CN1737039A - 一种聚烯烃组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚烯烃组合物及其制备方法和应用。所说的聚烯烃组合物的组分和重量百分数包含：聚丙烯20～70％，热塑性弹性体填充母粒5～50％，无机填料5～40％，功能化聚烯烃树脂2－25％，偶联剂0～0.5％，抗氧剂0.1～1％。本发明所生产的聚烯烃组合物具有良好的刚性和韧性，可以很好的替代PS(聚苯乙烯)材料，用于制备各种家电外壳或底座，比如电视机、空调洗衣机外壳、空调及洗衣机底座、小家电外壳及底座等；用于IT产品，比如电脑机箱及显示器外壳、键盘、鼠标部件等；用于汽车内饰件，比如汽车仪表板、顶板、内门板、扶手等部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种低密度、高尺寸稳定性、高性能的聚烯烃组合物。本发明还涉及到一种热塑性弹性体填充母粒的制备方法。
背景技术
通过在塑料加工过程中将填料、色粉、阻燃剂、功能性助剂等分散到与母体树脂具有相容性的载体，可以制备含有高浓度的填料、色粉、阻燃剂、功能性助剂的填充母粒。填充母粒具有分散性好，性能稳定，加工方便等优点，一直被应用于聚合物的改性。无机填料的填充母粒添加到聚烯烃树脂中会对性能带来较大的变化。本发明发现，通过特别的生产工艺和配方，可以得到了一种同时提高聚烯烃树脂的刚性和韧性的填充母粒，并得到了一种兼具低密度、低收缩率、高刚性和韧性的聚烯烃组合物。
徐升秀在中国发明专利“塑料填充母粒”(公开号87102663)中报导了一种高分散型的塑料填充母粒。该填充母粒由碳酸钙作为基体，经螯合型酞酸酯等助剂表面处理，并以石油树脂、乙丙橡胶、低分子树脂、分散剂、废旧回收聚烯烃共混体为载体，经混炼、成片、切粒而成。该填充母粒可以在较大的填充量下，不但不降低原塑料的物理机械性能，而且使其加工性能和物理机械性能大幅度提高，所以既降低塑料制品成本，又提高其质量，但是该填充母粒并不具备高韧性的特点。
孙绍宣在中国发明专利“通用级塑料填充母粒及其制备方法”(1061028)中报导了一种热塑性塑料用的通用级塑料填充母粒及其制备方法。由本发明提供的通用级塑料母粒使用方便，可调节塑料制品的性能，改进其使用效果，并大大降低其成本，是目前提高塑料制品质量的一个重要途径。它由经超微粉碎至1-20μ的填料沸石和白炭黑、分子量为1000-6000的载体聚乙烯以及调节剂松节油和白油或己戊四醇甲酯经捏和造粒而成。该母粒的不具备高刚性、高韧性的特点。
颜异亮、颜锦春、谢明杰在中国发明专利“聚烯烃改性填充母粒及其制造方法”(授权号CN 6107768B)中，报导了一种以松香或松香衍生物作为无机填充料的包裹剂，取代了传统的无规聚丙烯的填充母粒。它是按如下配比，经混炼、切粒制成的。其重量组成为：聚烯烃树脂0-10％，松香或松香衍生物0.3-15％，无机填充料70-95％，适用于各种热塑性树脂的加工。所得塑料制品性能，超过了用无规聚丙烯制成的聚烯烃母粒的要求，而且价格低廉、原料来源充足。但该填充母粒并没有获得低密度，低收缩率和韧性。
欧玉春、方晓萍等在中国发明专利“一种增韧聚烯烃用填充母粒的制备方法”中报导了一种增韧聚烯烃用填充母粒及其制备方法和用途。该填充母粒包括粒子直径为0.5μm-40μm的无机填料，表面处理剂，功能化热塑性弹性体、热塑性树脂及其混合物，加工助剂，上述各组分均匀混合后，经双螺杆挤出机挤出或双辊混炼机混炼，造粒而成。本发明的增韧聚烯烃用填充母粒具有无机填料在母粒载体中均匀分散，且在与聚烯烃材料复合时，能以无机填料为核载体为壳的“核-壳”结构粒子形式再分布于聚烯烃基体中的特点，其复合材料达到了高刚性、高韧性。由于该填充母粒中的填料密度大，因此不能获得有低密度和低收缩率的填充母粒。
阿部胜；河合洋一；星野实；关口克巳在中国专利“一种增韧聚烯烃用填充母粒及其制备方法和用途”中报导了一种制造聚烯烃树脂组合物的方法，它是将无机填料与表面处理剂一起在干式或半干式粉磨机中进行磨粉和表面处理，然后将该处理过的无机填料与一定量的聚烯烃树脂混合并将生成的混合物造粒，再将由此得到的颗粒混合物与另外的颗料或丸粒聚烯烃树脂以一定的比量进行混合。该聚烯烃组合物没有使用填充母粒，得到的聚烯烃组合物不具备低收缩率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种热塑性弹性体填充母粒；
本发明需要解决的另一个技术问题是公开一种含有热塑性弹性体填充母粒聚烯烃组合物，以克服件由技术存在的不能得到兼具高刚性、高韧性、低密度、低收缩率的聚烯烃组合物的缺点；
本发明另一个需要解决的技术问题是公开所述聚烯烃组合物的制备方法；
本发明再一个需要解决的技术问题是公开所述聚烯烃组合物的应用。
本发明的热塑性弹性体填充母粒的组分和重量百分比包含：
热塑性弹性体 10～55％
无机填料 35～85％
抗氧剂 0.1～1％
表面处理剂 0.1～1％
加工助剂 3～15％
上述的热塑性弹性体选自丁苯橡胶，丁腈橡胶，顺丁橡胶，异戊橡胶，天然橡胶，氯丁橡胶，乙烯-α-烯烃共聚物，乙烯-丙烯-二烯共聚物，乙丙橡胶，乙烯-丙烯酸共聚物，乙烯-丙烯酸酯共聚物，乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物，苯乙烯-二烯-苯乙烯共聚物，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或其混合物；
无机填料选自硅灰石、滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母、玻璃微珠、陶瓷微珠、玻璃微片、钛白粉、氢氧化镁、氢氧化铝其中的一种或其混合物；
加工助剂选自聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、聚丙烯腊、液体石蜡、白油、环烷油、环氧大豆油或硬脂酸钙中的一种；
表面处理剂为γ～氨基丙基三乙氧基硅烷，γ～甲基丙烯酸丙酯基硅烷，γ～缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，γ～丙硫醇三甲氧基硅烷，正钛酸四异丙酯，三(二辛基焦磷酸酯氧基)钛酸酯，异丙基三异十八酰钛酸酯，硬脂酸中的一种或其混合物；
抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或含硫类抗氧剂中的一种或其混合物；
所说的聚烯烃组合物的组分和重量百分数包含：
聚丙烯 20～70％
热塑性弹性体填充母粒 5～50％
无机填料 5～40％
功能化聚烯烃树脂 2-25％
偶联剂 0～0.5％
抗氧剂 0.1～1％
所说的聚丙烯树脂的熔融指数为5g/10min～200g/min(230℃，2.16kg)。
所说的功能化聚烯烃选自马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或其混合物；
所述及的无机填料为硅灰石、短切玻纤、连续玻纤、滑石粉、碳酸钙晶须、高岭土、蒙脱土、云母、钛酸钾晶须、玻璃微珠、陶瓷微珠、玻璃微片、钛白粉、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或其混合物；
所述及的偶联剂选自γ～氨基丙基三乙氧基硅烷、γ～甲基丙烯酸丙酯基硅烷、γ～缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、γ～丙硫醇三甲氧基硅烷、正钛酸四异丙酯、三(二辛基焦磷酸酯氧基)钛酸酯或异丙基三异十八酰钛酸酯中的一种或其混合物；
上述的抗氧剂优选抗氧剂Irganox 1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戍四醇酯)或抗氧剂Irgafos 168三((2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)。
本发明所说的热塑性弹性体填充母粒的制备方法包括如下步骤：
(1)将热塑性弹性体与加工助剂在高混机中高速混合1～10分钟，混合温度为25～70℃；
(2)将步骤(1)的产物与无机填料、抗氧剂和表面处理剂在高混机中混合1～35分钟，混合温度为25～70℃，获得共混物；
(3)将共混物在160～220℃下经双螺杆挤出机挤出造粒，即获得热塑性弹性体填充母粒；
本发明所说的聚烯烃组合物的制备方法包括如下步骤：
将聚丙烯、热塑性弹性体填充母粒、无机填料、功能化聚烯烃树脂、偶联剂和抗氧剂在高混机中混合均匀后，经双螺杆挤出机或单进行熔融挤出，再经造粒机进行造粒即可得到该组合物。
根据本发明所生产的聚烯烃组合物具有良好的刚性和韧性，可以很好的替代PS(聚苯乙烯)材料，主要用于制备各种家电外壳或底座，比如电视机、空调洗衣机外壳、空调及洗衣机底座、小家电外壳及底座等；用于IT产品，比如电脑机箱及显示器外壳、键盘、鼠标部件等；用于汽车内饰件，比如汽车仪表板、顶板、内门板、扶手等部件。
具体实施方式
如下实施例中采用以下物料：
南京曙光化工总厂生产的KH-550γ-氨基丙基三乙氧基硅烷
瑞士汽巴精华公司生产的抗氧剂Irganox 1010
瑞士汽巴精华公司生产的抗氧剂Irgafox 168
吉化公司生产的EPDM乙烯-丙烯-二烯三元共聚物
三井公司生产的TAMFER DF610乙烯-α-烯烃共聚物
燕山石化生产的聚丙烯PP K7726，熔融流动速率26g/10min(230℃2.16kg)
滑石粉、玻璃纤维、玻璃微珠、环氧大豆油、环烷油、白油、硬脂酸均为市购化学品。
实施例1-4
将350g EPDM(乙烯-丙烯-二烯烃橡胶)，50g环氧大豆油加入高混机中，于常温下高混3分钟，之后投入1g抗氧剂Irganox 1010，2g抗氧剂Irgafos 168，4g γ～氨基丙基三乙氧基硅烷商品名称：(KH-550)，600g滑石粉，继续高速混合15min。得到的预混料经双螺杆挤出机挤出后得到填充母粒，各段挤出温度设定为160℃-170℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃。
按表1提供的组分与配比称量物料，在高速混合机中混合均匀，在双螺杆挤出机挤出后得到组合物。各段挤出温度设定为180℃-190℃-200℃-200℃-20℃-200℃-210℃。
表1实施例1-4的组分与重量配比(以下实施例均按重量百分比计)
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 聚丙烯热塑性弹性体填充母粒玻纤PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)KH-550Irganox 1010Irgafox 168 | 57.3201570.40.10.2 | 47.3301570.40.10.2 | 64.320150.40.10.2 | 47.3202570.40.10.2 |
表2实施例1-4的性能(ASTM)
| 测试项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 拉伸强度Izod缺口冲击强度弯曲模量密度收缩率 | MPaKJ/m2MPag/cm3％ | 431538501.130.55 | 411934301.170.40 | 271430201.130.55 | 531355201.190.35 |
实施例5-8(对比例)
按表3提供的组分与配比称量物料，在高速混合机中混合均匀，在双螺杆挤出机挤出后得到组合物。各段挤出温度设定为190℃-200℃-200℃-200℃-200℃-210℃-210℃。
表3实施例5-8的组分与重量配比(以下实施例均按重量百分比计)
| 组分 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 聚丙烯EPDM(乙烯-丙烯-二烯烃橡胶)滑石粉玻纤PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)KH-550Irganox 1010Irgafox 168 | 6855.31570.40.10.2 | 42.310201570.40.10.2 | 54.3713150.40.10.2 | 22.37102870.40.10.2 |
表4实施例5-8的性能(ASTM)
| 测试项目 | 单位 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 拉伸强度Izod缺口冲击强度弯曲模量密度收缩率 | MPaKJ/m2MPag/cm3％ | 41733801.130.9 | 401127301.170.8 | 25626501.130.9 | 49651301.190.7 |
实施例9
将350g POE(乙烯-α-烯烃共聚物)，50g环烷油加入高混机中，于常温下高混3分钟，之后投入1g抗氧剂Irganox 1010，2g抗氧剂Irgafos168，4g硬脂酸，600g滑石粉，继续高速混合15min。得到的预混料经双螺杆挤出机挤出后得到填充母粒，各段挤出温度设定为160℃-170℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃。按以下重量配比制造聚烯烃组合物：
53％PP；19.1％玻纤；20％母粒；0.4％KH-550；7％PP-g-MAH；0.1％Irganox 1010；0.2％Irgafos 168；0.2％硬脂酸钙
各段温度设定为180℃-190℃-200℃-200℃-200℃-200℃-210℃。
实施例10
将350g POE，50g环氧大豆油加入高混机中，于常温下高混3分钟，之后投入1g抗氧剂Irganox 1010，2g抗氧剂Irgafos 168，4g硬脂酸，600g滑石粉，继续高速混合15min。得到的预混料经双螺杆挤出机挤出后得到填充母粒，各段挤出温度设定为160℃-170℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃。按以下配比制造聚烯烃组合物：
53％PP；19.1％玻纤；20％母粒；0.4％KH-550；7％PP-g-MAH；0.1％Irganox 1010；0.2％Irgafos 168；0.2％硬脂酸钙
各段温度设定为180℃-190℃-200℃-200℃-200℃-200℃-210℃。
实施例11
将350g POE(乙烯-α-烯烃共聚物)，50g白油加入高混机中，于常温下高混3分钟，之后投入1g抗氧剂Irganox 1010，2g抗氧剂Irgafos 168，4g硬脂酸，600g滑石粉，继续高速混合15min。得到的预混料经双螺杆挤出机挤出后得到填充母粒，各段挤出温度设定为160℃-170℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃。按以下配比制造聚烯烃组合物：
53％PP；19.1％玻纤；20％母粒；0.4％KH-550；7％PP-g-MAH；0.1％Irganox 1010；0.2％Irgafos 168；0.2％硬脂酸钙
各段温度设定为180℃-190℃-200℃-200℃-200℃-200℃-210℃。
实施例12
将350g POE(乙烯-α-烯烃共聚物)，50g白油加入高混机中，于常温下高混3分钟，之后投入1g抗氧剂Irganox 1010，2g抗氧剂Irgafos 168，4g硬脂酸，400g滑石粉，200g玻璃微珠，继续高速混合15min。得到的预混料经双螺杆挤出机挤出后得到填充母粒，各段挤出温度设定为160℃-170℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃。按以下配比制造聚烯烃组合物：
53％PP；19.1％玻纤；20％母粒；0.4％KH-550；7％PP-g-MAH；0.1％Irganox 1010；0.2％Irgafos 168；0.2％硬脂酸钙
各段温度设定为180℃-190℃-200℃-200℃-200℃-200℃-210℃。
实施例9-12制备的组合物的性能见表5
表5实施例9-12的性能(ASTM)
| 测试项目 | 单位 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 |
| 拉伸强度Izod缺口冲击强度弯曲模量密度收缩率 | MPaKJ/m2MPag/cm3％ | 472147701.160.4 | 481851301.160.4 | 511848601.160.4 | 492347201.060.35 |
实施例13～18
按照实施例12的制造工艺，制备聚烯烃组合物，制备填充母粒和聚烯烃组合物两个步骤采用的各组分含量分别按照表6和表7的配比。
按照实施例13～18制备得到的聚烯烃组合物的性能见表8
表6实施例13～18热塑性弹性体填充母粒配比表(以下实施例按重量百分比计)
| 组分 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | 实施例16 | 实施例17 | 实施例18 |
| POESBS苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物EPDM碳酸钙云母陶瓷微珠三(二辛基焦磷酸酯氧基)钛酸酯硬脂酸抗氧剂Irganox 1010抗氧剂Irgafos 168润滑剂EBS | 29.76550.10.2 | 29.36550.10.2 | 3060.150.10.24 | 306560.10.2 | 29.76560.10.2 | 30655.70.10.2 |
表7实施例13～18聚烯烃组合物配比表(以下实施例按重量百分比计)
| 组分 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | 实施例16 | 实施例17 | 实施例18 |
| PP连续玻纤短切玻纤硅灰石热塑性弹性体填充母粒马来酸酐接枝聚丙烯马来酸酐接枝聚乙烯KH-550Irganox 1010Irgafox 168 | 35152550.10.2 | 35152550.50.10.2 | 35152550.10.2 | 152550.50.10.2 | 152550.10.2 | 152550.50.10.2 |
表8实施例13～18聚烯烃组合物性能表(ASTM)
| 测试项目 | 单位 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | 实施例16 | 实施例17 | 实施例18 |
| 拉伸强度Izod缺口冲击强度弯曲模量密度纵向收缩率横向收缩率 | MPaKJ/m2MPag/cm3％％ | 431329301.160.40.5 | 411533201.160.50.5 | 581147801.160.20.4 | 342129701.160.50.7 | 431732201.160.40.5 | 351728501.160.40.6 |
Claims (16)
1.一种热塑性弹性体填充母粒，其特征在于，组分和重量百分比包含：
热塑性弹性体 10～55％
无机填料 35～85％
抗氧剂 0.1～1％
表面处理剂 0.1～1％
加工助剂 3～15％。
2.根据权利要求1所述的热塑性弹性体填充母粒，其特征在于，热塑性弹性体选自丁苯橡胶，丁腈橡胶，顺丁橡胶，异戊橡胶，天然橡胶，氯丁橡胶，乙烯-α-烯烃共聚物，乙烯-丙烯-二烯共聚物，乙丙橡胶，乙烯-丙烯酸共聚物，乙烯-丙烯酸酯共聚物，乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物，苯乙烯-二烯-苯乙烯共聚物，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或其混合物。
3.根据权利要求1所述的热塑性弹性体填充母粒，其特征在于，无机填料选自硅灰石、滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母、玻璃微珠、陶瓷微珠、玻璃微片、钛白粉、氢氧化镁或氢氧化铝中的一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的热塑性弹性体填充母粒，其特征在于，加工助剂选自聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、聚丙烯腊、液体石蜡、白油、环烷油、环氧大豆油或硬脂酸钙中的一种。
5.根据权利要求1所述的热塑性弹性体填充母粒，其特征在于，表面处理剂为γ～氨基丙基三乙氧基硅烷，γ～甲基丙烯酸丙酯基硅烷，γ～缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，γ～丙硫醇三甲氧基硅烷，正钛酸四异丙酯，三(二辛基焦磷酸酯氧基)钛酸酯，异丙基三异十八酰钛酸酯，硬脂酸中的一种或其混合物。
6.根据权利要求1所述的热塑性弹性体填充母粒，其特征在于，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或含硫类抗氧剂中的一种或其混合物。
7.一种聚烯烃组合物，其特征在于，组分和重量百分数包含：
聚丙烯 20～70％
热塑性弹性体填充母粒 5～50％
无机填料 5～40％
功能化聚烯烃树脂 2-25％
偶联剂 0～0.5％
抗氧剂 0.1～1％
其中：热塑性弹性体填充母粒选用权利1～6任一项所述的热塑性弹性体填充母粒。
8.根据权利要求7所述的聚烯烃组合物，其特征在于，所说的聚丙烯树脂的熔融指数为5g/10min～200g/min(230℃，2.16kg)。
9.根据权利要求7所述的聚烯烃组合物，其特征在于，所说的功能化聚烯烃选自马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或其混合物。
10.根据权利要求7所述的聚烯烃组合物，其特征在于，所述及的无机填料为硅灰石、短切玻纤、连续玻纤、滑石粉、碳酸钙晶须、高岭土、蒙脱土、云母、钛酸钾晶须、玻璃微珠、陶瓷微珠、玻璃微片、钛白粉、氢氧化镁、氢氧化铝其中的一种或其混合物。
11.根据权利要求7所述的聚烯烃组合物，其特征在于，所述及的偶联剂选自γ～氨基丙基三乙氧基硅烷，γ～甲基丙烯酸丙酯基硅烷，γ～缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，γ～丙硫醇三甲氧基硅烷，正钛酸四异丙酯，三(二辛基焦磷酸酯氧基)钛酸酯，异丙基三异十八酰钛酸酯中的一种或其混合物。
12.根据权利要求7所述的聚烯烃组合物，其特征在于，所述及的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫类抗氧剂中的一种或其混合物。
13.制备权利1～6任一项所述的热塑性弹性体填充母粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将热塑性弹性体与加工助剂在高混机中混合1～10分钟，混合温度为25～70℃；
(2)将步骤(1)的产物与无机填料、抗氧剂和表面处理剂在高混机中混合1～35分钟，混合温度为25～70℃，获得共混物；
(3)将共混物在160～220℃下经双螺杆挤出机挤出造粒，即获得热塑性弹性体填充母粒。
14.权利要求7～12任一项所述的聚烯烃组合物的应用，其特征在于，用于制备家电外壳或底座。
15.权利要求7～12任一项所述的聚烯烃组合物的应用，其特征在于，用于制备IT产品外壳、键盘或鼠标部件。
16.权利要求7～12任一项所述的聚烯烃组合物的应用，其特征在于，用于制备汽车内饰件。
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| CN 200410053831 CN1737039A (zh) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | 一种聚烯烃组合物及其制备方法和应用 |
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