CN110951156A - 一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法，其是由聚丙烯51‑76份、增韧剂6‑12份、无机填料15‑32份、极性添加剂3‑5份、抗氧剂0.2‑1.0份、其他助剂0‑0.5份经混合、挤出造粒制成。本发明制备的复合材料用极性添加剂来改性聚丙烯复合材料的表面张力，增强了油漆的附着力，提高了聚丙烯的涂覆性，用本发明复合材料制成的制件，在进行涂装工艺中可以实现免火焰、电晕放电或气体等离子等表面处理，可以直接进行涂覆喷漆，是一种环保且高效的方法，同时可以降低涂装工艺的成本。

Description

一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种改性材料技术领域，具体是一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(简称PP)具有优异的力学性能、较低的密度、良好的耐热性能、优良的抗弯曲疲劳性、化学稳定性和电性能等优点，是用量最大的通用塑料之一。
在汽车用诸多塑料品种中，改性聚丙烯(PP)在汽车上的开发与应用，一直是汽车工业和塑料工业关注的焦点。以聚丙烯作为保险杠材料，经油漆喷涂后的聚丙烯保险杠具有良好的外观，可产生美好的视觉效果。这就要求聚丙烯材料不仅具备良好的冲击性能和加工性能，还要求具有优异的油漆附着性能。由于PP材料是非极性材料，其表面能低，使得其与大多数聚合物的相容性差，不易浸润、黏合和印刷，涂覆性能差，且与油漆的黏结强度低。为了提高聚丙烯的油漆附着力，通常在涂装前要对其进行表面处理，一般是先通过溶剂去除吸附在其表面的灰尘与油污，然后用火焰、电晕放电或气体等离子等进行表面氧化处理以增加表面的极性基团，增强涂层附着力，但此种方法工艺繁琐，且存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
Figure BDA0001812260380000011
所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。
所述无机填料为碳酸钙、碳酸钙晶须、硅灰石、滑石粉、高岭土、蒙脱土、重晶石、云母、钛白粉、粉煤灰中的至少一种。
所述极性添加剂为环氧基硅烷齐聚物粉末。
所述环氧基硅烷齐聚物粉末为环氧基硅烷分散在气相白炭黑当中构成，其中环氧基硅烷的数均分子量为1000-8000；所述环氧基硅烷齐聚物粉末的颗粒大小为50-100μm，其中环氧基硅烷的质量百分比不小于50％。
所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
所述其他助剂包含偶联剂、润滑剂、分散剂。
本发明的另一个目的在于提供一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取聚丙烯51-76份，无机填料15-32份，增韧剂6-12份，极性添加剂3-5份，抗氧剂0.2-1.0份，其他助剂0-0.5份一起加入高混机混合5-15min；
(2)将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到高表面张力聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150-170℃、170-185℃、175-185℃、175-185℃、175-185℃、180-190℃、180-195℃、180-195℃、180-195℃、185-200℃。
本发明的有益效果：
本发明用环氧基硅烷齐聚物做为极性添加剂，在与聚丙烯复合后由于其分子量相对较小，更易迁移到制件的表面，从而改性聚丙烯复合材料的表面张力，提高了聚丙烯的涂覆性，进而增强了其表面涂覆的油漆的附着力；用本发明制备的复合材料制成的制件，在进行涂装工艺中可以实现免火焰、电晕放电或气体等离子等表面处理，可以直接进行涂覆喷漆，是一种环保且高效的方法，同时可以降低涂装工艺的成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
下面各实施例中所述的环氧基硅烷齐聚物粉末是将环氧基硅烷分散在气相白炭黑当中制成，其中环氧基硅烷的数均分子量为1000-8000；所述环氧基硅烷齐聚物粉末的颗粒大小为50-100μm，其中环氧基硅烷的质量百分比不小于50％。如广州硅碳新材料有限公司生产的SIC 6654S
实施例1
(1)称取均聚聚丙烯76份，乙烯-辛烯共聚物6份，滑石粉15份，环氧基硅烷齐聚物粉末3份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯1.0份，偶联剂0.1、润滑剂0.2份。
(2)在高混机中混合5min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为150℃、170℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、180℃、185℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为350转/分钟。
实施例2
(1)称取共聚聚丙烯70份，乙烯-丙烯共聚物7份，碳酸钙10份、碳酸钙晶须10份，环氧基硅烷齐聚物粉末3份，硫代二丙酸双十八醇酯0.2份，偶联剂0.1份、润滑剂0.1份、分散剂0.1份。
(2)在高混机中混合10min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、200℃，挤出螺杆长径比为36，挤出螺杆转速为350转/分钟。
实施例3
(1)称取均聚聚丙烯18份、共聚聚丙烯50份，乙烯-辛烯共聚物8份，粉煤灰20份，环氧基硅烷齐聚物粉末4份，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.4份，偶联剂0.1份、润滑剂0.1份、分散剂0.2份。
(2)在高混机中混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为150℃、170℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、180℃、195℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为350转/分钟。
实施例4
(1)称取均聚聚丙烯63份，乙烯-丙烯共聚物8份，钛白粉10份、粉煤灰15份，环氧基硅烷齐聚物粉末4份，三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5份，偶联剂0.1份、润滑剂0.1份、分散剂0.3份。
(2)在高混机中混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为160℃、175℃、175℃、180℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃、195℃，挤出螺杆长径比为44，挤出螺杆转速为300转/分钟。
实施例5
(1)称取共聚聚丙烯55份，乙烯-辛烯共聚物5份、乙烯-丙烯共聚物5份，滑石粉10份、高岭土10份、蒙脱土10份，环氧基硅烷齐聚物粉末5份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.3份、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.3份。
(2)在高混机中混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为160℃、175℃、180℃、180℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃，挤出螺杆长径比为36，挤出螺杆转速为400转/分钟。
实施例6
(1)称取共聚聚丙烯51份，乙烯-辛烯共聚物12份，滑石粉32份，环氧基硅烷齐聚物粉末5份，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.8份，偶联剂0.2份、润滑剂0.2份。
(2)在高混机中混合15min，将上述原材料混合均匀，将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为160℃、170℃、175℃、175℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃、190℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为400转/分钟。
将实施例1-6制备的聚丙烯复合材料按标准制成样板，分别对其进行性能测试，其测试结果见表1。
表1
Figure BDA0001812260380000041
其中表面张力测试：按照FLMT BO 116-03标准配置一系列浓度的乙醇溶液，用棉签蘸取乙醇溶液在未喷涂的样板表面进行测试，液膜保持时间5秒。
从表1数据可以看出，本发明制得的聚丙烯复合材料综合性能优异，可以用于汽车保险杠、门板等制件的性能要求。
对比例1
按照以下重量份称取原材料：聚丙烯79份，POE 6份，滑石粉15份，抗氧剂1份，润滑剂0.2份，偶联剂0.1粉，按照实施例1的工艺条件生产得到对比例1的聚丙烯复合材料。
对比例2
按照以下重量份称取原材料：共聚聚丙烯56份，POE 12份，滑石粉32份，抗氧剂0.8份，润滑剂0.3份，偶联剂0.2份按照实施例6的工艺条件生产得到对比例2的聚丙烯复合材料。
将实施例1、6和对比例1-2制备的聚丙烯复合材料进行表面张力测试，测试结果如表2。
表2
测试项目/单位 单位 实施例1 对比例1 实施例6 对比例2
表面张力 N/m 0.049 0.029 0.067 0.034
从表2的数据可以看出，本发明制备的聚丙烯复合材料有较高的表面张力，其是对比例复合材料的2倍左右。
将实施例1-6制得的高表面张力聚丙烯复合材料制成样板后，用异丙醇擦拭，再用高压空气吹扫，分别进行喷涂底漆、色漆、清漆(底漆、色漆喷涂后80℃烘烤5min，清漆喷涂后80℃烘烤50min)。将喷涂后的制件进行百格测试及剥离强度测试，结果如表3，其中百格测试，按照GB/T 9286-1998测试，剥离强度按照GB/T 2790-1995测试。
表3
测试项目 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
百格测试 GB/T9286 0级 0级 0级 0级 0级 0级
剥离强度N/m GB/T2790 854 896 922 929 987 998
从表3数据可以看出，本发明制备的聚丙烯复合材料在涂装工艺过程中可以不经过火焰、电晕放电或气体等离子等进行表面处理，直接进行喷涂，其漆面强度复合要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高表面张力、综合性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯 51-76份，
增韧剂 6-12份，
无机填料 15-32份，
极性添加剂 3-5份，
抗氧剂 0.2-1.0份，
其他助剂 0-0.5份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述无机填料为碳酸钙、碳酸钙晶须、硅灰石、滑石粉、高岭土、蒙脱土、重晶石、云母、钛白粉、粉煤灰中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述极性添加剂为环氧基硅烷齐聚物粉末。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述环氧基硅烷齐聚物粉末为环氧基硅烷分散在气相白炭黑当中构成，其中环氧基硅烷的数均分子量为1000-8000；所述环氧基硅烷齐聚物粉末的颗粒大小为50-100μm，其中环氧基硅烷的质量百分比不小于50%。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2, 4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述其他助剂包含偶联剂、润滑剂、分散剂。
9.一种如权利要求1所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯51-76份、无机填料15-32份、增韧剂6-12份、极性添加剂3-5份、抗氧剂0.2-1.0份和其他助剂0-0.5份一起加入高混机混合5-15min；
（2）将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150-170℃、170-185℃、175-185℃、175-185℃、175-185℃、180-190℃、180-195℃、180-195℃、180-195℃、185-200℃。
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