分别静置后，进行共挤出成型，得到免喷涂聚丙烯复合材料。
优选的，所述步骤(3)中静置的时间为1～3min。
优选的，所述步骤(3)中共挤出成型时，混合原料A的加料方式为主喂料，混合原料B的加料方式为侧喂料。
优选的，所述步骤(3)中共挤出成型的温度为180～240℃。
优选的，所述步骤(3)中共挤出成型的主机挤出转速为300～400r/min。
本发明提供了一种免喷涂聚丙烯复合材料，按重量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：聚丙烯70～80份、矿物填料10～20份、耐热剂1～2份、偶联剂0.5～1份和颜料1～3份；所述耐热剂包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂。本发明提供的免喷涂聚丙烯复合材料以聚丙烯为基体，通过选择包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的耐热剂，即复合添加的耐热剂有效提高了聚丙烯的耐高温性，同时还不影响聚丙烯复合材料中颜料的颜色，使制备而成的免喷涂材料具有更广泛的应用领域。实验结果表明，本发明实施例制备的免喷涂聚丙烯复合材料的热变形温度可以达到108℃，材料表面发黄问题减轻；同时在80℃下烘烤2h后，材料无变形、翘曲和变黄问题，耐热性能得到有效改善。
具体实施方式
本发明提供了一种免喷涂聚丙烯复合材料，按重量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：聚丙烯70～80份、矿物填料10～20份、耐热剂1～2份、偶联剂0.5～1份和颜料1～3份；所述耐热剂包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂。
按重量份数计，制备本发明所述免喷涂聚丙烯复合材料的原料包括聚丙烯70～80份，优选为73～80份，更优选为75～80份。本发明以聚丙烯为基体，对其进行改性，使其具有更高的耐热性能。
以聚丙烯的重量份数为70～80份计，制备本发明所述免喷涂聚丙烯复合材料的原料包括矿物填料10～20份，优选为13～20份，更优选为16～20份。本发明通过添加矿物填料可以替代一部分聚丙烯基体，其熔点相对较高且质地较硬，可有效改善聚丙烯复合材料受热翘曲变形问题。
在本发明中，所述矿物填料优选包括滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中一种或多种。本发明通过在滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中进行填料的选取，可以在改善材料翘曲变形问题的同时，利用其具有较好的分散性，可以更好的分散至聚丙烯基体中，从而获得均匀的混合体系，成型效果更好。
在本发明中，所述填料的粒径优选为1000～3000目，更优选为2000～3000目。本发明通过选择一定粒径的填料，能够使其更加均匀的分散至聚丙烯体系中，从而使填料小颗粒与聚合物大分子紧密结合，使聚丙烯基体在受热时具有更高的尺寸稳定性，从而有效改善聚丙烯聚丙烯复合材料的翘曲变形问题。
以聚丙烯的重量份数为70～80份计，制备本发明所述免喷涂聚丙烯复合材料的原料包括耐热剂1～2份，优选为1.2～2份，更优选为1.5～2份。本发明主要通过添加耐热剂来提高聚丙烯基体的耐热性能，减少聚丙烯体系在高温挤出时的氧化分解，延缓成品的老化，提高免喷涂聚丙烯复合材料的使用寿命。
在本发明中，所述耐热剂包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂。本发明通过复合添加硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂作为耐热剂，能够有效替代其他耐热剂的使用，自身热稳定较高，可避免耐热剂在高温挤出时自身的分解而影响聚丙烯耐热性的提高，同时还具有较好的润滑性，更有利于挤出成型，而且也不会影响聚丙烯复合材料的颜色效果。
在本发明中，所述硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的质量比优选为1：(1.5～2.5)，更优选为1：(1.8～2.0)。本发明通过具体选择硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的配比，能够进一步提高聚丙烯基体的高温稳定性。
以聚丙烯的重量份数为70～80份计，制备本发明所述免喷涂聚丙烯复合材料的原料包括偶联剂0.5～1份，优选为0.6～1份，优选为0.8～1份。在本发明中，所述偶联剂优选为硼酸酯类偶联剂。本申请通过添加少量的偶联剂可降低聚丙烯体系的粘度，改善矿物填料在聚丙烯基体中的分散度，从而获得更好的成型效果；同时选用硼酸酯类偶联剂可以兼具偶联和润滑作用。
以聚丙烯的重量份数为70～80份计，制备本发明所述免喷涂聚丙烯复合材料的原料包括颜料1～3份，优选为1.5～3份，更优选为2～3份。在本发明中，所述颜料优选包括铝粉、高色素炭黑或聚烯烃载体石墨黑颜料。本发明可以选用除高色素炭黑或聚烯烃载体石墨黑颜料，还可以选用除黑色以外的颜料，并且在少量的添加量下即可获得优异的颜色效果。
本发明提供的免喷涂聚丙烯复合材料以聚丙烯为基体，通过选择包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的耐热剂，即复合添加的耐热剂有效提高了聚丙烯的耐高温性，同时还不影响聚丙烯复合材料中颜料的颜色，使制备而成的免喷涂材料具有更广泛的应用领域。
本发明还提供了上述技术方案所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将部分矿物填料和偶联剂预混，再加入聚丙烯共混，得到混合原料A；所述部分矿物填料的质量为矿物填料总质量的50～85％；
(2)将剩余的矿物填料和偶联剂与耐热剂共混，得到混合原料B；
(3)将所述步骤(1)得到的混合原料A和步骤(2)得到的混合原料B分别静置后，进行共挤出成型，得到免喷涂聚丙烯复合材料。
本发明将部分矿物填料和偶联剂预混，再加入聚丙烯共混，得到混合原料A。
在本发明中，所述部分矿物填料的质量为矿物填料总质量的50～85％，优选为60～85％，更优选为70～85％。本发明先通过分步混合部分原料，可以使各组分的原料混合更加均匀，矿物填料和聚合物组分之间结合更紧密，更有利于挤出成型。
在本发明中，所述预混的转速优选为20～30r/min，更优选为25～30r/min，最优选为30r/min；所述预混的时间优选为1～3min，更优选为2～3min，最优选为3min。
在本发明中，所述共混的转速优选为120～150r/min，更优选为135～150r/min，最优选为150r/min；所述共混的时间优选为8～12min，更优选为8～10min，最优选为10min。
得到混合原料A后，本发明将剩余的矿物填料和偶联剂与耐热剂共混，得到混合原料B。
在本发明中，所述共混的转速优选为120～150r/min，更优选为135～150r/min，最优选为150r/min；所述共混的时间优选为8～12min，更优选为8～10min，最优选为10min。
本发明对所述步骤(1)和(2)中的混合设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的混合物料的设备即可。
得到混合原料B后，本发明将得到的混合原料A和混合原料B分别静置后，进行共挤出成型，得到免喷涂聚丙烯复合材料。
在本发明中，所述混合原料A和混合原料B的静置的时间独立地优选为1～3min。本发明通过静置一段时间可以使聚丙烯混合体系的气泡逸出，减少挤出成型后的气孔夹杂，提高成型效果。
在本发明中，所述共挤出成型时，混合原料A的加料方式优选为主喂料，混合原料B的加料方式优选为侧喂料。本发明通过将混合原料A、B以不同的喂料方式加料，可以减少混合原料B中的耐热剂的受热时间，减少过多的剪切热引起的耐热剂的降解，通过喂料方式的调整，使得侧喂料添加的耐热剂也可以在混合物中更好的分散，提高材料的高温耐热性。
本发明所述的共挤出成型的设备优选为双螺杆挤出机。
在本发明中，所述共挤出成型的温度优选为180～240℃，更优选为200～240℃，最优选为220～240℃。本发明通过控制共挤成型的温度，可以使混合原料在所述的挤出温度下获得更适宜的流动性，避免混合原料在高温下氧化分解。
在本发明中，所述共挤出成型的主机挤出转速优选为300～400r/min，更优选为330～400r/min，最优选为350～400r/min。本发明通过控制共挤成型的主机转速，可以使聚丙烯混合体系获得适宜的剪切速率，成型效果更好。
本发明提供的所述的聚丙烯复合材料的制备方法，不仅更有利于提高聚丙烯复合材料的高温耐热性，而且工艺简单，更容易操作，成本低，更适用于大批量生产。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备的免喷涂聚丙烯复合材料，按重量份数计，由如下组分的原料制备得到：聚丙烯75份、矿物填料20份、耐热剂2份、偶联剂2份和颜料1份；其中矿物填料采用粒径为3000目的滑石粉；耐热剂为硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂，且硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的质量比为1：2；偶联剂为青岛世纪卓新化工生产的CH-901型号的硼酸酯类偶联剂；颜料为铝粉。
所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，由如下步骤组成：
(1)将部分矿物填料和偶联剂在30r/min转速下预混3min，再加入聚丙烯在150r/min转速下共混10min，得到混合原料A；其中部分矿物填料的质量为矿物填料和偶联剂总质量的60％；
(2)将剩余的矿物填料和偶联剂与耐热剂150r/min转速下共混10min，得到混合原料B；
(3)将所述步骤(1)得到的混合原料A和步骤(2)得到的混合原料B分别静置3min后，将混合原料A以主喂料方式置于双螺杆挤出机的料斗中，将混合原料B以侧喂料方式置于双螺杆挤出机的料斗中，在220℃、主机转速为350r/min的条件下进行共挤出成型，得到免喷涂聚丙烯复合材料。
实施例2
本实施例制备的免喷涂聚丙烯复合材料，按重量份数计，由如下组分的原料制备得到：聚丙烯74.5份、矿物填料20份、耐热剂2份、偶联剂2份和颜料1.5份；其中矿物填料采用粒径为3000目的滑石粉和碳酸钙；耐热剂为硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂，且硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的质量比为1：2；偶联剂为青岛世纪卓新化工生产的CH-901型号的硼酸酯类偶联剂；颜料为铝粉。
所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，由如下步骤组成：
(1)将部分矿物填料和偶联剂在30r/min转速下预混3min，再加入聚丙烯在150r/min转速下共混10min，得到混合原料A；其中部分矿物填料的质量为矿物填料和偶联剂总质量的60％；
(2)将剩余的矿物填料和偶联剂与耐热剂150r/min转速下共混10min，得到混合原料B；
(3)将所述步骤(1)得到的混合原料A和步骤(2)得到的混合原料B分别静置3min后，将混合原料A以主喂料方式置于双螺杆挤出机的料斗中，将混合原料B以侧喂料方式置于双螺杆挤出机的料斗中，在220℃、主机转速为350r/min的条件下进行共挤出成型，得到免喷涂聚丙烯复合材料。
实施例3
本实施例制备的免喷涂聚丙烯复合材料，按重量份数计，由如下组分的原料制备得到：聚丙烯74份、矿物填料20份、耐热剂2份、偶联剂2份和颜料2份；其中矿物填料采用粒径为3000目的碳酸钙和硫酸钡；耐热剂为硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂，且硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的质量比为1：2；偶联剂为青岛世纪卓新化工生产的CH-901型号的硼酸酯类偶联剂；颜料为铝粉。
所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，由如下步骤组成：
(1)将部分矿物填料和偶联剂在30r/min转速下预混3min，再加入聚丙烯在150r/min转速下共混10min，得到混合原料A；其中部分矿物填料的质量为矿物填料和偶联剂总质量的60％；
(2)将剩余的矿物填料和偶联剂与耐热剂150r/min转速下共混10min，得到混合原料B；
(3)将所述步骤(1)得到的混合原料A和步骤(2)得到的混合原料B分别静置3min后，将混合原料A以主喂料方式置于双螺杆挤出机的料斗中，将混合原料B以侧喂料方式置于双螺杆挤出机的料斗中，在220℃、主机转速为350r/min的条件下进行共挤出成型，得到免喷涂聚丙烯复合材料。
本发明将实施例1～3制备得到的免喷涂聚丙烯复合材料进行耐热性能检测，检测设备为热变形试验仪，检测标准为ISO 75-1；材料发黄问题由色差仪测试颜色，并由ΔB进行表征。具体结果如下：
本发明实施例1～3制备的免喷涂聚丙烯复合材料的热变形温度均可以提高到108℃，而普通免喷涂材料热变形温度一般在94～95℃。可见，本发明制备的免喷涂聚丙烯复合材料热变形温度得到明显提高，耐热性能得到显著改善。
本发明实施例1～3制备的免喷涂聚丙烯复合材料的ΔB均未超过0.5，而常规的免喷涂材料发黄后的ΔB可高至0.8～1.0之间。可见，本发明制备的免喷涂聚丙烯复合材料表面发黄问题也得到了显著改善。
同时，本发明实施例1～3制备的免喷涂聚丙烯复合材料在80℃下烘烤2h后均无变形、翘曲和变黄问题，耐热性能得到有效改善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种免喷涂聚丙烯复合材料，按重量份数计，由包括如下组分的原料制备得到：聚丙烯70～80份、矿物填料10～20份、耐热剂1～2份、偶联剂0.5～1份和颜料1～3份；所述耐热剂包括硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂。
2.根据权利要求1所述的免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硬脂酸钙和硫代二丙酸二硬脂的质量比为1：(1.5～2.5)。
3.根据权利要求1所述的免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述矿物填料包括滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硼酸酯类偶联剂。
5.根据权利要求1所述的免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述颜料包括铝粉、高色素炭黑或聚烯烃载体石墨黑颜料。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将部分矿物填料和偶联剂预混，再加入聚丙烯共混，得到混合原料A；所述部分矿物填料的质量为矿物填料和偶联剂总质量的50～85％；
(2)将剩余的矿物填料和偶联剂与耐热剂共混，得到混合原料B；
(3)将所述步骤(1)得到的混合原料A和步骤(2)得到的混合原料B分别静置后，进行共挤出成型，得到免喷涂聚丙烯复合材料。
7.根据权利要求6所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中静置的时间为1～3min。
8.根据权利要求6所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中共挤出成型时，混合原料A的加料方式为主喂料，混合原料B的加料方式为侧喂料。
9.根据权利要求6所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中共挤出成型的温度为180～240℃。
10.根据权利要求6所述的免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中共挤出成型的主机挤出转速为300～400r/min。
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