CN104262782A - 一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法；所述材料包括如下重量百分比含量的各组分：聚丙烯51.2～93.2％、玻纤5.0～40.0％、相容剂1.0～5.0％、助挥剂0.5～2.0％、抗氧剂0.1～0.5％、光稳定剂0.1～0.3％、润滑剂0.1～1.0％；将各组分放入高混机中混合，在双真空条件下经双螺杆挤出机挤出造粒，得到低散发玻纤增强聚丙烯复合材料。本发明制备的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料在不仅气味极低，完全达到汽车主机厂对气味要求；而且在TVOC值含量上也远远小于主机厂标准；在性能上，本发明制备的复合材料和现用材料无任何差异，完全可用于替代现有材料。

Description

一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻纤增强聚丙烯复合材料，具体涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的迅猛发展，人们停留在车内的时间越来越长，车内的空气质量将更大限度的影响着人们的健康。国内第一个针对车内空气质量的国家标准《乘用车内空气质量评价指南》GB/T 27630的正式实施，，这也将如何改善车内空气质量重新推向了研究热点。研究发现，车内的空气污染程度有时会高于车外的10倍。汽车车厢内污染空气的主要来源是内饰材料的VOC排放，所使用的纺织品、皮革品或塑料制品等挥发出来的游离甲醛、烷烃、苯、甲苯、二甲苯及醛类等多种挥发有机物。这些挥发有机物会引起呼吸道以及神经***等方面的疾病，严重影响着人们的身体健康。
玻纤增强聚丙烯材料由于其密度轻、刚性好等特性在汽车上得到越来越多的应用。玻纤增强聚丙烯材料通常需要加入相容剂来提高玻纤与树脂的界面相容性，相容剂由于有过氧化物残留，玻纤增强材料极易带来气味及VOC问题，因此，低气味、低VOC玻纤增强聚丙烯一直成为一研究热点。
中国专利CN 103342859 A公布了一种低气味、低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，所述材料包括以下重量百分比含量的各组分：聚丙烯53～83％，玻纤10～40％，相容剂2～5％，除味剂1～2％，助剂0.1～0.3％；该发明还涉及前述材料的制备方法，包括如下步骤：按重量百分数称取各组分，放入高混机中混合，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。该发明专利中使用的除味剂为纳米氧化锌和纳米二氧化钛的复合物，这两种物质为常用的两种白色颜料，起到着色和提升白度的作用，这限制了本色材料和着色材料的使用。
中国专利公开号CN102030945A公开了一种低气味玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，所述材料包括以下重量百分比含量的各组分：聚丙烯32-91％、玻纤5.0～50％、相容剂2～8％、气味抑制剂(蓖麻油酸锌，金属氧化物和粘土矿物体的复配体系)1～6％、其他助剂1～4％；制备时，按重量百分数称取各组分，将除玻纤以外的其他组分与气味抑制剂预混，置于双螺杆挤出机主喂料口，加入玻纤，共混，220～240℃挤出造粒。该发明专利中降低材料气味使用的是气味抑制剂，起到阻止材料的散发，但这种方法起到的是吸附作用，气味及小分子材料还是在材料内部，材料在以后使用的过程中会缓慢释放，无法从根本上解决气味及VOC问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明的超低散发玻纤增强聚丙烯材料使用的助挥剂为一种以聚丙烯为载体的聚合物表面活性水性溶液；这种水性溶液在材料熔融混合的过程中能够有效的吸附溶解复合材料中的气味及小分子物质，在经过真空口段时可被真空脱除，达到从根本上降低复合材料气味及TVOC，真正实现零残留，并且这种助挥剂的加入对材料机械性能及外观无任何影响，对材料的后期着色也无任何影响。同时在制备方法上，本发明通过改进生产工艺，在真空口段的螺杆组合排布上将传统的输送块元件更换成大导程72/72mm以上SME元件，为脱挥提供更多的传质面积、更高的剪切速率及更长的物料停留时间，并且设置多个排气口，同时增大真空度，从而制备超低散发玻纤增强复合材料。本发明超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料完全可替代在用玻纤增强聚丙烯复合材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，所述材料包括如下重量百分比含量的各组分：
优选的，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种的混合物。可选用沙比克共聚聚丙烯，融指29g/10min。
优选的，所述玻纤为无碱无捻粗纱，直径为10～14微米。如：巨石988A。
优选的，所述相容剂为超低残留低气味马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，接枝率为1.0～1.6％。如：上海日之升5001-T。
优选的，所述助挥剂为以聚丙烯为载体聚合物表面活性物质的水性溶液。如：上海日之升S72。
优选的，所述抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂和酚类抗氧剂的复配物。其中，亚磷酸酯类抗氧剂与酚类抗氧剂的质量比为1∶1。亚磷酸酯类抗氧剂可选用168，酚类抗氧剂可选用1010。
优选的，所述光稳定剂选自受阻胺类光稳定剂，如：氰特3853s。
优选的，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
本发明还涉及所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
A、将除玻纤和助挥剂外的其余组分放入高混机中混合6～10min；加入所述助挥剂混合1～3min；将混合料送入双螺杆挤出机主喂料口；
B、所述玻纤经挤出机玻纤口加入，与所述混合料共混，熔融挤出造粒，制得超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料；所述玻纤含量由玻纤加入股数及喂料参数控制。
优选的，所述双螺杆挤出机螺杆组合经过特殊排布，在脱挥区排布三个大导程72/72mm以上SME元件(开槽螺纹混合元件)，同时对双螺杆挤出机第五区和第六区及第九区设置开槽，其中第五区、第九区接真空，第六区开口用于后期添加玻纤，即挤出机玻纤口。
优选的，所述双螺杆挤出机的挤出温度为200～230℃，转速为250～300转/分，接入双真空(即第五区、第九区的开槽接入真空)，真空度≤-0.08MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过使用可完全脱除掉的聚合物表面活性水性溶液作为助挥剂，再通过工艺的调整以及真空的抽提，得到从根本上脱除气味及VOC的玻纤增强复合材料。本发明制得的超低散发材料具有低气味，低TVOC值的特点，同时材料机械性能优异，着色性优异，适用于汽车内饰件及有特殊要求的家电等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例中，聚丙烯为沙比克共聚聚丙烯，融指29g/10min；玻纤为无碱无捻粗纱巨石988A；相容剂为低气味马来酸酐接枝聚丙烯上海日之升5001-T，助挥剂为以聚丙烯为载体的聚合物表面活性水性溶液上海日之升S72，抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂1∶1复配，优选为抗氧剂168与抗氧剂1010的复配；光稳定剂为受阻胺类(光稳定剂3346)；润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
以下实施例和对比例中，双螺杆挤出机第五区和第六区及第九区设置开槽，其中第五区、第九区用于接真空，第六区开口用于后期添加玻纤，即挤出机玻纤口。采用的工艺参数分别为：双螺杆挤出机的挤出温度为200℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，真空度＝-0.08MPa；或者双螺杆挤出机的挤出温度为220℃，双螺杆挤出机的转速为280转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，真空度＝-0.08MPa；再或者双螺杆挤出机的挤出温度为230℃，双螺杆挤出机的转速为250转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，真空度＝-0.08MPa；再或者双螺杆挤出机温度为230℃，双螺杆挤出机的转速为250转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mm普通螺纹输送元件，真空度＝-0.08MPa；再或者双螺杆挤出机温度为230℃，双螺杆挤出机的转速为250转/分，螺杆组合为脱挥段排布4个52/52mm普通螺纹输送元件，真空度＝-0.08MPa。
实施例1
本实施例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本实施例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤和助挥剂外一起放入高混机中混合8min，再加入助挥剂混合2min，出料；再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在200℃，螺杆转速在300转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，开启双真空，真空度＝-0.08MPa。
实施例2
本实施例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本实施例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤和助挥剂外一起放入高混机中混合8min，再加入助挥剂混合2min，出料；再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在220℃，螺杆转速在280转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，开启双真空，真空度＝-0.08MPa。
实施例3
本实施例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本实施例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤和助挥剂外一起放入高混机中混合8min，再加入助挥剂混合2min，出料；再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在230℃，螺杆转速在250转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，开启双真空，真空度＝-0.08MPa。
对比例1
本对比例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本对比例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤外按配比一起放入高混机混合8min、再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在200℃，螺杆转速在300转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，开启双真空，真空度＝-0.08MPa。
对比例2
本对比例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本实施例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤外按配比一起放入高混机混合8min、出料，再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在200℃，螺杆转速在300转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，不开真空。
对比例3
本对比例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本实施例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤外一起放入高混机中混合8min，出料；再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在220℃，螺杆转速在280转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mmSME元件，开启双真空，真空度＝-0.08MPa。
对比例4
本对比例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本实施例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤、脱挥剂外一起放入高混机中混合8min，再加入脱挥剂混合2min，出料；再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在230℃，螺杆转速在250转/分，螺杆组合为脱挥段排布3段72/72mm普通螺纹输送元件，开启双真空，真空度＝-0.08MPa。
对比例5
本对比例涉及一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其组分及其用量如表1所示。本对比例的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备具体包括如下步骤：
1、按表1所示的重量百分比含量称取原料：
2、将原料除玻纤、脱挥剂外一起放入高混机中混合8min，再加入脱挥剂混合2min，出料；再将该混合料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，玻纤由挤出时经挤出机玻纤口加入，含量由玻纤股数及喂料参数控制，制得玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，工艺温度在230℃，螺杆转速在250转/分，螺杆组合为脱挥段排布4段52/52mm普通螺纹输送元件，开启双真空，真空度＝-0.08MPa。
对比例6
市售普通30％玻纤增强聚丙烯材料。
表1
将实施例1～3和对比例1～5中制得的玻纤增强聚丙烯复合材料及对比例6的市售普通30％玻纤增强聚丙烯复合材料按气味按大众VW50180标准测试，TVOC按大众PV3341标准测试。力学性能按ASTM标准测试。结果如表2所示：
表2
由表2中，实施例1与对比例1、2的比较，以及实施例2与对比例3的比较均可知，添加助挥剂可大幅度降低气味等级和总碳TVOC值；其中，对比例2既未添加助挥剂，也未开启双真空，其对应的总碳TVOC值甚至高达实施例1的6倍。对比例4、5与实施例3的区别在于，脱挥段排布3段72/72mm普通螺纹输送元件、4段52/52mm普通螺纹输送元件；由表2可知，在组分以及工艺一致的情况下，本发明在脱挥段排布3段72/72mmSME元件可显著降低材料的总碳TVOC值。实施例1、2、3由于玻纤加入量的不同，导致材料的机械性能和缺口冲击强度有较大的区别，但其都具备均具备极低的气味及总碳TVOC值；也就是说，实际应用中，可根据材料力学性能的要求来调节玻纤的加入量；但可以明确，采用本发明的助挥剂以及特定的螺杆组合，可获得有极低的气味及总碳TVOC值的超低散发波纤增强聚丙烯材料。
综上所述，本发明的制备的超低散发波纤增强聚丙烯材料，具有极低的气味及总碳TVOC值，同时材料具有优异的力学性能，可适用于汽车内饰件及具有特殊要求的家电等领域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述材料包括如下重量百分比含量的各组分：
2.根据权利要求1所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求1所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻纤选自直径为10～14微米的无碱无捻粗纱。
4.根据权利要求1所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为1.0～1.6％。
5.根据权利要求1所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助挥剂选自以聚丙烯为载体聚合物表面活性物质的水性溶液。
6.根据权利要求1所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂和酚类抗氧剂的复配物。
7.根据权利要求1所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂选自受阻胺类光稳定剂；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、将除玻纤和助挥剂外的其余组分放入高混机中混合；加入所述助挥剂混均；将混合料送入双螺杆挤出机主喂料口；
B、所述玻纤经双螺杆挤出机玻纤口加入，与所述混合料共混，熔融挤出造粒，制得超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求8所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的脱挥区排布三个大导程72/72mm以上的开槽螺纹混合元件；所述双螺杆挤出机的第五、六、九区分别设有开槽，其中第五区、第九区的开槽用于接真空，第六区的开槽用于后期添加玻纤。
10.根据权利要求8或9所述的超低散发玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的挤出温度为200～230℃，转速为250～300转/分，接入双真空，真空度≤-0.08MPa。
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