CN1916067A - 一种改性耐候聚丙烯材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性聚丙烯材料，主要用于制造家用电器零部件，如空调器室外机壳体以及汽车配件如仪表盘、保险杠等，其原料的重量百分比组成为：聚丙烯树脂65％－85％，增韧改性剂1％－18％，矿物增强剂0％－25％，偶联剂0.1％－0.8％，加工助剂0.2％－2％，光稳定剂0.2％－2％，着色剂0.2％－1.5％。本发明改性材料与现有聚丙烯材料相比，耐候、抗老化性能显著提高。

Description

一种改性耐候聚丙烯材料
技术领域
本发明涉及高分子材料领域的一种改性聚丙烯材料，主要用于制造家用电器零部件，如空调器室外机壳体以及汽车配件如仪表盘、保险杠等。
背景技术
聚丙烯是一种综合性能优良的通用热塑性塑料。其密度较小，机械性能如屈服强度、拉伸强度、压缩强度、表面硬度及弹性模量均较优异；并有突出的耐应力开裂性和耐磨性；有较好的耐热性能，连续使用温度最高可达120℃。聚丙烯几乎不吸水，具有优良的化学稳定性，高频电性能优良，且不受湿度的影响，易于成型加工，可用注射、挤出和中空成型等多种方法高效率地成型各种制品。同时，聚丙烯几乎无毒，且可耐高温消毒。聚丙烯还是一种良好的成纤材料，它有较高的熔点，在较高的温度下强度不易降低，可制成长丝、短纤、无纺布等。但是，聚丙烯也存在一些不足之处，最大缺点是耐寒性差，低温易脆断；其次是收缩率大，制品尺寸稳定性差，容易产生翘曲变形；与传统工程塑料相比，聚丙烯还存在耐气候性差，耐光、热及抗老化性差，涂饰和粘合第二次加工性差等缺点。
由于聚丙烯含有不稳定的叔碳基团，经光、热、氧作用后，易发生老化降解而导致变色、强度下降等问题，从而限制了其在户外制品上的应用。为了改进聚丙烯的性能，延长其使用寿命并扩大应用范围，须对聚丙烯进行改性。
在中国发明专利99113933.x中，公开了一种改性聚丙烯，将均聚和共聚聚丙烯以不同比例掺混使用，选用无机填料提高了聚丙烯的刚性、耐温性、抗冲击性，用抗氧剂提高了聚丙烯的耐热氧老化性。
在中国发明专利申请03119614.4中，公开了一种改性聚丙烯电视机壳体材料，其组分为(按重量份数)：聚丙烯40-50、活化碳酸钙(含有碳酸钙85-89、滑石粉1-5、钛酸酯偶联剂2、聚乙烯蜡8)40-50、聚烯烃弹性体POE 5-10、高密度聚乙烯5-10、抗氧剂0.1-0.5、抗紫外线剂0.05-0.1、色粉0.5-1.0。
但聚乙烯蜡用量过多，易析出不利于耐老化性能的保持和提高，抗紫外线剂的用量过少，难以保证长期的抗紫外线性能要求，耐候效果不好。
发明内容
本发明提供一种室外专用耐候改性聚丙烯材料，通过对聚丙烯进行耐候改性，大幅度提高聚丙烯材料在户外恶劣气候条件下的使用寿命。
一种改性耐候聚丙烯，其重量百分比组成为：
聚丙烯树脂    65％-85％
增韧改性剂    1％-18％
矿物增强剂    0％-25％
偶联剂        0.1％-0.8％
加工助剂      0.2％-2％
光稳定剂      0.2％-2％
着色剂        0.2％-1.5％
所述的聚丙烯树脂为均聚丙烯、共聚丙烯、无规共聚丙烯中的至少一种，聚丙烯树脂的熔体流动指数为1.5g/10min-35g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)。
所述的增韧改性剂为乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、聚乙烯树脂中的至少一种，增韧改性剂的熔体流动指数为0.1g/10min-25g/10min(测试条件：190℃×2.16kg)。
所述的矿物增强剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母、二氧化钛、氧化锌中至少一种。所述的矿物增强剂均为塑料加工中常用的增强剂。
所述的偶联剂，作为聚丙烯树脂和无机矿物填料的相容剂，如钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂。
钛酸酯偶联剂如南京曙光化工集团有限公司生产的单烷氧基钛酸酯偶联剂(NDZ-101)、焦磷酸型钛酸酯偶联剂(NDZ-201)。
硅烷偶联剂如安徽省天长市绿色化工助剂厂生产的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)等。
所述的加工助剂，为脂肪酸类物质、脂肪酸酰胺、矿物油、聚硅氧烷类物质中的至少一种。如液体石蜡、硬肪酸钙(Cast)、硬肪酸锌、硬肪酸酰胺、N，N-乙撑双硬脂肪酸酰胺(EBS)、聚二甲基硅酮等。
所述的光稳定剂为羟基二苯甲酮类光稳定剂、羟基苯并三唑类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂、受阻酚类光稳定剂、亚磷酸盐、金属离子钝化剂、肉桂酸酯、二烷基二硫代氨基甲酸盐、二烷基二硫代磷酸盐、无机类光稳定剂中的至少一种。
羟基二苯甲酮类光稳定剂如：瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的紫外线吸收剂Chimassoub 81(UV-531)，化学名为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
羟基苯并三唑类光稳定剂如：瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的紫外线吸收剂Tinuvin326(UV-326)，化学名称为2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑，分子式C17H18N3OCL，分子量315.5；瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的紫外线吸收剂Tinuvin327(UV-327)，化学名称为2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑，分子式C20H24N3OCL，分子量357.9；瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的紫外线吸收剂Tinuvin328(UV-328)，化学名称为2-(2′-羟基-3′，5′-二戊基苯基)苯并三唑，分子式C22H29N3O，分子量351.5。
受阻胺类光稳定剂如：瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的受阻胺光稳定剂Tinuvin770，化学名称为双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，分子式C28H52O4N2，分子量：480.74；瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的受阻胺光稳定剂Tinuvin622，化学名称为聚丁二酸(4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯，分子式(C15H25NO4)n，本品为聚合型中高分子量受阻胺光稳定剂，具有很好的加工热稳定性和与各种树脂良好的相容性；瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的Chimassorb944，化学名称为聚[[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)胺]-1，3，5三嗪-2，4-二基][(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1，6-二己二基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]]，分子式(C35H68N8)n，本品为聚合型高分子量受阻胺光稳定剂，具有很好的加工热稳定性和与各种树脂良好的相容性；美国氰特化工(Cytec)生产的受阻胺光稳定剂CYASORB UV-3853，是一种中低分子量的光稳定剂，与聚烯烃的相容性好；美国氰特化工(Cytec)生产的受阻胺光稳定剂CYASORB UV-3346，是一种高分子量的受阻胺光稳定剂量，耐热性很好；美国氰特化工(Cytec)生产的受阻胺光稳定剂CYASORBUV-2908，是一种复合型光稳定剂，性价比高。
受阻酚类光稳定剂如：金海雅宝化工有限公司生产的高分子量酚类抗氧剂AT-3114，其化学名称：1，3，5，三(3，5-二叔丁基，4-羟基苄基)均三嗪，2，4，6-(1H，3H，5H)三酮，分子量：784.1；瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的酚类抗氧剂Irganox1010、酚类抗氧剂Irganox1076。
无机类光稳定剂如：氧化锌、二氧化钛、炭黑等，具体有上海跃江钛白化工制品有限公司生产的跃江牌间接法氧化锌；美国卡博特(Carbot)公司生产的炭黑；美国杜帮公司生产的金红石型二氧化钛：R103。
其他组分生产厂家如：金海雅宝化工有限公司生产的亚磷酸酯类抗氧剂AT-626，其化学名称为双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，分子式C33H50O6P2，分子量604；瑞士汽巴精化(Ciba-Geigy)生产的亚磷酸类助抗氧剂Irganox168、利安隆(天津)实业有限公司生产的抗氧、抗铜剂MD-1024等。
着色剂可根据需要选用本领域通用的着色剂。
加工时，第一步将聚丙烯树脂、增韧改性剂、矿物增强剂、偶联剂、加工助剂、光稳定剂、着色剂等组分按比例在混料机中混合均匀。第二步是将混合后的物料由喂料器送入双螺杆挤出机中，经过双螺杆高速剪切、混炼，由机头挤出、拉条、风冷、切粒、干燥和包装。
制备方法中各段螺杆温度控制在165℃-260℃之间，最好在175℃-220℃之间。
羟基二苯甲酮类光稳定剂、羟基苯并三唑类光稳定剂均有吸收紫外线的作用，若在使用具有吸收紫外线作用的光稳定剂的同时采用受阻胺光稳定剂来捕捉自由基、采用无机光稳定剂如钛白料、氧化锌或炭黑来屏蔽紫外线，更能发挥协同作用，保证本发明的耐候聚丙烯材料具有非常可靠的耐候性能，可长期使用满足耐候要求。
本发明改性材料主要用于制造室外环境使用的家用电器以及汽车或其它机械部件，与现有聚丙烯材料相比，耐候、抗老化性能显著提高。
具体实施方式
实施例1
将聚丙烯树脂、增韧改性剂、矿物增强剂、偶联剂、加工助剂、复合光稳定剂、着色剂等组分按表1中的配比在混料机中混合均匀。将混合后的物料由喂料器送入双螺杆挤出机中，螺杆各段温度：175℃、210℃、215℃、215℃、215℃、215℃、215℃。经过双螺杆高速剪切、混炼，由机头挤出、拉条、风冷、切粒、干燥和包装。
实施例2-5
按照实施例1中的工艺条件和表1中的物料配比制备改性聚丙烯。
表1(物料配比为重量百分比，部分采用商品代号的组分名称在说明书发明内容中均有生产厂家或性能的描述)
  组份   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5
  聚丙烯树脂   65   74   70   82   85
  增韧改性剂POE   11   7   6   3   11.3
  滑石粉   5   10   11   6   0
  碳酸钙   15   0   10   0   0
  硫酸钡   0   6   0   6   0
  偶联剂NDZ-201   0.5   0   0.4   0   0
  偶联剂KH-550   0   0.4   0   0.2   0.1
  加工助剂(Cast)   0.5   0.2   0.1   0.3   0.15
  加工助剂(EBS)   0   0.3   0   0   0
  Irganox1010   0.2   0.1   0.2   0.15   0.3
  AT-3114   0.15   0.2   0.1   0.2   0.1
  AT-626   0.3   0   0.5   0.4   0
  Irganox168   0   0.3   0   0   0.45
  Tinuvin770   0.3   0   0.4   0.3   0.25
  UV-326   0.25   0   0.3   0.25   0.3
  UV-531   0   0.4   0   0   0
  Chimassorb944   0   0.4   0.4   0.3   0.15
  Tinuvin622   0.4   0.2   0   0.3   0.20
  R103   0.2
  着色剂   1.4   0.5   0.6   0.6   1.5
性能测试
按实施例4的原料配比，对制备的改性耐候聚丙烯进行性能测试，测试方法和结果见表2
                            表2
  检验项目   单位   测试方法   性能指标
  拉伸强度   MPa   GB1040   23
  断裂伸长率   ％   GB1040   25
  简支梁缺口冲击强度   KJ/M2   ISO179-1   6
  弯曲强度   MPa   GB9341   30
  弯曲模量   MPa   GB9341   1800
  氙灯老化(2000小时)
  拉伸强度保持率   ％   90
  断裂伸长率保持率   ％   60
  简支梁缺口冲击强度保持率 ％ 80
  弯曲强度保持率   ％   90
  色差变化   GB250   △E≤5

Claims (7)

1、一种改性耐候聚丙烯材料，其原料的重量百分比组成为：
聚丙烯树脂        65％-85％
增韧改性剂        1％-18％
矿物增强剂        0％-25％
偶联剂            0.1％-0.8％
加工助剂          0.2％-2％
光稳定剂          0.2％-2％
着色剂            0.2％-1.5％
2、如权利要求1所述的改性耐候聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚丙烯树脂为均聚丙烯、共聚丙烯、无规共聚丙烯中的至少一种。
3、如权利要求1所述的改性耐候聚丙烯材料，其特征在于：所述的增韧改性剂为乙烯-辛烯共聚物、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚乙烯树脂中的至少一种。
4、如权利要求1所述的改性耐候聚丙烯材料，其特征在于：所述的矿物增强剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母、二氧化钛、氧化锌中的至少一种。
5、如权利要求1所述的改性耐候聚丙烯材料，其特征在于：所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
6、如权利要求1所述的改性耐候聚丙烯材料，其特征在于：所述的加工助剂为脂肪酸类物质、矿物油、聚硅氧烷类物质中的至少一种。
7、如权利要求1所述的改性耐候聚丙烯材料，其特征在于：所述的光稳定剂为羟基二苯甲酮类光稳定剂、羟基苯并三唑类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂、受阻酚类光稳定剂、亚磷酸盐、金属离子钝化剂、肉桂酸酯、二烷基二硫代氨基甲酸盐、二烷基二硫代磷酸盐、无机类光稳定剂中的至少一种。
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