CN116376158A - 改性聚丙烯材料及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性聚丙烯材料及其制备方法、应用，涉及改性聚丙烯材料的技术领域，包括按重量份数计的以下组分：聚丙烯50～80份、无机填料15～30份、聚苯乙烯1～10份、成核剂0.1～1份、增韧剂3～20份、相容剂1～10份，以及抗静电剂0.1～1份。本发明解决了现有技术中的聚丙烯材料存在成型收缩率大、模量小以及不易喷涂的技术问题，达到了聚丙烯材料兼顾易喷涂、低收缩以及高韧性等特点的技术效果，能够较好地替代丙烯腈‑丁二烯‑聚苯乙烯(ABS)而作为电动车外观件材料。
Description
技术领域
本发明涉及改性聚丙烯材料的技术领域，尤其是涉及一种改性聚丙烯材料及其制备方法、应用。
背景技术
两轮电动车现用最广泛的外观件丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯(ABS)材料虽然具有高韧性和易喷涂等特点，但是存在价格偏高、易变形、不耐候以及易黄变等缺点。聚丙烯是丙烯经加聚反应而成的聚合物，具有价格便宜、质轻、易成型以及综合性能优良等特点，特别适合应用于两轮电动车外观件，然而聚丙烯分子呈非极性结晶型线型结构，分子链不含羟基、羰基以及羧基等极性基团，从而导致其表面张力差、表面活性低，以及存在表面印刷性不良、涂布粘接不良、与极性高聚物难以共混、与极性增强纤维和填料难以相容等的缺点，因此若直接喷涂，则会在安装、运输以及使用的过程中造成油漆脱落，进而严重影响制件的外观。对于聚丙烯材料存在韧性低、成型收缩率大以及不易喷涂等的问题，通过改性的方法进行解决是行之有效的手段。
现有技术CN102675742B公开了在聚丙烯材料中添加发泡剂，在注塑时发泡剂会降解而产生气泡，能够降低聚丙烯材料在冷却时的收缩，从而达到降低表面缩痕的效果，但是聚丙烯材料在发泡后会严重影响材料的强度和韧性；现有技术CN101148528A公开了使用高流动的聚丙烯树脂和添加乙烯辛烯、EPDM等的方法以达到高流动和高韧性的效果，但是该配方体系在应用过程中会大幅降低模量；现有技术CN101717548公开了添加高含量的极性树脂来改善聚丙烯材料表面特性，但是极性树脂例如环氧树脂、聚氨酯、乙烯丙烯酸酯等与聚丙烯材料的相容性差，它们的加入会严重影响聚丙烯材料的机械性能；现有技术CN107641256A公开了在聚丙烯材料中添加高极性接枝物来改善产品表面张力，然而工艺复杂，涉及众多设备，因此不适合大批量的生产应用。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种改性聚丙烯材料，具有易喷涂、低收缩以及高韧性等特点。
本发明的目的之二在于提供一种改性聚丙烯材料的制备方法，工艺简单、高效，适合工厂化的大批量生产。
本发明的目的之三在于提供一种改性聚丙烯材料的应用，能够提高外观件的整体性能。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，一种改性聚丙烯材料，包括按重量份数计的以下组分：
聚丙烯50～80份、无机填料15～30份、聚苯乙烯1～10份、成核剂0.1～1份、增韧剂3～20份、相容剂1～10份，以及抗静电剂0.1～1份。
进一步的，所述组分的总重量份数为100份。
进一步的，所述聚丙烯包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种。
优选地，所述聚丙烯在230℃和2.16kg条件下的熔融指数为10～50g/10min。
进一步的，所述无机填料包括滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、晶须以及玻璃纤维中的至少一种；
优选地，所述无机填料为滑石粉；
优选地，所述滑石粉的平均粒径为2～5μm。
进一步的，所述聚苯乙烯的分子量为15～20万。
进一步的，所述成核剂包括二芳基有机磷酸化合物；
优选地，所述增韧剂包括乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、三元乙丙橡胶以及聚丁二烯橡胶中的至少一种；
优选地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物；
优选地，所述乙烯-辛烯共聚物在190℃和2.16kg条件下的熔融指数为0.5～30g/10min。
进一步的，所述相容剂包括聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝乙烯-辛烯聚合物、聚丙烯接枝丙烯酸酯以及聚苯乙烯-氢化丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物中的至少一种；
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物；
优选地，所述马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的接枝率为0.8～1.5％；
优选地，所述抗静电剂包括乙氧基化脂肪族烷基胺、二硫代氨基甲酸的碱金属盐以及植物甘油酯类物质中的至少一种；
优选地，所述抗静电剂为植物甘油酯类物质。
进一步的，所述组分还包括润滑剂、着色剂以及抗氧剂中的至少一种；
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种；
优选地，所述抗氧剂1010的添加质量百分比为0.1％；
优选地，所述抗氧剂168的添加质量百分比为0.2％。
第二方面，一种上述任一项所述的改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
各组分按比例混合后依次经熔融、共混、挤出、冷却以及造粒，得到所述改性聚丙烯材料。
第三方面，一种上述任一项所述的改性聚丙烯材料在电动车外观件中的应用。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提供的改性聚丙烯材料，主要由聚丙烯、无机填料、聚苯乙烯、成核剂、增韧剂、相容剂以及抗静电剂制备而成；其中，苯乙烯的表面强度高，因而能够增加制品表面的强度，抵抗一定的冷却收缩应力，同时苯乙烯也能够与成核剂互相配合，使得聚丙烯在模具中快速均匀且完善地结晶成型，进而减少聚丙烯制件在成型后由于收缩应力的不均匀而导致表面形成缩痕的现象；同时，一方面相容剂与聚丙烯材料具有较好的相容性，另一方面相容剂本身含有的极性基团与油漆具有好的相容性，从而在喷漆过程中可以增加聚丙烯制件表面的极性，而且在实际应用中发现相容剂和抗静电剂的同时添加能够进一步提高制件表面极性，更能够提高制件的喷涂效果；此外，增韧剂的添加能够使聚丙烯材料具有更高的韧性；综上所述，本发明的改性聚丙烯材料在各组分及其重量配比的协同配合下兼顾了易喷涂、低收缩以及高韧性的特点，该改性聚丙烯材料在作为电动车外观件的使用材料上能够达到与丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯材料相同甚至更佳的功能效果。
本发明提供的改性聚丙烯材料的制备方法，工艺简单、高效，适合工厂化的大批量生产。
本发明提供的改性聚丙烯材料的应用，能够较好地替代丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯(ABS)而作为电动车外观件材料，能够有效提高外观件的整体性能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，提供了一种改性聚丙烯材料，包括按重量份数计的以下组分：
聚丙烯50～80份、无机填料15～30份、聚苯乙烯1～10份、成核剂0.1～1份、增韧剂3～20份、相容剂1～10份，以及抗静电剂0.1～1份。
在本发明中，聚丙烯典型但非限制性的重量份数例如为50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份；无机填料典型但非限制性的重量份数例如为15份、20份、25份、30份；聚苯乙烯典型但非限制性的重量份数例如为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份；成核剂典型但非限制性的重量份数例如为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份；增韧剂典型但非限制性的重量份数例如为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份；相容剂典型但非限制性的重量份数例如为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份；抗静电剂典型但非限制性的重量份数例如为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份。
在本发明中，苯乙烯的表面强度高，因而能够增加制品表面的强度，抵抗一定的冷却收缩应力，同时苯乙烯也能够与成核剂互相配合，使得聚丙烯在模具中快速均匀且完善地结晶成型，进而减少聚丙烯制件在成型后由于收缩应力的不均匀而导致表面形成缩痕的现象；同时，一方面相容剂与聚丙烯材料具有较好的相容性，另一方面相容剂本身含有的极性基团与油漆具有好的相容性，从而在喷漆过程中可以增加聚丙烯制件表面的极性，而且在实际应用中发现相容剂和抗静电剂的同时添加能够进一步提高制件表面极性，更能够提高制件的喷涂效果；此外，增韧剂的添加能够使聚丙烯材料具有更高的韧性。
综上所述，本发明的改性聚丙烯材料在各组分及其重量配比的协同配合下兼顾了易喷涂、低收缩以及高韧性的特点，该改性聚丙烯材料在作为电动车外观件的使用材料上能够达到与丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯材料相同甚至更佳的功能效果。
在一种优选的实施方式中，上述组分的总重量份数可以为100份，更有利于提高各组分重量配比的协同配合效果。
在一种优选的实施方式中，聚丙烯包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种；
在本发明中，聚丙烯在230℃和2.16kg条件下的熔融指数可以为10～50g/10min，其典型但非限制性的指数例如为10g/10min、20g/10min、30g/10min、40g/10min、50g/10min，更有利于聚丙烯材料的加工。
在一种优选的实施方式中，无机填料包括但不限于滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、晶须以及玻璃纤维中的至少一种，可进一步优选为滑石粉，更有利于提高聚丙烯材料的综合性能。
在本发明中，滑石粉的平均粒径可以为2～5μm，其典型但非限制性的平均粒径例如为2μm、3μm、4μm、5μm，更有利于与其他组分协同配合以提高聚丙烯材料的综合性能。
在一种优选的实施方式中，聚苯乙烯的分子量可以为15～20万，其典型但非限制性的分子量例如为15万、16万、17万、18万、19万、20万，更有利于增加制品表面的强度，抵抗冷却收缩应力，更有利于与成核剂互相配合以减少聚丙烯制件在成型后由于收缩应力的不均匀而导致表面形成缩痕的现象。
在本发明中，成核剂包括但不限于二芳基有机磷酸化合物。
在一种优选的实施方式中，增韧剂包括但不限于乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、三元乙丙橡胶以及聚丁二烯橡胶中的至少一种，可进一步优选为乙烯-辛烯共聚物，更有利于提高聚丙烯材料的韧性。
在本发明中，乙烯-辛烯共聚物在190℃和2.16kg条件下的熔融指数可以为0.5～30g/10min，其典型但非限制性的指数例如为0.5g/10min、1g/10min、2g/10min、3g/10min、4g/10min、5g/10min、10g/10min、12g/10min、14g/10min、16g/10min、18g/10min、20g/10min、22g/10min、24g/10min、26g/10min、28g/10min、30g/10min。
在一种优选的实施方式中，相容剂包括但不限于聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝乙烯-辛烯聚合物、聚丙烯接枝丙烯酸酯以及聚苯乙烯-氢化丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物中的至少一种，可进一步优选为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，与聚丙烯材料具有更佳的相容性，相容剂本身所含有的极性基团也与油漆具有更佳的相容性，从而能够在喷漆过程中增加聚丙烯制件表面的极性，更有利于提高制件的喷涂效果。
在本发明中，马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的接枝率可以为0.8～1.5％，其典型但非限制性的接枝率例如为0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％。
在一种优选的实施方式中，抗静电剂包括但不限于乙氧基化脂肪族烷基胺、二硫代氨基甲酸的碱金属盐以及植物甘油酯类物质中的至少一种，可进一步优选为植物甘油酯类物质，更有利于与相容剂互相配合而进一步提高制件表面极性，进一步提高制件的喷涂效果。
在一种优选的实施方式中，本发明中的组分还包括润滑剂、着色剂以及抗氧剂中的至少一种，其中，抗氧剂包括但不限于抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种。
在本发明中，抗氧剂1010的添加质量百分比可以为0.1％，抗氧剂168的添加质量百分比可以为0.2％。
根据本发明的第二个方面，提供了一种上述任一项所述的改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
各组分按比例混合后依次经熔融、共混、挤出、冷却以及造粒，得到改性聚丙烯材料。
一种改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
各组合按照重量比例称量，加入高速搅拌锅中混合5～10min；
将混合均匀的材料加入双螺杆挤出机的料筒中，设定温度、螺杆转速以及喂料速度等参数；
经熔融、共混、挤出、冷却以及造粒，制得改性聚丙烯材料；
其中，挤出机的螺杆直径为35mm，长径比为40；从加料口到机头处的温度依次为80℃、170℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃、170℃，主机转速为350r/min。
本发明提供的改性聚丙烯材料的制备方法，工艺简单、高效，适合工厂化的大批量生产。
根据本发明的第三个方面，提供了一种上述任一项所述的改性聚丙烯材料在电动车外观件中的应用。
本发明提供的改性聚丙烯材料的应用，能够较好地替代丙烯腈-丁二烯-聚苯乙烯(ABS)而作为电动车外观件材料，能够有效提高外观件的整体性能。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。
实施例1-4
实施例1-4提供一种改性聚丙烯材料，各组分及其重量配比见表1；
其中，聚丙烯为高抗冲聚丙烯，熔指(熔融指数)为30±5g/10min，230℃/2.16kg；无机填料为滑石粉，粒径为2～5μm；聚苯乙烯的分子量为15～20万；成核剂为二芳基有机磷酸化合物；增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，熔指为0.5～30g/10min，190℃/2.16kg；相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，接枝率为0.8～1％；抗静电剂为植物甘油酯类物质；
其他助剂：0.1％(质量百分比)的抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)和0.2％(质量百分比)的抗氧剂168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯)。
表1
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 聚丙烯 | 74.5 | 64.5 | 61.3 | 50.1 | 79.7 | 69.7 | 62.7 |
| 滑石粉 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 聚苯乙烯 | 1 | 3 | 5 | 10 | 0 | 5 | 5 |
| 增韧剂 | 3 | 5 | 10 | 15 | 0 | 5 | 10 |
| 相容剂 | 1 | 2 | 3 | 4 | 0 | 0 | 2 |
| 抗静电剂 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0 | 0 | 0 |
| 成核剂 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0 | 0 | 0 |
| 其他助剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
实施例5
本实施例为实施例1-4的改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
各组分按比例加入高速搅拌锅中混合5min，然后将混合均匀的材料加入双螺杆挤出机的料筒中；
其中，挤出机的螺杆直径35mm，长径比为40，从加料口到机头处的温度依次为80℃、170℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃、170℃，主机转速为350r/min；
经熔融、共混、挤出、冷却以及造粒，得到改性聚丙烯材料；
将得到的改性聚丙烯材料在90℃的温度下烘2小时，之后经注塑机注塑得到样条。
对比例1-3
对比例1-3提供一种改性聚丙烯材料，各组分及其重量配比见表1，其余均与实施例4相同。
试验例
实施例和对比例得到的改性聚丙烯材料(样条)按表2的项目进行性能评价，结果见表2。
简支梁冲击性能：按照标准ISO178进行测试，ISO179-1进行测试，摆锤能量2.75J；
表面张力：使用Fordtest测试，用德国ARCOTEST表面张力达因笔测试，测试样板尺寸150*100*3.2mm；
缩痕深度：台阶仪，测试条件为：扫描宽度10mm，扫描速度0.03mm/s，设定范围100μm。
表2
从表2可以看出，本发明实施例提供的改性聚丙烯材料在韧性、表面张力，以及缩痕深度等方面均能够满足两轮电动车外观件性能的要求，将其制成制品进行部品性能试验，结果均符合产品技术要求；将部品进行喷漆后，对涂层性能进行试验验证，结果均符合性能要求。
综上所述，本发明提供的改性聚丙烯材料具有低缩痕、高韧性以及易喷涂的优势，解决了现有技术中的该类材料成型收缩率大、模量小以及不易喷涂等的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种改性聚丙烯材料，其特征在于，包括按重量份数计的以下组分：
聚丙烯50～80份、无机填料15～30份、聚苯乙烯1～10份、成核剂0.1～1份、增韧剂3～20份、相容剂1～10份，以及抗静电剂0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述组分的总重量份数为100份。
3.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种；
优选地，所述聚丙烯在230℃和2.16kg条件下的熔融指数为10～50g/10min。
4.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述无机填料包括滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、晶须以及玻璃纤维中的至少一种；
优选地，所述无机填料为滑石粉；
优选地，所述滑石粉的平均粒径为2～5μm。
5.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述聚苯乙烯的分子量为15～20万。
6.根据权利要求1-5任一项所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述成核剂包括二芳基有机磷酸化合物；
优选地，所述增韧剂包括乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、三元乙丙橡胶以及聚丁二烯橡胶中的至少一种；
优选地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物；
优选地，所述乙烯-辛烯共聚物在190℃和2.16kg条件下的熔融指数为0.5～30g/10min。
7.根据权利要求1-5任一项所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂包括聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝乙烯-辛烯聚合物、聚丙烯接枝丙烯酸酯以及聚苯乙烯-氢化丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物中的至少一种；
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物；
优选地，所述马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的接枝率为0.8～1.5％；
优选地，所述抗静电剂包括乙氧基化脂肪族烷基胺、二硫代氨基甲酸的碱金属盐以及植物甘油酯类物质中的至少一种；
优选地，所述抗静电剂为植物甘油酯类物质。
8.根据权利要求1-5任一项所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述组分还包括润滑剂、着色剂以及抗氧剂中的至少一种；
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种；
优选地，所述抗氧剂1010的添加质量百分比为0.1％；
优选地，所述抗氧剂168的添加质量百分比为0.2％。
9.一种权利要求1-8任一项所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
各组分按比例混合后依次经熔融、共混、挤出、冷却以及造粒，得到所述改性聚丙烯材料。
10.一种权利要求1-8任一项所述的改性聚丙烯材料在电动车外观件中的应用。
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