專利名稱：一種抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯是目前用量最大的通用塑料之一，因?yàn)榫哂忻芏刃?(0.89_0.91g/ cm3 )、 價(jià)格低、無毒性、耐腐蝕、電絕緣性能優(yōu)良、透明性和加工性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工、 機(jī)械、電力、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。其中聚丙烯材料在汽車上的應(yīng)用，己成為我國汽車工業(yè)零部件國產(chǎn)化的主要研究方向之一。聚丙烯材料的一個(gè)缺陷是抗刮傷性能較差，而這一性能又是儀表板、操控臺和門板表皮等汽車內(nèi)部應(yīng)用部件的關(guān)鍵性能，另外，抗刮性也是汽車外部應(yīng)用部件、ATVs (全地形車輛)等車輛、耐用品和家具等的重要性能之一。塑料和汽車工業(yè)正積極尋找解決方案以提高聚烯烴材料的抗刮傷性能。目前市場上常用的改善聚丙烯抗刮傷性能的物質(zhì)是芥酸酰胺和油酸酰胺，當(dāng)它們被加入進(jìn)熱塑性塑料中時(shí)，會遷移到塑料產(chǎn)品的表面，起霜白化，產(chǎn)生一個(gè)臘層，減少產(chǎn)品表面的摩擦系數(shù)同時(shí)也降低刮痕的可見度。然而芥酸酰胺或油酸酰胺存在的一個(gè)問題是， 在紫外光的照射下，它們會在塑料產(chǎn)品表面形成高濃度積聚，帶來膠粘性，盡管這種膠粘性會在連續(xù)的紫外光照射后離解。在塑料中加入不同的光穩(wěn)定劑對于表面膠粘性的開始和消散速度有不同的影響，但是光穩(wěn)定劑本身與這種膠粘性無關(guān)，它不會阻止也不會導(dǎo)致膠粘性。芥酸酰胺或油酸酰胺存在的其它問題還有耐氣候性差、可涂飾性不好、應(yīng)用于汽車外部會起霧等等。相對于芥酸類添加劑，另外一種改善抗刮傷性的物質(zhì)就是高分子量硅氧烷聚合物，這種聚合物分子量高，不會遷移到材料表面因而能產(chǎn)生長期的抗刮傷性能，但是該類添加劑價(jià)格昂貴，且在低添加量的情況下也無法有效的改善材料的抗刮傷性能?，F(xiàn)代社會和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對聚合物材料提出了日益苛刻的要求，既要求材料性能良好又要價(jià)格低廉，并且在材料使用方面也有諸多限制。面對多種多樣的實(shí)際使用要求， 近年來發(fā)展起來一種新方法，即通過將聚丙烯與納米材料共混來改善聚丙烯材料的機(jī)械性能和抗刮傷性能。這種方法存在的問題如下一方面，由于納米材料晶粒小、表而曲率大等特點(diǎn)，使得晶粒表面無序排列的原子數(shù)遠(yuǎn)大于晶態(tài)材料中表面原子所占的百分?jǐn)?shù)，并且在同一納米態(tài)晶粒內(nèi)還存在各種缺陷，導(dǎo)致其在常溫下極易團(tuán)聚；另一方面，由于聚丙烯是非極性高聚物，而納米粒子相對而言極性差異很大，因此納米粒子與聚丙烯的相容性也較差， 直接將未經(jīng)過特殊處理的納米粒子填充到聚丙烯里也很難得到高性能的聚丙烯材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗刮傷性能良好的聚丙烯復(fù)合材料。本發(fā)明還要提供一種上述抗刮傷性能良好的聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，在實(shí)際生產(chǎn)中能夠簡單有效地改善聚丙烯復(fù)合材料的抗刮傷性能，同時(shí)能夠提高材料的機(jī)械性能。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
一種抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，以重量百分比計(jì)，其原料配方為
聚丙烯55%"95%硅灰石1% 30%無機(jī)填料0% 30%增韌劑0% 30%主抗氧劑0. 1% 1%輔抗氧劑0. 1% 1%抗刮傷劑0% 1%光穩(wěn)定劑0.1%"2%其他助劑0% 5%
所述聚丙烯為熔體流動速率(230°C X 2. 16kg)在0.5 60g/10min之間的均聚丙烯或乙烯丙烯嵌段共聚物；所述硅灰石為長徑比在3:廣20:1范圍內(nèi)的針狀或針狀結(jié)晶的粉體； 所述無機(jī)填料為滑石粉、云母粉、碳酸鈣和硫酸鋇中的一種或多種的組合；所述增韌劑為熔融指數(shù)在1 50g/10min范圍內(nèi)的線形乙烯-辛烯共聚物，密度為0. 88 0. 90g/cm3 ；所述主抗氧劑為受阻酚或硫酯抗氧劑，所述輔抗氧劑為亞磷酸酯類抗氧劑；所述抗刮傷劑為芥酸酰胺或油酸酰胺中的一種或兩種的組合；所述光穩(wěn)定劑為受阻胺類光穩(wěn)定劑，或者受阻胺類光穩(wěn)定劑與苯并三唑類光穩(wěn)定劑的組合；所述其他助劑為顏色添加劑和潤滑劑。采用上述技術(shù)方案，在聚丙烯材料的加工配方中加入一種針狀或針狀結(jié)晶的硅灰石粉體，可以有效的改善材料的抗刮傷性能。因?yàn)楣杌沂Ｗ幽芡ㄟ^限制聚丙烯片晶的生長和作為異相成核劑來減少聚丙烯的球晶尺寸和片晶厚度；而且在硅灰石粒子周圍會形成局部結(jié)晶區(qū)域，這種局部結(jié)晶區(qū)域的存在對于材料抵抗劃傷起著重要的作用。優(yōu)選地，所述均聚丙烯為結(jié)晶度大于70%、等規(guī)度大于99%的高結(jié)晶均聚丙烯； 所述乙烯丙烯嵌段共聚物的乙烯含量在4 IOmoW)的范圍內(nèi)，聚丙烯的熔體流動速率 (2300C X 2. Wkg)優(yōu)選為在 5 30g/10min 之間。優(yōu)選地，硅灰石采用天然白色、不含金屬的針狀或針狀結(jié)晶的粉體。優(yōu)選地，所述無機(jī)填料的粒徑范圍在1 10微米之間。優(yōu)選地，主抗氧劑可選自抗氧劑3114和抗氧劑1010中的一種或兩種的組合，輔抗氧劑可選自抗氧劑618和抗氧劑168中的一種或兩種的組合，主抗氧劑和輔抗氧劑主要是復(fù)配使用，兩者能發(fā)揮協(xié)同作用，以達(dá)到良好的抗氧化效果?？寡鮿?114為Ciki公司生產(chǎn)的商品牌號為Irganox 3114的抗氧劑，其化學(xué)名稱為3，5-二叔丁基-4-羥基芐基磷酸二乙酯；抗氧劑1010為Ciki公司生產(chǎn)的商品牌號為Irganox 1010的抗氧劑，其化學(xué)名稱為四[3-(3，5- 二叔丁基-4-羥苯基)丙酸]季戊醇酯；抗氧劑618為吉林化工公司生產(chǎn)的商品牌號為618的抗氧劑，其化學(xué)名稱為二亞磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；抗氧劑168為Ciki 公司生產(chǎn)的商品牌號為Irgafos 168的抗氧劑，其化學(xué)名稱為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯。優(yōu)選地，光穩(wěn)定劑選自光穩(wěn)定劑944和光穩(wěn)定劑770中的一種或兩種的組合。進(jìn)一步地，光穩(wěn)定劑優(yōu)選為光穩(wěn)定劑944和光穩(wěn)定劑770中的一種與光穩(wěn)定劑UV-74的組合， 或者是光穩(wěn)定劑944、光穩(wěn)定劑770與光穩(wěn)定劑UV-74三者的組合。
另外，上述抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料的制備方法如下
所述抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料通過螺桿擠出機(jī)擠出加工形成；所述螺桿擠出機(jī)具有分別位于兩端的第一進(jìn)料口和出料口、位于所述第一進(jìn)料口和出料口之間且距離所述出料口 1/6-1/5螺桿擠出機(jī)長度處的第二進(jìn)料口 ；進(jìn)行擠出時(shí)，先將配方量的聚丙烯、無機(jī)填料、 增韌劑、主抗氧劑、輔抗氧劑、抗刮傷劑、光穩(wěn)定劑和其他助劑在轉(zhuǎn)速為475150轉(zhuǎn)/分鐘的高速混合器中干混3 5分鐘，然后將混合所得物料從第一進(jìn)料口通入螺桿擠出機(jī)中，將配方量的硅灰石從第二進(jìn)料口通入螺桿擠出機(jī)中；擠出加工過程中，擠出壓力在12 18兆帕之間，除硅灰石外的其他物料在螺桿擠出機(jī)中的停留時(shí)間為廣2分鐘。作為這種制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，將螺桿擠出機(jī)從第一進(jìn)料口到出料口均勻分為四段，分別對應(yīng)四個(gè)溫度區(qū)間，且四個(gè)溫度區(qū)間的溫度分別為一區(qū)溫度200°c 21(rc、二區(qū)溫度211°C 220°C、三區(qū)溫度211°C 220°C、四區(qū)溫度205°C 215°C ；第二進(jìn)料口與四區(qū)直接相通。由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明通過在聚丙烯材料的加工配方中加入一種針狀或針狀結(jié)晶的硅灰石粉體，能夠有效改善材料的抗刮傷性能，提高材料的機(jī)械性能，同時(shí)又不影響材料的其他使用性能；制備所述聚丙烯材料的過程中，使硅灰石粉體以側(cè)向喂料的形式從第二進(jìn)料口送入擠出機(jī)進(jìn)行擠出加工，能夠避免硅灰石的結(jié)構(gòu)因長時(shí)混煉遭到破壞，加工方法設(shè)計(jì)巧妙，操作簡單， 不僅能夠使材料的抗刮傷性能得到進(jìn)一步的保證，還能夠提高材料的機(jī)械性能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但不限于這些實(shí)施例。各實(shí)施例和對比例的配方列于表1和表3 ；
各實(shí)施例和對比例聚丙烯復(fù)合材料的綜合性能對比列于表2和表4。在各實(shí)施例和對比例的配方中，聚丙烯選自不同熔體流動性的高結(jié)晶均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；無機(jī)填料選用粒徑范圍在1 10微米之間的滑石粉或云母粉；增韌劑選自杜邦公司生產(chǎn)的POE增韌劑，它是線形乙烯-辛烯共聚物；選用的硅灰石是一種長徑比范圍在20 :1到3 :1的天然白色不含金屬的針狀或者針狀結(jié)晶粉體；主抗氧劑選自Ciki公司產(chǎn)的抗氧劑3114 ；輔抗氧劑選自Ciki公司生產(chǎn)的抗氧劑168 ；選用的抗刮傷劑為禾大公司生產(chǎn)的芥酸酰胺，商品牌號為Croda ER ；選用的光穩(wěn)定劑為Cih公司產(chǎn)的受阻胺類光穩(wěn)定劑944，其化學(xué)名稱為聚U6- [ (1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]]_1，3，5-三嗪-2，4-雙 [(2，2，6，6，-四甲基-哌啶基)亞氨基]-1，6-己二撐[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基) 亞氨基]}，Ciki公司產(chǎn)的受阻胺類光穩(wěn)定劑770，其化學(xué)名稱為雙(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯，以及Ciki公司產(chǎn)的苯并三唑類光穩(wěn)定劑UV-74，其化學(xué)名稱為2- (2’ -羥基-3’，5’ - 二戊基苯基)苯并三唑。此外配方中還添加了少量其他助劑，如色粉。各實(shí)施例和對比例聚丙烯復(fù)合材料的制備方法如下
各實(shí)施例和對比例聚丙烯復(fù)合材料均通過一種特殊的雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出加工。 該雙螺桿擠出機(jī)具有分別位于兩端的第一進(jìn)料口和出料口，在位于第一進(jìn)料口和出料口之間且距離所述出料口 1/6-1/5螺桿擠出機(jī)長度處具有第二進(jìn)料口，同時(shí)該雙螺桿擠出機(jī)從第一進(jìn)料口到出料口均勻分為四段，分別對應(yīng)四個(gè)溫度區(qū)間，該四個(gè)溫度區(qū)間的溫度分別為一區(qū)溫度200°C 210°C、二區(qū)溫度211°C 220°C、三區(qū)溫度211°C 220°C、四區(qū)溫度 2050C 215°C ；第二進(jìn)料口與四區(qū)直接相通。擠出加工時(shí)，先將配方量的聚丙烯、無機(jī)填料、增韌劑、主抗氧劑、輔抗氧劑、抗刮傷劑、光穩(wěn)定劑和其他助劑在轉(zhuǎn)速為475 950轉(zhuǎn)/分鐘的高速混合器中干混3 5分鐘，然后將混合所得物料從第一進(jìn)料口通入雙螺桿擠出機(jī)中，并通過第二進(jìn)料口以側(cè)向喂料的形式將配方量的硅灰石通入雙螺桿擠出機(jī)中與其他物料一起加工；所有物料經(jīng)熔融擠出，造粒，得聚丙烯復(fù)合材料產(chǎn)品。擠出加工過程中，控制擠出壓力在12 18兆帕之間，除硅灰石外的其他物料在雙螺桿擠出機(jī)中的停留時(shí)間為廣2分鐘。將按上述方法完成造粒的聚丙烯粒子在90 100°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥2 3小時(shí)，然后再根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)將干燥好的聚丙烯粒子在注射成型機(jī)上進(jìn)行注射成型，制得標(biāo)準(zhǔn)樣條或樣板。各性能測試標(biāo)準(zhǔn)或測試方法如下
拉伸性能測試按ISO 527-2進(jìn)行，試樣尺寸為170*10*4mm，拉伸速度為50mm/min ； 彎曲性能測試按ISO 178進(jìn)行，試樣尺寸為80*10*4mm，彎曲速度為2mm/min，跨距為 64mm ；
簡支梁沖擊強(qiáng)度按ISO 179進(jìn)行，試樣尺寸為80*10*4mm，缺口深度為試樣厚度的三分之一；
熱變形溫度按ISO 75進(jìn)行，試樣尺寸為120*10*3. 0mm，載荷為0. 455MPa?？构蝹囼?yàn)按福特標(biāo)準(zhǔn)FLTM BN 108-13進(jìn)行，負(fù)荷為2N，通過評判刮擦試樣表面的發(fā)白程度來評判其抗刮傷性能，發(fā)白程度越低，表示材料的抗刮傷性能越好。表1實(shí)施例1 3及對比例1 3配方表
權(quán)利要求
1. 一種抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于以重量百分比計(jì)，所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料的原料配方為聚丙烯55%"95%硅灰石1% 30%無機(jī)填料0% 30%增韌劑0% 30%主抗氧劑0. 1% 1%輔抗氧劑0. 1% 1%抗刮傷劑0% 1%光穩(wěn)定劑0.1%"2%其他助劑0% 5%所述聚丙烯為熔體流動速率(230°C X 2. 16kg)在0. 5 60g/10min之間的均聚丙烯或乙烯丙烯嵌段共聚物；所述硅灰石為長徑比在3:廣20:1范圍內(nèi)的針狀或針狀結(jié)晶的粉體； 所述無機(jī)填料為滑石粉、云母粉、碳酸鈣和硫酸鋇中的一種或多種的組合；所述增韌劑為熔融指數(shù)在1 50g/10min范圍內(nèi)的線形乙烯-辛烯共聚物，密度為0. 88 0. 90g/cm3 ；所述主抗氧劑為受阻酚或硫酯抗氧劑，所述輔抗氧劑為亞磷酸酯類抗氧劑；所述抗刮傷劑為芥酸酰胺或油酸酰胺中的一種或兩種的組合；所述光穩(wěn)定劑為受阻胺類光穩(wěn)定劑，或者受阻胺類光穩(wěn)定劑與苯并三唑類光穩(wěn)定劑的組合；所述其他助劑為顏色添加劑和潤滑劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述均聚丙烯為結(jié)晶度大于70%、等規(guī)度大于99%的高結(jié)晶均聚丙烯；所述乙烯丙烯嵌段共聚物的乙烯含量在 4 10mol%的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述聚丙烯的熔體流動速率(230°C X 2. 16kg)在 5 30g/10min 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述硅灰石為天然白色、不含金屬的針狀或針狀結(jié)晶的粉體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述無機(jī)填料的粒徑范圍在1 10微米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述主抗氧劑為抗氧劑3114和抗氧劑1010中的一種或兩種的組合，所述輔抗氧劑為抗氧劑618和抗氧劑168 中的一種或兩種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述光穩(wěn)定劑為光穩(wěn)定劑944和光穩(wěn)定劑770中的一種或兩種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述光穩(wěn)定劑是光穩(wěn)定劑944和光穩(wěn)定劑770中的一種與光穩(wěn)定劑UV-74的組合，或者是光穩(wěn)定劑944、光穩(wěn)定劑770與光穩(wěn)定劑UV-74三者的組合。
9.一種如權(quán)利要求1所述的抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料通過螺桿擠出機(jī)擠出加工形成；所述螺桿擠出機(jī)具有分別位于兩端的第一進(jìn)料口和出料口、位于所述第一進(jìn)料口和出料口之間且距離所述出料口 1/6-1/5螺桿擠出機(jī)長度處的第二進(jìn)料口 ；進(jìn)行擠出時(shí)，先將配方量的聚丙烯、無機(jī)填料、增韌劑、主抗氧劑、輔抗氧劑、抗刮傷劑、光穩(wěn)定劑和其他助劑在轉(zhuǎn)速為475、50轉(zhuǎn)/分鐘的高速混合器中干混3 5分鐘，然后將混合所得物料從第一進(jìn)料口通入螺桿擠出機(jī)中，將配方量的硅灰石從第二進(jìn)料口通入螺桿擠出機(jī)中；擠出加工過程中，擠出壓力為12 18兆帕，除硅灰石外的其他物料在螺桿擠出機(jī)中的停留時(shí)間為廣2分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于所述螺桿擠出機(jī)從第一進(jìn)料口到出料口均勻分為四段，分別對應(yīng)四個(gè)溫度區(qū)間，且四個(gè)溫度區(qū)間的溫度分別為一區(qū)溫度 2000C 210°C、二區(qū)溫度211°C 220°C、三區(qū)溫度211°C 220°C、四區(qū)溫度205°C 215°C ；所述第二進(jìn)料口與四區(qū)直接相通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗刮傷聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，以重量百分比計(jì)，其原料配方為聚丙烯55%~95%、硅灰石1%~30%、無機(jī)填料0%~30%、增韌劑0%~30%、主抗氧劑0.1%~1%、輔抗氧劑0.1%~1%、抗刮傷劑0%~1%、光穩(wěn)定劑0.1%~2%、其他助劑0%~5%。本發(fā)明通過在聚丙烯材料的加工配方中加入一種針狀或針狀結(jié)晶的硅灰石粉體，能夠有效改善材料的抗刮傷性能，提高材料的機(jī)械性能，同時(shí)又不影響材料的其他使用性能。該聚丙烯材料在制備過程中，使硅灰石粉體以側(cè)向喂料的形式從第二進(jìn)料口送入擠出機(jī)進(jìn)行擠出加工，能夠避免硅灰石的結(jié)構(gòu)因長時(shí)混煉遭到破壞，加工方法設(shè)計(jì)巧妙，操作簡單，不僅能夠使材料的抗刮傷性能得到進(jìn)一步的保證，還能夠提高材料的機(jī)械性能。
文檔編號C08K3/26GK102181093SQ20111007944
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者丁超, 周英輝, 孫剛, 李國明, 李志平, 李欣, 程文超, 羅忠富, 陳廣強(qiáng), 陳延安 申請人:江蘇金發(fā)科技新材料有限公司