CN113045823B - 滑石粉改性的低voc、高刚性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是为了解决现有的聚丙烯改良材料较难实现其各方面性能平衡的问题，提供一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料及其制备方法。本发明的滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料，由质量百分比65～70％的聚丙烯、质量百分比4～6％的增韧剂、质量百分比25～30％的滑石粉母粒组成；所述滑石粉母粒由质量百分比17.7～20％的聚丙烯、质量百分比79.5～82％的经特殊处理的滑石粉和质量百分比0.3～0.5％的润滑剂组成。本发明的滑石粉表面积大、活性高，做填料时能在不损失制品冲击强度前提下、可以大幅的提高复合材料的拉伸强度与拉伸模量、抗弯强度与抗弯模量。
Description
技术领域
本发明属于高分子改性材料领域，具体涉及一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料。
背景技术
无机填料在塑料改性中起到重要作用，成为不可缺少的改性助剂。在不同的应用领域，滑石粉作为增量剂、增强剂、功能改性剂，已经为业内人士认同。这与滑石粉本身的特性密不可分：层间的连接力(范德华力)很微弱，使填充体系柔软，降低了加工过程中对设备的磨损性；片层结构可给予填充体系刚度和冲击强度间的最佳平衡；对于有机物具有一定的亲和力；滑石粉表面既有疏水性又有惰性并具有较高的白度；滑石粉还可以降低复合材料的收缩率。
由于聚丙烯韧性差，其作为结构材料应用受限，目前人们试图改变其两个性能，即强度和韧性。而滑石粉已经成为聚丙烯(PP)塑料改性重要的无机矿物填料，在填充改性聚丙烯塑料的研究与应用中受到重视。滑石粉填充改性PP塑料，提高其品质，应用在汽车、电器领域等，有巨大的市场前景。
宏观上，滑石粉填充聚丙烯为两相结构，即以聚丙烯为连续相的机体与滑石粉分散相组成。微观上聚丙烯为有机非极性聚合物，滑石粉为无机物，相容性较差。硬脂酸类的加入可以起到偶联剂的作用，提高聚丙烯与滑石粉的相容性的同时还可以使提高复合材料的熔融指数，改善材料加工性能，降低收缩率。
但是，如果滑石粉比重过高则机械性能下降，比重低则成本较高，而且复合材料的韧性与加工性能也需要考虑，这导致聚丙烯改良材料较难实现其各方面性能平衡，而且由于人们对环保要求的提升，需要减少聚丙烯改良材料的气味，因此有必要对滑石粉填充的聚丙烯改良材料做进一步开发。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的聚丙烯改良材料较难实现其各方面性能平衡的问题，提供一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料及其制备方法。本发明的滑石粉表面积大、活性高，做填料时能在不损失制品冲击强度前提下、大幅的提高复合材料的拉伸强度与拉伸模量、抗弯强度与抗弯模量。
本发明的技术方案之一为，一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料，由质量百分比65～70％的聚丙烯、质量百分比4～6％的增韧剂、质量百分比25～30％的滑石粉母粒组成；
所述滑石粉母粒由质量百分比17.7～20％的聚丙烯、质量百分比79.5～82％的经特殊处理的滑石粉和质量百分比0.3～0.5％的润滑剂组成。
进一步的，上述聚丙烯材料，所述聚丙烯的熔融指数范围为25～30g/10min。
进一步的，上述聚丙烯材料，所述增韧剂为POE弹性体，包括乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物。
进一步的，上述聚丙烯材料，所述经特殊处理的滑石粉的制备方法为：将普通滑石粉经水洗，酸洗，碱洗后，烘干，粉碎，得到细度不大于1250目的滑石粉；再将得到的滑石粉在1200～1300℃温度下煅烧3～4个小时后，在0～-20℃下急冷30～120min；然后烘干，控制水分含量≤0.01％。
进一步的，上述聚丙烯材料，所述润滑剂为硬脂酸及其盐类中的一种，其中，硬脂酸盐类包括硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸钙等。
进一步的，上述聚丙烯材料，所述滑石粉母粒的制备方法为：按比例称取聚丙烯颗粒、滑石粉粉末和润滑剂，混合均匀后加入到密炼机中于180～210℃下熔融混合造粒，既得。
本发明的技术方案之二为，上述聚丙烯材料的制备方法，按比例称取聚丙烯颗粒、增韧剂和滑石粉母粒，混合均匀后在三螺杆挤出机中于180～210℃下熔融共混，然后挤出。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、采用这种经过特殊处理的超细滑石粉，作为聚丙烯的填充改性剂，滑石粉层间的连接力(范德华力)很微弱，使其柔软，降低了加工过程中对设备的磨损性；片层结构可给予填充体系刚度和冲击强度间的最佳平衡；作为成核剂，细化晶粒、提高聚丙烯的结晶性，从而使聚丙烯各项机械性能提高。
2、本发明制备方法效率高、简单易操作。
3、本发明生产成本低，能增大填料的添加量，有效降低制品的生产成本。
4、本发明产品质量稳定。
具体实施方式
以下实施例中的挤出机为三螺杆挤出机，其螺杆的长径比为56，有4个真空排气孔。
POE弹性体型号为美国陶氏8207，聚丙烯的熔融指数为30g/10min。
实施例1
一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法：
1)将普通滑石粉经水洗，酸洗，碱洗后，烘干，粉碎，得到细度不大于1250目的滑石粉；再将得滑石粉在1300℃温度下煅烧4个小时后，再在-20℃温度下急冷2小时；然后烘干，控制水分含量≤0.01％的经过特殊处理的滑石粉粉末。得到的滑石粉粉末的硅含量59％，细度为1250目，烧失量为8％；
2)将17.7g聚丙烯颗粒，82g经过特殊处理的滑石粉粉末、0.3g硬脂酸锌混合均匀后加入到密炼机中在200℃下熔融混合造粒得到滑石粉母粒；
3)将65g的聚丙烯颗粒、5g的POE弹性体和30g的滑石粉母粒均匀混合，加入到L型三螺杆挤出机中，在200℃下利用螺杆反向剪切力熔融共混，以主机转速203r/min的速度挤出高温熔体；
4)将高温熔体经过23℃除盐水冷却，在经过吸干机干燥后以1200r/min的切粒转速进入切粒机切粒；得到聚丙烯材料。
对比例1
一种聚丙烯材料的制备方法：
制备方法同实施例1，区别在于：1、步骤1)中采用的滑石粉为：将普通滑石粉经水洗，酸洗，碱洗后，烘干，粉碎，得到滑石粉细度不大于1250目；再将得滑石粉在1300℃温度下煅烧4个小时。
2、步骤2)的挤出机为双螺杆挤出机。
对比例2
一种聚丙烯材料的制备方法：
制备方法同实施例1，区别在于：1、步骤1)中采用的滑石粉为：将普通滑石粉经水洗，酸洗，碱洗后，烘干，粉碎，得到滑石粉细度不大于1250目；再将得滑石粉在1300℃温度下煅烧4个小时。
实施例2
一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法：
制备方法同实施例1，区别在于：步骤2)将68g的聚丙烯颗粒、4g的POE弹性体和28g的滑石粉母粒均匀混合。
实施例3
一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法：
制备方法同实施例1，区别在于：步骤2)将70g的聚丙烯颗粒、5g的POE弹性体和25g的滑石粉母粒均匀混合。
实施例4
一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法：
制备方法同实施例1，区别在于：步骤2)将67g的聚丙烯颗粒、6g的POE弹性体和27g的滑石粉母粒均匀混合。
实施例5
一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法：
1)将普通滑石粉经水洗，酸洗，碱洗后，烘干，粉碎，得到滑石粉细度不大于1250目；再将滑石粉在1200℃温度下煅烧3个小时后，在0℃下急冷60min；然后烘干，控制水分含量≤0.01％；
2)将20g聚丙烯颗粒，79.5g经过特殊处理的滑石粉粉末、0.5g硬脂酸钠混合均匀后加入到密炼机中在180℃下熔融混合造粒得到滑石粉母粒；
3)将65g的聚丙烯颗粒、5g的POE弹性体和30g的滑石粉母粒均匀混合，加入到L型三螺杆挤出机中，在180℃下利用螺杆反向剪切力熔融共混，然后挤出，得到聚丙烯材料。
实施例6
一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法：
1)将普通滑石粉经水洗，酸洗，碱洗后，烘干，粉碎，得到滑石粉细度不大于1250目；再将滑石粉在1250℃温度下煅烧3.5个小时后，在-10℃下急冷30min；然后烘干，控制水分含量≤0.01％；
2)将18.6g聚丙烯颗粒，81g经过特殊处理的滑石粉粉末、0.4g硬脂酸镁混合均匀后加入到密炼机中在210℃下熔融混合造粒得到滑石粉母粒；
3)将65g的聚丙烯颗粒、5g的POE弹性体和30g的滑石粉母粒均匀混合，加入到L型三螺杆挤出机中，在210℃下利用螺杆反向剪切力熔融共混，然后挤出，得到聚丙烯材料。
应用例
以实施例1中的聚丙烯作为空白对照，分别取空白对照的聚丙烯、对比例1、对比例2和实施例1的聚丙烯材料，加入到注塑成型机料斗中，以200℃注塑成型测试样板。
测试结果如下：
表1、强度和味道测试结果
表2、流动性能与收缩率测试结果
| 空白对照 | 熔融指数 | 收缩率 |
| 空白对照 | 26 | 2.053％ |
| 对比例2 | 30.9 | 1.273％ |
| 实施例1 | 28.58 | 0.824％ |
其中，冲击强度测试采用的方法为GB/T1843-2008，拉伸模量测试采用的方法为GB/T1040-2006，拉伸强度测试采用的方法为GB/T1040-2006，弯曲模量测试采用的方法为GB/T9341-2008，弯曲强度测试采用的方法为GB/T9341，气味等级测试采用的方法为PV3900；
并且，国内常用的气味测试方法分级如下：
六级评定法
1、无气味。
2、可感觉到。
3、可明显感觉到。
4、刺鼻。
5、非常刺鼻。
6、不可忍受。
Claims (7)
1.一种滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料，其特征在于，由质量百分比65~70%的聚丙烯、质量百分比4~6%的增韧剂、质量百分比25~30%的滑石粉母粒组成；
所述滑石粉母粒由质量百分比17.7~20%的聚丙烯、质量百分比79.5~82%的经特殊处理的滑石粉和质量百分比0.3~0.5%的润滑剂组成；
所述经特殊处理的滑石粉的制备方法为：将普通滑石粉经水洗，酸洗，碱洗后，烘干，粉碎，得到细度不大于1250目的滑石粉；再将得到的滑石粉在1200~1300℃温度下煅烧3~4个小时后，在0~-20℃下急冷30~120min；然后烘干，控制水分含量≤0.01%。
2.根据权利要求1所述的滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯的熔融指数范围为25～30g/10min。
3.根据权利要求1所述的滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料，其特征在于，所述增韧剂为POE弹性体。
4.根据权利要求1所述的滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸及其盐类中的一种。
5.根据权利要求1所述的滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料，其特征在于，所述滑石粉母粒的制备方法为：按比例称取聚丙烯、经特殊处理的滑石粉和润滑剂，混合均匀后加入到密炼机中于180~210℃下熔融混合造粒，既得。
6.权利要求1至5任意一项所述的滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，按比例称取聚丙烯颗粒、增韧剂和滑石粉母粒，混合均匀后在挤出机中于180~210℃下熔融共混，然后挤出。
7.根据权利要求6的滑石粉改性的低VOC、高刚性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机为三螺杆挤出机。
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