CN114656717A - 一种耐候聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐候聚丙烯组合物及其制备方法和应用。该耐候聚丙烯组合物包括聚丙烯、增韧剂、填料、炭黑、抗氧剂、光稳定剂和其它助剂。本发明提供的耐候聚丙烯组合物通过添加特定的炭黑，在少量添加抗氧剂及光稳定剂的情况下就可有效提升耐候性能，具有成本低的优势，且可较好避免抗氧剂、光稳定剂等迁出所导致的外观缺陷问题。

Description

一种耐候聚丙烯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，具体涉及一种耐候聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯由于其较佳的力学性能、刚性和强度，成为目前应用最多、最广泛的通用塑料。但聚丙烯链上存在不稳定的叔碳原子，在光及氧存在的情况下容易形成叔碳自由基，造成聚丙烯分子链的断链和降解，并在氧的作用下容易进入自发氧化循环过程，最终导致聚丙烯材料的耐候性能不佳。炭黑是目前最常用的塑料着色剂，且炭黑为无机颜料，光稳定性好，制得的塑料制件在户外使用过程中，还能作为光屏蔽剂吸收紫外线，延长材料服役寿命，因此炭黑广泛应用于聚丙烯的着色产品中。
现有关于提升聚丙烯材料耐候性能的研究主要集中在优化抗氧剂及光稳定剂复配协同效果上。例如专利公开了一种耐候耐老化聚丙烯材料，通过选择和搭配不同的光稳定剂，如二苯甲酮类光稳剂、苯并三唑类光稳剂或受阻胺类光稳剂来实现耐候性能的提升。专利公开了一种长玻纤增强聚丙烯复合材料，通过高效长效抗氧剂与不与酯类抗氧剂反应的光稳定剂的配合来提升聚丙烯复合材料的长效耐候性。
炭黑自身是一种良好的光屏蔽剂，如可通过对炭黑本身进行优化来提升聚丙烯材料的耐候性能无疑可降低其他光稳定剂的添加量，达到降低成本的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷或不足，提供一种耐候聚丙烯组合物。本发明提供的耐候聚丙烯组合物通过添加特定的炭黑，在少量添加抗氧剂及光稳定剂的情况下就可有效提升耐候性能，具有成本低的优势，且可较好避免抗氧剂、光稳定剂等迁出所导致的外观缺陷问题。
本发明的另一目的在于提供上述耐候聚丙烯组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述耐候聚丙烯组合物在制备汽车、家电产品中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐候聚丙烯组合物，包括如下重量份数的组分：
Figure BDA0003481732910000021
所述炭黑的比表面积为105～270m2/g，吸油值为55～70ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比4.2～10.0％。
炭黑的比表面积通过如下过程测定：参照ASTM D6556-2016，采用氮吸附法进行测试，并基于BET多分子层吸附理论进行计算炭黑的比表面积，测试结果代表了炭黑的总比表面积。
炭黑的吸油值通过如下过程测定：按照ASTM D2414-2017测试标准，测试充满炭黑链枝或者纤维结构的空隙及表面浸润所需的最低邻苯二甲酸二丁酯的量，也称DBP吸油值。
炭黑表面含氧摩尔百分比通过如下过程测定：采用X-射线光电子能谱(XPS)，使用单色化的AlKα源(1486.6eV)，测试电流和电压为5mA×15kV，数据用C1s(284.80eV)结合能为基准进行校正。
应当理解的是，本发明中的光稳定剂是指除炭黑以外的其它光稳定剂。
本发明的发明人经过多次研究发现，炭黑的比表面积、吸油值和炭黑表面含氧摩尔百分比对耐候性能起着关键作用。具体地，较大的比表面积可吸收更多的紫外光，转化成对材料影响较低的热能，而如果炭黑的比表面积过大，不利于炭黑的分散，导致炭黑聚集点的形成；炭黑的比表面积过小，吸收紫外光的效果变弱。较小的吸油值可获得较好的分散，而吸油值过大会导致炭黑无法以较小粒径分散在材料中；而吸油值过小也会存在聚集的问题。合适的表面含氧摩尔百分比可使材料在光老化过程中的诱发产生的过氧化物数量减少，使得光稳定剂的作用得以延长；表面含氧摩尔百分比太高或太低，均会影响光稳定剂与炭黑表面的含氧化合物形成氢键的数量，影响光稳定剂向表面的迁出速率，从而影响材料的耐候性能。
即本发明通过对炭黑的比表面积、吸油值和炭黑表面含氧摩尔百分比进行调控，并少量添加抗氧剂和光稳定剂，就可实现耐候性的显著提升，成本低，且可避免大量的抗氧剂和光稳定剂的添加及迁出所导致的外观缺陷问题，外观质量优良。
本领域常规的聚丙烯、增韧剂及填料均可用于本发明中。
优选地，所述聚丙烯按照ASTM D1238-2010，在2.16kg、230℃条件下的熔体质量流动速率为1.0～150.0g/10min。
优选地，所述增韧剂为聚烯烃弹性体POE、苯乙烯-氢化丁二烯嵌段共聚物SEBS或三元乙丙橡胶EPDM中的一种或几种。
增韧剂的用量可根据增韧效果需求进行选取，优选增韧剂的重量份数为12～20份。
优选地，所述填料为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、晶须或玻璃纤维中的一种或几种。
填料的用量可根据增强效果需求进行选取，优选填料的重量份数为10～25份。
优选地，所述抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂的混合物，主抗氧剂和辅抗氧剂的重量比为(1～3):(3～1)。
进一步优选地，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，例如四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(抗氧剂AO-330)、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)三酮(抗氧剂3114)等。
进一步优选地，所述辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂，例如三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯(抗氧剂PEP-36)、双(3,5-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂627)等。
优选地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，例如UV-3808PP5、LA-402AF等
优选地，所述其它助剂为润滑剂。
更为优选地，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌或芥酸酰胺中的一种或几种。
其它助剂的用量可根据对应性能的需求进行调整，优选其它助剂的重量份数为0.1～0.3份。
优选地，所述炭黑的比表面积为107～194m2/g。
优选地，所述炭黑表面含氧摩尔百分比为6.5～8.1％。
上述耐候聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯、增韧剂、填料、炭黑、抗氧剂、光稳定剂和其它助剂混合，熔融，挤出造粒，即得所述耐候聚丙烯组合物。
优选地，所述耐候聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
将聚丙烯、增韧剂、填料、炭黑、抗氧剂、光稳定剂和其它助剂高混机中混合得到预混料，混合的时间为1～3分钟，转速为1000～2000转/分钟；然后将预混料加入双螺杆挤出机中熔融，挤出，真空造粒，即得所述耐候聚丙烯组合物；双螺杆挤出机的螺杆各区温度为160～230℃。
上述耐候聚丙烯组合物在制备汽车、家电产品中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的耐候聚丙烯组合物通过添加特定的炭黑，在少量添加抗氧剂及光稳定剂的情况下就可有效提升耐候性能，具有成本低的优势，且可较好避免抗氧剂、光稳定剂等迁出所导致的外观缺陷问题。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
聚丙烯1：BX3900，韩国SK，熔体质量流动速率为60g/10min(ASTM D1238-2010，2.16kg、230℃，下同)；
聚丙烯2：MH7900，韩国LG化学，熔体质量流动速率为150g/10min；
聚丙烯3：BX3920，韩国SK，熔体质量流动速率为90g/10min；
聚丙烯4：BX3800，韩国SK，熔体质量流动速率为30g/10min；
聚丙烯5：EPS30R，独山子石化，熔体质量流动速率为1.0g/10min；
增韧剂1：聚烯烃弹性体POE，Engage8842，陶氏化学；
增韧剂2：SEBS 1657，科腾；
填料1：滑石粉，市售；
填料2：碳酸钙，市售；
炭黑1：Raven 2000，BIRLA公司，比表面积为194m2/g，吸油值为70ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比6.50％；
炭黑2：Raven 2500Ultra，BIRLA公司，比表面积为270m2/g，吸油值为65ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比10.0％；
炭黑3：Raven 1170，BIRLA公司，比表面积为107m2/g，吸油值为55ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比8.1％；
炭黑4：600L，Cabot公司，比表面积为240m2/g，吸油值为68ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比4.20％；
炭黑5：Raven1300 Ultra，BIRLA公司，比表面积为115m2/g，吸油值为95ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比9.30％；
炭黑6：Raven1020，BIRLA公司，比表面积为95m2/g，吸油值为58ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比5.20％；
炭黑:7：DenkaBlackGranule，日本电气化学，比表面积为65m2/g，吸油值为160ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比1.74％；
炭黑8：Raven1255，BIRLA公司，比表面积为122m2/g，吸油值为66ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比10.8％；
抗氧剂1：由主抗氧剂1和辅抗氧剂1按重量比为1:1复合而成；
抗氧剂2：由主抗氧剂1和辅抗氧剂1按重量比为2:3复合而成；
抗氧剂3：由主抗氧剂1和辅抗氧剂1按重量比为3:1复合而成；
抗氧剂4：由主抗氧剂2和辅抗氧剂2按重量比为1:1复合而成；
主抗氧剂1：抗氧剂1010，市售；
主抗氧剂2：抗氧剂AO-330，市售；
辅抗氧剂1：抗氧剂168，市售；
辅抗氧剂2：抗氧剂PEP-36，市售；
光稳定剂1：UV-3808PP5，市售；
光稳定剂2：LA-402AF，市售；
润滑剂：硬脂酸钙，市售。
本发明实施例以及对比例中聚丙烯组合物通过如下过程制备得到：
(1)按重量配比称取各组分，加入到高混机中混合2分钟，转速为2000转/分钟，得到预混料；
(2)预混料经双螺杆挤出机熔融挤出，螺杆各区的温度依次为160℃、190℃、210℃、210℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，真空造粒即得。
将各实施例和对比例制得的聚丙烯组合物注塑成100mm*100mm*2mm样片，进行如下测试。
耐候性能测试：按照SAEJ2527-2004，辐照能量为2500KJ/m2；测试试样耐候测试前后L、a、b值的变化，计算dE，dE越小说明材料的耐候性能越好。
外观质量：肉眼观察是否有可见发白、粉化现象。
实施例1～16
本实施例提供一系列耐候聚丙烯组合物，其配方中各组分的重量份数及性能测试结果如表1和表2。
表1实施例1～8的配方(份)及性能测试结果
Figure BDA0003481732910000061
Figure BDA0003481732910000071
表2实施例9～16的配方(份)及性能测试结果
Figure BDA0003481732910000072
对比例1～4
本对比例提供一系列聚丙烯组合物，其配方中各组分的重量份数及性能测试结果如表3。
表3对比例1～4的配方(份)及性能测试结果
Figure BDA0003481732910000073
由上述测试结果可知，实施例1～16提供的耐候聚丙烯组合物具有较佳的耐候性能和外观质量，其中以实施例1的性能最佳。对比例1～4选用的炭黑的比表面积、吸油值、含氧摩尔百分数中至少一个调控不当，均无法有效改善耐候性能。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种耐候聚丙烯组合物，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚丙烯32～98份，
增韧剂0～32份，
填料0～38份，
炭黑0.3～3.0份，
抗氧剂0.3～0.6份，
光稳定剂0.2～0.5份，
其它助剂0～0.4份，
所述炭黑的比表面积为105～270m2/g，吸油值为55～70ml/100g，炭黑表面含氧摩尔百分比4.2～10.0％。
2.根据权利要求1所述耐候聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯按照ASTMD1238-2010，在2.16kg、230℃条件下的熔体质量流动速率为1.0～150.0g/10min。
3.根据权利要求1所述耐候聚丙烯组合物，其特征在于，所述增韧剂为聚烯烃弹性体POE、苯乙烯-氢化丁二烯嵌段共聚物SEBS或三元乙丙橡胶EPDM中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述耐候聚丙烯组合物，其特征在于，所述填料为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、晶须或玻璃纤维中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述耐候聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂的混合物，混合物中主抗氧剂和辅抗氧剂的重量比为(1～3):(3～1)；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
6.根据权利要求1所述耐候聚丙烯组合物，其特征在于，所述其它助剂为润滑剂。
7.根据权利要求1所述耐候聚丙烯组合物，其特征在于，所述炭黑的比表面积为107～194m2/g。
8.根据权利要求1所述耐候聚丙烯组合物，其特征在于，所述炭黑表面含氧摩尔百分比为6.5～8.1％。
9.权利要求1～8任一所述耐候聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚丙烯、增韧剂、填料、炭黑、抗氧剂、光稳定剂和其它助剂混合，熔融，挤出，造粒，即得所述耐候聚丙烯组合物。
10.权利要求1～8任一所述耐候聚丙烯组合物在制备汽车、家电产品中的应用。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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