CN113980383A - 一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物及其制备方法和应用，所述聚丙烯组合物包括如下按重量份计算的组分：聚丙烯树脂48～79.5份；乙烯共聚类弹性体10～30份；一维无机填料10～20份；其它助剂0.5～2份；所述乙烯共聚类弹性体的门尼粘度小于等于40且大于等于10。本发明通过控制乙烯共聚类弹性体的门尼粘度小于等于40且大于等于10，以及选择合适的聚丙烯树脂、一维无机填料，使得到的聚丙烯聚合物兼具高透光率和良好的低温韧性，满足制备汽车保险杠制品的要求。

Description

一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，更具体地，涉及一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯具有来源广、密度低、机械性能优异、耐疲劳屈服、价格便宜等优点，被广泛应用于汽车零部件上，如汽车保险杠等。随着新能源车的推广，在外观设计上新能源车更加注重科技感，其中保险杠处于车身外部的核心位置更是受到新能源汽车厂商的关注，越来越多的主机厂商提出保险杠的新外观需求，即通过在具有透光性的保险杠上设计图案造型，并在保险杠后放置灯光组件，呈现出特定的装饰效果，提升科技感和高级感，因此需要提供一款具有高透明功能且满足保险杠基本性能要求的聚丙烯复合材料。
中国专利(CN112795092A)提出添加有机α晶成核剂形成更小的微晶区域以及采用纳米无机填料的方式，在确保材料有足够强度和尺寸稳定性的同时尽可能降低无机填料对光线的阻挡，用于制备高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，但该方法的缺点是一方面纳米无机填料价格相对昂贵，在挤出加工过程中简单熔融共混极其容易发生团聚，从而影响到材料刚性(弯曲模量无法满足≥2000MPa)，无法满足保险杠的应用需求，另一方面透光率效果较一般(所用1mm的样板透光率均未超过35％，且由于样板越厚透光率会越小，即保险杠厚度为2.5～3.0mm时透光率会更低)；中国专利(CN111763379A)提出采用高透光高刚性聚丙烯作为基体，高长径比、低直径的一维填料替代传统的滑石粉填料、采用与PP的折射率差异较小苯乙烯类弹性体作为增韧剂的方式制备高透光、轻量化聚丙烯复合材料，但该方法制备出来的材料由于低温韧性较差，通常-30℃悬臂梁缺口冲击只能做到2.0～2.5KJ/m2左右，无法满足保险杠材料低温-30℃冲击性能大于等于4.0KJ/m2的要求，因此限制了其在汽车保险杠等有低温碰撞工况零件上的应用。
发明内容
本发明为克服现有的保险杠材料中存在透光率与低温韧性不能同时满足的缺陷，提供一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物。
本发明的另一目的在于提供所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物的制备方法。
本发明的目的在于提供所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物，包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0003319668820000021
所述一维无机填料的横截面最大直径小于5μm；
所述乙烯共聚类弹性体的门尼粘度小于等于40且大于等于10。
乙烯共聚类弹性体的门尼粘度的不同对于组合物的透光性差异比较明显，门尼粘度处于合适的范围区间时透光性越好，门尼粘度过低的时候，其分散在基体中呈现出长条状态加强了光线的反射，影响了透光性能，但是当门尼粘度过高的时候，其分散性又会变差，导致相尺寸变大也会影响到透光性能，同时低温韧性也会降低。合适的门尼粘度区间范围使得乙烯共聚类弹性体在基体中呈现出特定的形态分布(球形且分散相粒径小)，透光性能和低温韧性均达到较优的效果。
聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯或共聚聚丙烯两类。共聚聚丙烯结构中，存在乙丙橡胶相。优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，所述聚丙烯树脂中的乙丙橡胶相占总质量的比例小于等于15％。发明人发现，当共聚聚丙烯中乙丙橡胶相的质量比超过15％，透光性能迅速下降，难以满足2.5mm厚度样板透光率大于等于35％，3.0mm厚度样板大于等于30％的要求。
因此，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，或乙丙橡胶相乙丙橡胶相占总质量的比例小于等于15％的共聚聚丙烯，可以获得具有更优高透光率和低温韧性的聚丙烯组合物获得的产品。所述门尼粘度的测试标准为GB/T1232-2016，通过门尼粘度计在121℃下，预热1分钟，大转子转动4分钟后读取数值。
更优选地，所述乙烯共聚类弹性体的门尼粘度小于等于35且大于等于20。优选地，所述乙烯共聚类弹性体为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物。乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物与聚丙烯树脂基体有着较好的相容性，通过优选可以在基体中达到较好的分散效果和分散形态，实现高透光性能和低温韧性的统一。
所述一维无机填料是指具有一定长径比的无机类的填料，通常其横截面最大直径也比较小，一般小于5μm。
优选地，所述一维无机填料的长径比大于等于25:1，且横截面的最大直径小于2μm。当长径比越长时且横截面直径越小时，对光的反射和折射效果越小，透光性能越好，同时力学性能也可以达到最佳状态。
优选地，所述一维无机填料为硫酸镁、硫酸钙或氧化锌中的一种或几种。
优选地，所述其它助剂为抗氧剂、润滑剂或光稳定剂中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中的一种或多种。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸锌；
优选地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；
所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.将聚丙烯树脂、乙烯共聚类弹性体、一维无机填料、其它助剂混合，混合均匀后得到预混料；
S2.将步骤S1中的预混料进行熔融、挤出、造粒干燥即得聚丙烯组合物。
优选地，所述挤出的加工温度为80～230℃。
优选地，所述预混料通过双螺杆挤出机进行熔融、挤出。
优选地，所述双螺杆挤出机的长径比为48:1。
优选地，所述双螺杆挤出机的主机转速为500转/分钟。
一种汽车保险杠制品，由所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物制备得到。所述汽车保险杠制品具有高透光率以及低温韧性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过控制乙烯共聚类弹性体的门尼粘度小于等于40且大于等于10，以及选择合适的聚丙烯树脂、一维无机填料，使得到的聚丙烯聚合物兼具高透光率和良好的低温韧性，满足制备汽车保险杠制品的要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
聚丙烯树脂A：均聚聚丙烯，H9018,大韩油化；
聚丙烯树脂B：共聚聚丙烯，乙丙橡胶相占总质量的比例为11％,BX3900，SK化学有限公司
聚丙烯树脂C：共聚聚丙烯，乙丙橡胶相占总质量的比例为13％,BX3800，SK化学有限公司
聚丙烯树脂D：共聚聚丙烯，乙丙橡胶相占总质量的比例为15％，BX3500，SK化学有限公司；
聚丙烯树脂E：共聚聚丙烯，乙丙橡胶相占总质量的比例为20％，EP548R，中海壳牌石油化工有限公司；
乙烯共聚类弹性体A：乙烯-辛烯共聚物，门尼粘度为25，陶氏化学POE 8842；
乙烯共聚类弹性体B：乙烯-辛烯共聚物，门尼粘度为10，陶氏化学POE 8450；
乙烯共聚类弹性体C：乙烯-丁烯共聚物，门尼粘度为20，陶氏化学POE 7467；
乙烯共聚类弹性体D：乙烯-辛烯共聚物，门尼粘度为33，陶氏化学POE 8150；
乙烯共聚类弹性体E：乙烯-辛烯共聚物，门尼粘度为40陶氏化学POE 8180；
乙烯共聚类弹性体F：乙烯-丁烯共聚物，门尼粘度为51，陶氏化学POE 7380；
乙烯共聚类弹性体G：乙烯-辛烯共聚物，门尼粘度为3，陶氏化学POE 8411；
苯乙烯类弹性体：SEBS 6154，台橡股份有限公司；
一维无机填料A：长径比30:1，横截面的最大直径为1μm，硫酸镁，日本宇部公司；
一维无机填料B：长径比30:1，横截面的最大直径为1μm，硫酸钙，深圳市博邦新材料有限公司；
一维无机填料C：长径比30:1，横截面的最大直径为1μm，氧化锌，成都交大晶宇科技有限公司；
一维无机填料D：长径比30:1，横截面的最大直径为3μm，硫酸镁，湖北齐飞医药化工有限公司；
一维无机纤维：长径比30:1，横截面的最大直径为10μm，玻璃纤维，巨石纤维有限公司；
其它助剂A：受阻酚类抗氧剂0.25份、亚磷酸酯抗氧剂0.25份、光稳定剂0.25份、润滑剂0.25份；
其它助剂B：受阻酚类抗氧剂0.25份、亚磷酸酯抗氧剂0.25份；
其它助剂C：受阻酚类抗氧剂1010 0.5份、亚磷酸酯抗氧剂0.5份、光稳定剂0.5份、润滑剂0.5份。
其他助剂A、B、C中所用的受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、光稳定剂、润滑剂均是同一种，且均为市售产品。
下述实施例和对比例的聚丙烯组合物均通过如下制备方法得到，包括如下步骤：
S1.将聚丙烯树脂、乙烯共聚类弹性体、一维无机填料、其它助剂混合，混合均匀后得到预混料；
S2.将步骤S1中的预混料在双螺杆挤出机中进行熔融、挤出、造粒干燥即得聚丙烯组合物。所述挤出的加工温度为80～230℃，主机转速为500转/分钟，双螺杆挤出机的长径比为48:1。
实施例1～8
实施例1～8提供一系列高透光低温韧性聚丙烯组合物，具体组分含量见表1。
表1实施例1～8组分含量(份)
Figure BDA0003319668820000051
Figure BDA0003319668820000061
实施例9～13和对比例1～4
实施例9～13和对比例1～4提供一系列高透光低温韧性聚丙烯组合物，具体组分含量见表2。
表2实施例9～13和对比例1～4组分含量(份)
Figure BDA0003319668820000062
Figure BDA0003319668820000071
性能测试
弯曲模量：ISO 178-2019标准进行测试、弯曲速度2mm/min；
透光率：按照GB/T 2410-2008标准进行测试：采用A光源，选用方法A雾度计法，测试各个样品的注塑方板(尺寸50mm*50mm*2.5mm以及50mm*50mm*3mm)的透光率。
悬臂梁缺口冲击强度和-30℃悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO180-2019标准进行测试，A型缺口；
低温多轴冲击韧性率：采用ASTM D3763-2018标准进行测试，冲击速度6.6m/s，测试温度-30℃，每个实施例和对比例测试10块100mm*100mm*3mm样板计算韧性率，
经过上述性能测试之后，数据如下表所示：
表3实施例和对比例的数据
Figure BDA0003319668820000072
Figure BDA0003319668820000081
从对比例1看，若采用乙丙橡胶相占总质量的比例为20％的聚丙烯树脂时，2.5mm和3.0mm厚度的透光率均不达标；从对比例2和3看，门尼粘度过高或者过低都不满足要求，且过高的门尼粘度，导致低温韧性的降低；从对比例4看，加入其它的苯乙烯类弹性体，不具有低温韧性的效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高透光低温韧性的聚丙烯组合物，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
Figure FDA0003319668810000011
所述一维无机填料的横截面最大直径小于5μm；
所述乙烯共聚类弹性体的门尼粘度小于等于40且大于等于10。
2.根据权利要求1所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，所述聚丙烯树脂中的乙丙橡胶相占总质量的比例小于等于15％。
3.根据权利要求1所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物，其特征在于，所述乙烯共聚类弹性体为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物。
4.根据权利要求1所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物，其特征在于，所述一维无机填料的长径比大于等于25:1，且横截面的最大直径小于2μm。
5.根据权利要求1所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物，其特征在于，所述一维无机填料为硫酸镁、硫酸钙或氧化锌中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物，其特征在于，所述其它助剂为抗氧剂、润滑剂或光稳定剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1～7任一项所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将聚丙烯树脂、乙烯共聚类弹性体、一维无机填料、其它助剂混合，混合均匀后得到预混料；
S2.将步骤S1中的预混料进行熔融、挤出、造粒干燥即得聚丙烯组合物。
9.根据权利要求8所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，所述挤出的加工温度为80～230℃。
10.一种汽车保险杠制品，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述高透光低温韧性的聚丙烯组合物制备得到。
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