CN113402815A - 一种无填充高发泡倍率聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无填充高发泡倍率聚丙烯组合物及其制备方法，属于高分子材料领域。本发明所述产品通过在聚丙烯配方中添加特定含量的LDPE，可有效提高熔体强度、减少材料的泡孔直径，使发泡更加均匀，从而提高发泡性能和质量；LDPE与聚丙烯以及增韧剂具有良好的相容效果及粘接性，可在发泡过程中减少泡孔周围的破裂，减少气泡过大或并泡的问题，发泡倍率高，在聚丙烯材料发泡后可显著提升其力学性能，同时保持外观平整、光滑。本发明还提供了所述聚丙烯组合物的制备方法，该制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。本发明还提供了LDPE在提高聚丙烯组合物的发泡性能中的应用。本发明还提供了所述产品在交通工具零部件制备中的应用。

Description

一种无填充高发泡倍率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，具体涉及一种无填充高发泡倍率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，目前已被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如仪表板、门板和立柱等，以及外饰件如保险杠、挡泥板、导流板等上。随着节能减排和汽车轻量化的逐年推进，发泡成型聚丙烯技术在汽车零部件领域也在不断推广，二次开模发泡用聚丙烯材料正在由第一代(20％滑石粉填充)向第二代(10％滑石粉填充)过渡，并且已经初步应用第三代(无填充)发泡聚丙烯。
为了提高聚丙烯材料的发泡性能，人们进行了很多研究，特别是在高熔体强度聚丙烯的开发和挑选方面，以及发泡剂的机理和性能方面都进行了很深的研究，获得了具有良好的发泡倍率和外观的材料产品。但现在开发出的第三代发泡聚丙烯由于无矿物填充，发泡时气核生成少，发泡倍率较低，通常只有1.2～1.5倍，且泡孔直径较大，发泡后性能不佳。另外，由于二次开模发泡倍率低，设备和模具投资较大，综合经济效益不理想，因此限制了无填充发泡聚丙烯的应用范围，目前较多应用于闭模发泡工艺。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种发泡性能良好，发泡倍率高的聚丙烯组合物。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂65～90份、增韧剂1～20份、LDPE 1～20份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份。
本发明所述聚丙烯组合物，在聚丙烯配方中添加特定含量的LDPE(高压聚乙烯)，可有效提高熔体强度、减少材料的泡孔直径，使发泡更加均匀，从而提高发泡性能及质量；配方中加入的LDPE与聚丙烯以及增韧剂具有良好的相容效果，在聚丙烯材料发泡后可显著提升其力学性能。
优选地，所述聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂76～79份、增韧剂10～18份、LDPE 3～10份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份。在所述优选配方下制备得到的聚丙烯组合物具有较佳的发泡表现，制得的材料外观良好且性能优异。
优选地，所述聚丙烯组合物的组分中，相容剂的重量份为0.5份。所述聚丙烯组合物的配方中，相容剂用于协调聚丙烯、LDPE及增韧剂等组分，若相容剂含量不足时，聚丙烯材料发泡后的力学性能会相应降低；当含量过高时，则可能会导致材料出现异味，影响使用效果。
优选地，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂，所述聚丙烯树脂在230℃及2.16kg下的熔体质量流动速率为3～15g/min。所述熔体质量流动速率(MFR)是根据标准测试方法ASTM-D1238，在使用2.16kg重量并在230℃的温度下测量的范围。共聚聚丙烯的综合性能较好且外观光泽度佳，用作发泡材料时可保持良好的力学表现及外观；熔体质量流动速率主要用于区别聚合物熔融状态下的粘流特性，所述熔体质量流动速率下的聚丙烯树脂可使最终制备的聚丙烯组合物具有更好的力学效果。
优选地，所述增韧剂包括乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯类共聚物中的至少一种。所述共聚物均具有良好的相容性和增韧性，粘结强度高，制备得到的发泡材料具有更好的机械力学性能。
优选地，所述增韧剂的密度为0.85～0.9g/cm3，所述增韧剂在190℃及2.16kg下的熔体质量流动速率为0.03～3g/min。所述熔体质量流动速率(MFR)是根据标准测试方法ASTM-D1238，在使用2.16kg重量并在190℃的温度下测量的范围。所述密度及MFR下的增韧剂与所述聚丙烯树脂及LDPE具有更好的相容性，使材料整体在混炼制备过程中更加均匀。
优选地，所述LDPE的密度为0.912～0.918g/cm3，所述LDPE在190℃及2.16kg下的熔体质量流动速率为0.05～3g/min。所述熔体质量流动速率(MFR)是根据标准测试方法ASTM-D1238，在使用2.16kg重量并在190℃的温度下测量的范围。作为添加助剂，所述LDPE在特定密度及MFR范围内可与聚丙烯组合物配方中的聚丙烯树脂及增韧剂具有更好的相容性，从而在发泡过程实现协同增效，制备得到的发泡材料具有更加优异的力学性能。
优选地，所述矿物填料为滑石粉，所述滑石粉的长径比为10～16，所述滑石粉的目数为1250～5000。作为发泡聚丙烯材料中的填料，使用特定长径比及尺寸的滑石粉不仅可使其在聚合物配方体系中更加分布均匀，同时可为最终制备的聚丙烯组合物提供一定的机械力学强度。
优选地，所述相容剂为聚烯烃类接枝物。更优选地，所述聚烯烃类接枝物包括聚丙烯接枝马来酸酐化合物、POE接枝马来酸酐化合物中的至少一种。所述种类的相容剂可更好地与聚丙烯、聚乙烯树脂以及烯烃类共聚物混合相容，进一步协同各组分的极性，在保持材料整体稳定性的同时，促进聚丙烯树脂、增韧剂与LDPE的协同增效性。
优选地，所述无填充高发泡倍率聚丙烯组合物还包括0.2～2份的助剂；所述助剂包括抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和成核剂。
优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；所述润滑剂为硬脂酸金属盐类化合物。更优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂1076(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)、抗氧剂3114(1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸)、抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)、PEP-36中的至少一种；所述光稳定剂包括UV-3808PP5、LA-402XP、LA-402AF中的至少一种。所述种类下的抗氧剂、光稳定剂和润滑剂的添加可有效保障聚丙烯组合物的稳定性和使用性，避免因外部条件的影响导致材料性质发生改变，最终影响聚丙烯组合物的使用性能。
本发明的另一目的还在于提供所述聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、增韧剂、LDPE、矿物填料、相容剂及助剂混合均匀后，熔融混炼，挤出造粒，即得所述聚丙烯组合物。
本发明所述无填充高发泡倍率聚丙烯组合物的制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。
优选地，所述熔融混炼的温度为170～220℃，转速为350～450r/min。所述条件下各组合物熔融混合更加均匀。
本发明的再一目的在于提供LDPE在提高聚丙烯组合物的发泡性能中的应用，所述聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂65～90份、增韧剂1～20份、LDPE 1～20份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份；优选地，所述聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂76～79份、增韧剂10～18份、LDPE 3～10份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份。
本发明的再一目的在于提供所述聚丙烯组合物在交通工具零部件制备中的应用。
本发明所得到的聚丙烯组合物具有二次开模发泡性能，泡孔直径小且分布均匀，力学性能优良且外观平整光滑，适用于各类交通工具部件、零件的制备。
优选地，所述交通工具部件包括立柱箱、行李箱、手套箱、座椅背板，汽车尾门、汽车门板及汽车装饰条。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种聚丙烯组合物，该聚丙烯组合物通过在聚丙烯配方中添加特定含量的LDPE，可有效提高熔体强度、减少材料的泡孔直径，使发泡更加均匀，从而提高发泡性能及质量；配方中加入的LDPE与聚丙烯以及增韧剂具有良好的相容效果及粘接性，可在发泡过程中减少泡孔周围的破裂，减少气泡过大或并泡的问题，发泡倍率高，在聚丙烯材料发泡后可显著提升其力学性能，同时保持外观平整、光滑。本发明还提供了所述聚丙烯组合物的制备方法，该制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。本发明还提供了LDPE在提高聚丙烯组合物的发泡性能中的应用。本发明还提供了所述聚丙烯组合物在交通工具零部件制备中的应用。
具体实施方式
为了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作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
若无特别说明，下述具体实施例所用原料均为市购的普通商品。
实施例1～11
本发明所述聚丙烯组合物的实施例，各实施例所述产品的组分配方如表1所示。
各实施例所述的聚丙烯组合物的制备方法相同，所述制备方法为：
将聚丙烯树脂、增韧剂、LDPE、矿物填料、相容剂及助剂在高速混合机中混合30s后，转移至双螺杆挤出机中进行熔融混炼，所述熔融混炼的温度为200℃，螺杆转速为400r/min，随后挤出造粒，即得所述聚丙烯组合物。
对比例1～7
对比例1～7所述聚丙烯组合物与实施例1～11的差别仅在于组分配方及含量的不同，各对比例所述产品的组分配方如表1所示。
所述表1各组分中：
所述聚丙烯树脂为埃克森美孚生产的共聚聚丙烯树脂，在230℃及2.16kg下的熔体质量流动速率为9g/min；
所述增韧剂为陶氏化学生产的POE；所述POE的密度为0.866g/cm3，所述POE在190℃及2.16kg下的熔体质量流动速率为1g/min；
所述LDPE为埃克森美孚生产的LDPE；所述LDPE的密度为0.912～0.918g/cm3；所述LDPE在190℃及2.16kg下的熔体质量流动速率为1g/min；
所述相容剂为PP接枝马来酸酐，接枝率为0.7～1.0％；
所述矿物填料为滑石粉，所述滑石粉的长径比为15，所述滑石粉的目数为3000目。
为验证本发明所述聚丙烯组合物的性能，实施例1～11及对比例1～7所得聚丙烯组合物中额外添加质量含量为1～3％的发泡剂，具体添加量如表1所示。将各组混合物产品在克劳斯吗啡注射机上注塑成相同100*100mm规格的未发泡/发泡实验板，在普通注射机上注塑成ISO标准实验样条，对拉伸强度、简支梁缺口冲击强度、弯曲强度和弯曲模量等性能进行测试；同时用显微镜观察和测量泡孔尺寸。
所述拉伸强度采用ZwickZ005电子万能试验机进行测试；
所述简支梁缺口冲击强度采用ZwickHIT5.5P电子显示冲击仪进行测试；
所述弯曲强度和弯曲模量采用ZwickZ005电子万能试验机进行测试。
测试结果如表2所示。
表1
Figure BDA0003102956180000061
表2
Figure BDA0003102956180000071
Figure BDA0003102956180000081
从表2中可以看出，本发明实施例所得到的聚丙烯组合物相比于对比例所得组合物产品具有出色的二次开模发泡表现，其泡孔尺寸小且发泡倍率高(最高值达到2倍)，同时，所述聚丙烯组合物在特定含量的聚丙烯树脂、LDPE以及增韧剂配合下，也表现出良好的力学性能。
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，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂65～90份、增韧剂1～20份、LDPE 1～20份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份。
2.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂76～79份、增韧剂10～18份、LDPE 3～10份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份；优选地，所述相容剂的重量份为0.5份。
3.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂，所述聚丙烯树脂在230℃及2.16kg条件下的熔体质量流动速率为3～15g/min。
4.如权利要求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、苯乙烯类共聚物中的至少一种；优选地，所述增韧剂的密度为0.85～0.9g/cm3，所述增韧剂在190℃及2.16kg条件下的熔体质量流动速率为0.03～3g/min。
5.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述LDPE的密度为0.912～0.918g/cm3，所述LDPE在190℃及2.16kg条件下的熔体质量流动速率为0.05～3g/min。
6.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述矿物填料为滑石粉，所述滑石粉的长径比为10～16，所述滑石粉的目数为1250～5000；所述相容剂为聚烯烃类接枝物；优选地，所述聚烯烃类接枝物包括聚丙烯接枝马来酸酐化合物、POE接枝马来酸酐化合物中的至少一种。
7.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯组合物还包括0.2～2份的助剂，所述助剂包括抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和成核剂；优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；所述润滑剂为硬脂酸金属盐类化合物。
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，将聚丙烯树脂、增韧剂、LDPE、矿物填料、相容剂及助剂混合均匀后，熔融混炼，挤出造粒，即得所述聚丙烯组合物。
9.一种LDPE在提高聚丙烯组合物的发泡性能中的应用，其特征在于，所述聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂65～90份、增韧剂1～20份、LDPE 1～20份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份；优选地，所述聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂76～79份、增韧剂10～18份、LDPE3～10份、矿物填料0～1份以及相容剂0.1～1份。
10.如权利要求9所述LDPE在提高聚丙烯组合物的发泡性能中的应用，其特征在于，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂，所述聚丙烯树脂在230℃及2.16kg条件下的熔体质量流动速率为3～15g/min；所述LDPE的密度为0.912～0.918g/cm3，所述LDPE在190℃及2.16kg条件下的熔体质量流动速率为0.05～3g/min。
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