CN113736181A - 一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料及其制备方法。这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料包括如下组分：聚丙烯、聚烯烃弹性体、填料、抗老化剂、碳材料和加工助剂；其中，碳材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、纳米碳球、石墨烯中的至少一种。本发明将碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料引入到原有的PP耐候材料，其制备得到的户外地板具有更好的耐候性能，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料及其制备方法。
背景技术
随着人民群众对生活质量的要求越来越高，户外运动场所如雨后春笋般在各地出现。为迅速建设这些户外运动场所，可拼装运动地板因其成本低廉装配简便等优点获得市场的青睐。由于聚丙烯(PP)具有成本低成形性好等优点，目前PP已成为可拼装运动地板的主要基材。仅须添加一定量的弹性体、填料以及其他添加剂，所制成的PP可拼装运动地板便可基本满足市场的基本需求。然而采用这种传统的PP配方体系，所制造的地板抗老化效果已不能满足高端户外地板的要求，其增韧效果也比较差。
目前的可拼装运动地板主要基材为PP，再附加一定的弹性体、填料以及其他添加剂。采用这种传统的PP配方体系，抗老化效果已不能满足高端户外地板的要求。此外，在长时间的使用过程中，作为增韧剂的弹性体会在紫外线及湿热环境下发生分子链断链，从而发生老化，其增韧效果也会大打折扣，从而使地板在使用过程中发生白化及开裂。
此外，目前的抗紫外体系为小分子抗紫外剂和抗氧剂配合使用，这种配方体系是通过抗紫外剂吸收紫外线发生异构化使紫外线的能量转换为热量，然后通过抗氧剂以抗热氧老化的形式消耗这种能量。该配方体系虽然能较为有效地抵御紫外线对聚合物基体的攻击，然而该体系将紫外线转化为热量后未考虑对热量的导出，当体系中抗氧化剂被消耗完毕后，体系对紫外线的抵御能力将大打折扣，此外该体系主要为小分子助剂组成，在实际应用中容易析出，造成不必要的损失。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供及一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，本发明的目的之二在于提供这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的应用。
本发明的发明构思如下：碳纳米管和石墨烯等新型纳米碳材料具有比表面积大，仅需较少的添加量即可有效提高材料的机械性能。此外纳米碳材料具有良好的导热性能，能将吸收的热能及时排散，有利于延缓户外地板的光热老化。因此，将碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料引入到原有的PP耐候材料，其制备得到的户外地板具有更好的耐候性能。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，包括如下组分：聚丙烯、聚烯烃弹性体(POE)、填料、抗老化剂、碳材料和加工助剂；其中，碳材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、纳米碳球、石墨烯中的至少一种。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料包括如下质量份的组分：35～60份聚丙烯、20～30份聚烯烃弹性体、10～30份填料、0.3～0.5份抗老化剂、0.1～2份碳材料和2～10份的加工助剂；进一步优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料包括如下质量份的组分：50～55份聚丙烯、23～27份聚烯烃弹性体、10～15份填料、0.4～0.5份抗老化剂、0.5～2份碳材料和4～6份加工助剂。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料中，聚丙烯选用共聚PP；进一步优选的，聚丙烯选自K8025、K8009中一种或其组合。在本发明一些优选的具体实施方式中，聚丙烯为K8025和K8009，K8025与K8009的质量比为(9～10)：1。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料中，填料选自陶瓷粉、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、硫酸镁晶须、滑石粉、云母、硅灰石、二氧化硅中的至少一种。所用的填料为耐磨填料。进一步优选的，填料选自陶瓷粉、硫酸钙晶须、滑石粉中的至少一种。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料中，抗老化剂为抗氧剂和光稳定剂的组合物。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的抗老化剂中，抗氧剂和光稳定剂的质量比为1：(0.5～1)；进一步优选的，抗氧剂和光稳定剂的质量比为1：(0.7～0.8)。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的抗老化剂中，抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种；进一步优选的，抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂的组合物；其中，亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂的质量比优选为(1.5～3)：1，进一步优选为(1.8～2.2)：1。
优选的，这种抗老化剂的抗氧剂中，亚磷酸酯类抗氧剂选自抗氧剂168、626中的至少一种；受阻酚类抗氧剂选自抗氧剂1010、1024、1076、1098中的至少一种。
在本发明一些优选的具体实施方式中，抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010以质量比(1.8～2.2)：1组成的抗氧剂。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的抗老化剂中，光稳定剂选自二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、水杨酸酯类光稳定剂、三嗪类光稳定剂、丙烯腈衍生物类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的至少一种；进一步优选的，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，也称为受阻胺类抗紫外剂；再进一步优选的，光稳定剂选自光稳定剂2020、光稳定剂626中的至少一种。
在本发明一些优选的具体实施方式中，光稳定剂为光稳定剂2020和光稳定剂626以质量比1：(0.8～1.2)组成的抗紫外剂。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料中，碳材料选自碳纳米管、石墨烯中的任意一种或其组合。当碳材料选用碳纳米管和石墨烯组合时，碳纳米管和石墨烯可以任意比例组成，优选的碳纳米管和石墨烯的质量比为1：(2～4)。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料中，加工助剂选自增韧剂、润滑剂、助流动剂、分散剂、相容剂、热稳定剂中的至少一种。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的加工助剂中，增韧剂选自EVA、CPE、MBS、ACR、SEBS、SBS、EAA、EEA、EPR、EPDM、POE、NBR、TPE中的至少一种。
本发明第二方面提供了上述碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的制备方法。
一种上述碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯、聚烯烃弹性体、填料、抗老化剂、碳材料和加工助剂混合，然后经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，得到碳材料增强户外地板聚丙烯专用料。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的制备方法中，混合是在转速100r/min～300r/min下混合；混合以使物料混合均匀为宜，混合的时间优选5min～10min。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的制备方法中，双螺杆挤出机的长径比为(40～44)：1。
优选的，这种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的制备方法中，双螺杆挤出机的加工温度为160℃～220℃。
本发明第三方面提供了上述碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的应用。
一种户外可拼装的运动地板，该运动地板是由包括上述的碳材料增强户外地板聚丙烯专用料制成。
本发明的有益效果是：
本发明将碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料引入到原有的PP耐候材料，其制备得到的户外地板具有更好的耐候性能，应用前景广阔。
具体来说，与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
1、碳纳米管和石墨烯等新型纳米碳材料具有比表面积大，仅需较少的添加量即可有效提高PP材料的机械性能。
2、纳米碳材料具有良好的导热性能，能将吸收的热能及时排散，有利于延缓户外地板的光热老化。
3、碳材料均为黑色填料，少量引入后材料呈黑色或灰色，能将吸收的光能转化为热能，使成本更低的抗氧化助剂发挥作用，并提高成本高的抗紫外助剂的时效性。
4、与常用的炭黑相比，石墨烯材料为片状纳米材料，碳纳米管为管状纳米材料，分散性比一般炭黑材料强，此外碳纳米材料能一定程度反射紫外线，有助于增强材料的抗紫外性能。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
实施例1
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表1所示。
表1实施例1户外地板聚丙烯专用料组成
| 组分 | 型号 | 质量份 |
| PP | K8025 | 48份 |
| PP | K8009 | 5份 |
| POE | DF8200 | 25份 |
| 增韧剂 | 1956 | 5份 |
| 硫酸钙晶须 | 12份 | |
| 抗氧剂 | 1010 | 0.2份 |
| 抗氧剂 | 168 | 0.4份 |
| 抗紫外剂 | 2020 | 0.225份 |
| 抗紫外剂 | 622 | 0.225份 |
| 碳纳米管 | 0.5份 |
实施例2
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表2所示。
表2实施例2户外地板聚丙烯专用料组成
实施例3
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表3所示。
表3实施例3户外地板聚丙烯专用料组成
| 组分 | 型号 | 质量份 |
| PP | K8025 | 48份 |
| PP | K8009 | 5份 |
| POE | DF8200 | 25份 |
| 增韧剂 | 1956 | 5份 |
| 硫酸钙晶须 | 12份 | |
| 抗氧剂 | 1010 | 0.2份 |
| 抗氧剂 | 168 | 0.4份 |
| 抗紫外剂 | 2020 | 0.225份 |
| 抗紫外剂 | 622 | 0.225份 |
| 石墨烯 | 0.5份 |
实施例4
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表4所示。
表4实施例4户外地板聚丙烯专用料组成
实施例5
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表5所示。
表5实施例5户外地板聚丙烯专用料组成
| 组分 | 型号 | 质量份 |
| PP | K8025 | 48份 |
| PP | K8009 | 5份 |
| POE | DF8200 | 25份 |
| 增韧剂 | 1956 | 5份 |
| 硫酸钙晶须 | 12份 | |
| 抗氧剂 | 1010 | 0.2份 |
| 抗氧剂 | 168 | 0.4份 |
| 抗紫外剂 | 2020 | 0.225份 |
| 抗紫外剂 | 622 | 0.225份 |
| 石墨烯 | 1.5份 | |
| 碳纳米管 | 0.5份 |
对比例1
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表6所示。
表6对比例1户外地板聚丙烯专用料组成
对比例2
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表7所示。
表7对比例2户外地板聚丙烯专用料组成
| 组分 | 型号 | 质量份 |
| PP | K8025 | 48份 |
| PP | K8009 | 5份 |
| POE | DF8200 | 25份 |
| 增韧剂 | 1956 | 5份 |
| 硫酸钙晶须 | 12份 | |
| 碳纳米管 | 2份 |
对比例3
本例的户外地板聚丙烯专用料组成如表8所示。
表8对比例3户外地板聚丙烯专用料组成
| 组分 | 型号 | 质量份 |
| PP | K8025 | 48份 |
| PP | K8009 | 5份 |
| POE | DF8200 | 25份 |
| 增韧剂 | 1956 | 5份 |
| 硫酸钙晶须 | 12份 | |
| 石墨烯 | 2份 |
实施例1～5和对比例1～3的制备方法包括如下步骤：
第一步：分别按表1～8的组成称取各原料，将各原料置于低速混合机中以150r/min搅拌混合5～10min，获得混合物；
第二步：将混合物送入长径比为43:1的双螺杆挤出机，在160～220℃熔融共混，挤出造粒，分别得到实施例1～5和对比例1～3的聚丙烯材料。
将实施例1～5和对比例1～3的聚丙烯材料进行性能测试，测试结果如表9所示。
表9中各性能测试标准/方法分别如下：
硬度：GB/T 2411-2008；
摩擦系数：GB 10006；
熔融指数：ASTM D1238；
拉伸强度：GB/T 1040.2-2006；
弯曲强度：GB/T 9341-2008；
悬臂梁缺口冲击强度：GB/T 1843-2008。
表9性能测试结果
从测试结果可以得到如下的结论：
实施例1、2和对比例1的区别在于，实施例1、2采用了碳纳米管，对比例1并未采用，与实施例1、2比较可知，碳纳米管的引入有助于提高材料的抗冲击性能和抗老化性能。
实施例2引入碳纳米管的量大于实施例1，比较可知，碳纳米管引入量的增加有助于提高材料的抗冲击性能和抗老化性能。
实施例2和对比例2的区别在于，实施例2引入抗氧剂和抗紫外剂的量，比较可知，仅引入碳纳米管不引入抗氧剂和抗紫外剂不利于材料的抗老化性能。
实施例3、4和对比例1的区别在于，实施例3、4采用了石墨烯材料，对比例1并未采用，与实施例3、4比较可知，石墨烯材料的引入有助于提高材料的抗冲击性能和抗老化性能。
实施例4引入石墨烯材料的量大于实施例3，比较可知，石墨烯材料引入量的增加有助于提高材料的抗冲击性能和抗老化性能。
实施例4和对比例3的区别在于，实施例4引入抗氧剂和抗紫外剂的量，比较可知，仅引入石墨烯材料不引入抗氧剂和抗紫外剂不利于材料的抗老化性能。
实施例5同时引入了石墨烯材料和碳纳米管，通过比较可知，同时引入石墨烯材料和碳纳米管有助于提高材料的抗老化性能。
将本发明的这种聚丙烯专用料应用于制备户外可拼装的运动地板，可以获得更好的机械性能和耐候性能，应用前景广阔。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：包括如下组分：聚丙烯、聚烯烃弹性体、填料、抗老化剂、碳材料和加工助剂；所述碳材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、纳米碳球、石墨烯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：所述碳材料增强户外地板聚丙烯专用料包括如下质量份的组分：35～60份聚丙烯、20～30份聚烯烃弹性体、10～30份填料、0.3～0.5份抗老化剂、0.1～2份碳材料和2～10份的加工助剂。
3.根据权利要求2所述的一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：所述填料选自陶瓷粉、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、硫酸镁晶须、滑石粉、云母、硅灰石、二氧化硅中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：所述抗老化剂为抗氧剂和光稳定剂的组合物。
5.根据权利要求4所述的一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：所述抗老化剂中，所述抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种；所述光稳定剂选自二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、水杨酸酯类光稳定剂、三嗪类光稳定剂、丙烯腈衍生物类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：所述碳材料选自碳纳米管、石墨烯中的任意一种或其组合。
7.根据权利要求2所述的一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：所述加工助剂选自增韧剂、润滑剂、助流动剂、分散剂、相容剂、热稳定剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种碳材料增强户外地板聚丙烯专用料，其特征在于：所述增韧剂选自EVA、CPE、MBS、ACR、SEBS、SBS、EAA、EEA、EPR、EPDM、POE、NBR、TPE中的至少一种。
9.一种权利要求1至8任一项所述碳材料增强户外地板聚丙烯专用料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将聚丙烯、聚烯烃弹性体、填料、抗老化剂、碳材料和加工助剂混合，然后经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，得到所述碳材料增强户外地板聚丙烯专用料。
10.一种户外可拼装的运动地板，其特征在于：所述运动地板是由包括权利要求1至8任一项所述的碳材料增强户外地板聚丙烯专用料制成。
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- 2020-05-28 CN CN202010467926.7A patent/CN113736181A/zh active Pending
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