CN113549264B - 一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法，其由65.0‑94.8％聚丙烯、0‑20％填料、3‑8％耐划伤剂、2‑5％相容剂、0.1‑1％抗氧剂和0.1‑1％加工助剂按照重量百分比制备而成，其中，所述耐划伤剂为纳米硅沉积石墨烯材料。本发明极大的提高了聚丙烯材料的耐划伤性能，并且无气味不析出，克服了传统耐划伤聚丙烯存在的气味差易析出污染制件表面的问题。

Description

一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有来源丰富、价格低廉的优点，而且与其他通用塑料相比，具有力学性能好、密度低、刚性好、强度高以及电绝缘性能好等特点，目前在家电、汽车领域应用广泛。但由于聚丙烯本身为碳氢长链高分子，在主链及支链均不含有其他杂原子，因此在聚丙烯中也不能产生较强的分子间力，本质上属于柔性链段，其表面硬度低，在受到外力时容易在产品表面留下明显的刮痕。
随着聚丙烯在汽车内饰领域的应用及整车厂对产品表面的要求越来越高，越来越多用于内饰的聚丙烯材料都开始要求产品具有良好的耐刮擦性能。为了提高聚丙烯材料的耐刮擦性能，一般通过加入芥酸酰胺或硅酮类耐刮擦剂，但此类耐刮擦剂有易析出，无法保持长久耐刮擦效果的缺点，容易造成表面污染，影响正常使用，且有很差的气味，无法用于汽车内饰件、家电产品中。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种耐划伤聚丙烯材料，本发明在聚丙烯体系中加入纳米硅沉积石墨烯材料，极大的提高了聚丙烯材料的耐划伤性能，且纳米硅沉积石墨烯材料还具有无气味不析出的优点，解决了现有的耐划伤剂存在的易析出、有气味的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种耐划伤聚丙烯材料，其由65.0-94.8％聚丙烯、0-20％填料、3-8％耐划伤剂、2-5％相容剂、0.1-1％抗氧剂和0.1-1％加工助剂按照重量百分比制备而成，其中，所述耐划伤剂为纳米硅沉积石墨烯材料。本发明中创新性的在聚丙烯体系中加入纳米硅沉积石墨烯材料作为耐划伤剂，极大的提高了聚丙烯材料的耐划伤性能，且本发明环保无味且不析出。
进一步的，本发明中的聚丙烯可以是本领域的常规选择，其可以选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种的混合。
进一步的，所述填料选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、云母、玻璃微珠、硅灰石、硫酸镁中的至少一种。
进一步的，本发明中的相容剂可以是本领域的常规选择，在本发明的一些优选的实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为1-2％。
进一步的，本发明中的抗氧剂可以是本领域的常规选择，在本发明的一些优选的实施方式中，所述抗氧剂为第一抗氧剂和第二抗氧剂的复配，所述第一抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述第二抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的一种。
进一步的，所述加工助剂选自润滑剂，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、PETS、硬脂酸钙中的至少一种。
进一步的，所述纳米硅沉积石墨烯材料是采用化学气相沉积法在石墨烯材料表面垂直沉积纳米硅制得的。
进一步的，所述纳米硅沉积石墨烯材料的制备方法为：将石墨烯材料用有机溶剂清洗后，置于反应器中以30℃/min-40℃/min的速度加热至950℃-1100℃，在流速分别为3000sccm和100sccm的氢气和氦气保护下同时通入流速为20sccm的SiCl4 20-40min后，冷却得到所述纳米硅沉积石墨烯材料。
优选的，上述石墨烯材料的清洗采用的有机溶剂可以不进行具体的限定，只要能实现清洗石墨烯材料的目的即可，可提及的实例有乙醇、丙酮、氯仿中的一种。
本发明还提供了一种上述耐划伤聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将聚丙烯、填料、耐划伤剂、相容剂、抗氧剂和加工助剂充分混合后，得到均匀的混合物料；
将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出造粒，制得所述耐划伤聚丙烯材料。这里的双螺杆挤出机的加工温度可根据体系的不同进行调整，因此，不做具体的限定，在本发明的一些具体的实施方式中，所述双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为160-180℃，二区为165-180℃，三区为200-210℃，四区为200-205℃；五区为190-200℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明首次提出将纳米硅沉积石墨烯材料加入聚丙烯材料中获得耐划伤聚丙烯材料，本发明中的纳米硅沉积石墨烯材料采用用化学气相沉积法在石墨烯表面垂直沉积纳米硅，由于石墨烯本身为片层结构，具有易滑动的特点，而化学沉积法在石墨烯的垂直方向接枝纳米硅，从而形成具有二维结构的纳米材料，加上硅本身的自润滑效果明显，因此这种二维结构的纳米材料易在聚丙烯基体内形成网状结构，当聚丙烯在受外力刮擦时，表面各个方向均不易造成基体剥离，从而极大地提高了聚丙烯材料的耐刮擦性能，使得聚丙烯材料不易被划伤。
并且本发明的耐划伤剂剂为无机纳米耐划伤剂，具有无味且不析出的效果，克服了传统耐划伤剂的缺点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
本实施例中耐划伤聚丙烯材料的制备包括以下步骤：
将石墨烯材料用有机溶剂清洗后，放置于立式反应器中心的石英托盘中，反应器以35℃/min的速度加热至1000℃，在流速分别为3000sccm和100sccm的氢气和氦气保护下，同时以20sccm的速度加入SiCl4，SiCl4通入30min后，继续在氢气和氦气的保护下冷却至室温，制得纳米硅沉积石墨烯材料。
耐划伤聚丙烯材料的制备：按照重量比将均聚聚丙烯81％、滑石粉10％、纳米硅沉积石墨烯材料5％、马来酸酐接枝聚丙烯3％、抗氧剂1010 0.5％、聚乙烯蜡0.5％充分混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，制得耐划伤聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为170℃，二区为170℃，三区为205℃，四区为200℃；五区为195℃。
实施例2
本实施例中耐划伤聚丙烯材料的制备包括以下步骤：
将石墨烯材料用有机溶剂清洗后，放置于立式反应器中心的石英托盘中，反应器以35℃/min的速度加热至1000℃，在流速分别为3000sccm和100sccm的氢气和氦气保护下，同时以20sccm的速度加入SiCl4，SiCl4通入25min后，继续在氢气和氦气的保护下冷却至室温，制得纳米硅沉积石墨烯材料。
耐划伤聚丙烯材料的制备：按照重量比将均聚聚丙烯82.4％、碳酸钙8％、纳米硅沉积石墨烯材料4％、马来酸酐接枝聚丙烯4％、抗氧剂1010 0.4％、PETS 0.8％充分混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，制得耐划伤聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为165℃，二区为175℃，三区为200℃，四区为200℃；五区为195℃。
实施例3
本实施例中耐划伤聚丙烯材料的制备包括以下步骤：
将石墨烯材料用有机溶剂清洗后，放置于立式反应器中心的石英托盘中，反应器以30℃/min的速度加热至1000℃，在流速分别为3000sccm和100sccm的氢气和氦气保护下，同时以20sccm的速度加入SiCl4，SiCl4通入35min后，继续在氢气和氦气的保护下冷却至室温，制得纳米硅沉积石墨烯材料。
耐划伤聚丙烯材料的制备：按照重量比将均聚聚丙烯55.4％、共聚聚丙烯20％、硫酸钡15％、纳米硅沉积石墨烯材料6％、马来酸酐接枝聚丙烯3％、抗氧剂168 0.3％、硬脂酸钙0.1％、聚乙烯蜡0.2％充分混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，制得耐划伤聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为170℃，二区为170℃，三区为205℃，四区为205℃；五区为200℃。
实施例4
本实施例中耐划伤聚丙烯材料的制备包括以下步骤：
将石墨烯材料用有机溶剂清洗后，放置于立式反应器中心的石英托盘中，反应器以30℃/min的速度加热至950℃，在流速分别为3000sccm和100sccm的氢气和氦气保护下，同时以20sccm的速度加入SiCl4，SiCl4通入20min后，继续在氢气和氦气的保护下冷却至室温，制得纳米硅沉积石墨烯材料。
耐划伤聚丙烯材料的制备：按照重量比将均聚聚丙烯65％、云母5％、玻璃微珠5％、硅灰石5％、硫酸镁5％、纳米硅沉积石墨烯材料8％、抗氧剂1010 0.5％、抗氧剂DSTDP0.5％和硬脂酸钙1％充分混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，制得耐划伤聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为160℃，二区为165℃，三区为200℃，四区为200℃；五区为190℃。
实施例5
本实施例中耐划伤聚丙烯材料的制备包括以下步骤：
将石墨烯材料用有机溶剂清洗后，放置于立式反应器中心的石英托盘中，反应器以40℃/min的速度加热至1100℃，在流速分别为3000sccm和100sccm的氢气和氦气保护下，同时以20sccm的速度加入SiCl4，SiCl4通入40min后，继续在氢气和氦气的保护下冷却至室温，制得纳米硅沉积石墨烯材料。
耐划伤聚丙烯材料的制备：按照重量比将均聚聚丙烯74.8％、共聚聚丙烯20％、纳米硅沉积石墨烯材料3％、马来酸酐接枝聚丙烯2％、抗氧剂1010 0.1％和硬脂酸钙0.1％充分混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，制得耐划伤聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为180℃，二区为180℃，三区为210℃，四区为205℃；五区为200℃。
将实施例1-5中制得耐划伤聚丙烯材料分别进行相关性能测试，测试结果如表1中所示的：
表1实施例中耐划伤聚丙烯材料的性能测试结果
测试项目 标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
耐刮伤性 PV3952ΔL 0.08 0.12 0.05 0.20 0.02
气味等级 PV 3900级 3.5 3.5 4.0 3.5 3.5
从表1中可以看出，本发明中制备的耐划伤聚丙烯材料具有优异的耐刮伤性能，在大众PV3952条件下测试，色差仅为0.02-0.3左右，相比于传统耐刮擦材料的色差1.5，具有优异的抗划伤性能，且气味较好，没有明显变差，仍保持材料本身的3.5-4.0等级的气味性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种耐划伤聚丙烯材料，其特征在于，其由65.0-94.8%聚丙烯、0-20%填料、3-8%耐划伤剂、2-5%相容剂、0.1-1%抗氧剂和0.1-1%加工助剂按照重量百分比制备而成，其中，所述耐划伤剂为纳米硅沉积石墨烯材料，所述纳米硅沉积石墨烯材料是采用化学气相沉积法在石墨烯材料表面垂直沉积纳米硅制得的，其制备方法为：将石墨烯材料用有机溶剂清洗后，置于反应器中以30℃/min-40℃/min的速度加热至950℃-1100℃，在流速分别为3000sccm和100sccm的氢气和氦气保护下同时通入流速为20sccm 的SiCl4 20-40min后，冷却得到所述纳米硅沉积石墨烯材料。
2.如权利要求1所述的耐划伤聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种的混合。
3.如权利要求1所述的耐划伤聚丙烯材料，其特征在于，所述填料选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、云母、玻璃微珠、硅灰石、硫酸镁中的至少一种。
4.如权利要求1所述的耐划伤聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为1-2%。
5.如权利要求1所述的耐划伤聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂为第一抗氧剂和第二抗氧剂的复配，所述第一抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述第二抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的一种。
6.如权利要求1所述的耐划伤聚丙烯材料，其特征在于，所述加工助剂选自润滑剂，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、PETS、硬脂酸钙中的至少一种。
7.如权利要求1所述的耐划伤聚丙烯材料，其特征在于，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、氯仿中的一种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的耐划伤聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比将聚丙烯、填料、耐划伤剂、相容剂、抗氧剂和加工助剂充分混合后，得到均匀的混合物料；
将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出造粒，制得所述耐划伤聚丙烯材料。
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