CN113248833A - 可降解聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

可降解聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，其由聚丙烯20‑40％、改性聚乳酸20‑30％、聚烯烃弹性体5‑10％、相容剂5‑10％、滑石粉10‑30％、抗氧剂0.2‑0.6％、光稳定剂0.4‑1％、耐刮擦剂1‑4％、润滑剂0.2‑0.6％和色粉1‑3％按照重量百分比制备而成，其中，所述改性聚乳酸由聚乳酸和封端剂共混挤出制得。该聚丙烯复合材料具有良好的热稳定性和可降解性，且具有优异的注塑成型性能，注塑制件外观优异，没有虎皮纹和气痕等缺陷，可广泛用于汽车的内外饰制件中。

Description

可降解聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域，具体涉及一种可降解聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着汽车产业的发展，轻量化、安全、环保与节能成为其产业调整的必由之路。而生物基塑料具有可降解、加工过程环保、原材料来源广泛、低气味等优点，在汽车行业非常应用潜力巨大，但由于可降解塑料存在耐热性差、降解性不可控等缺陷限制了其在汽车行业的应用，因此必须进行改性。
目前，关于可降解生物基聚丙烯材料的相关研究成果较多，比如公开号为CN106883510A的中国专利申请公开了一种聚乳酸-聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，该制备方法在聚丙烯配方中引入聚乳酸，通过均化混合后获得原料，从而进行注塑成型，主要应用于汽车换挡盖板等外饰制件。但该方案通过共混均化的方式得到的原料，其分散效果较差，性能波动较大，在注塑过程中容易出现外观缺陷。此外，该复合材料还存在耐热性较差、降解性不可控等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种可降解聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，通过在聚丙烯体系中加入改性后的聚乳酸，从而使得得到的聚丙烯复合材料具有良好的热稳定性和可降解性，且具有优异的注塑成型性能，注塑制件外观优异，没有虎皮纹和气痕等缺陷，可广泛用于汽车的内外饰制件中。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种可降解聚丙烯复合材料，其由聚丙烯20-40％、改性聚乳酸20-30％、聚烯烃弹性体5-10％、相容剂5-10％、滑石粉10-30％、抗氧剂0.2-0.6％、光稳定剂0.4-1％、耐刮擦剂1-4％、润滑剂0.2-0.6％和色粉1-3％按照重量百分比制备而成，其中，所述改性聚乳酸由聚乳酸和封端剂共混挤出制得，所述封端剂为马来酸酐和环氧氯丙烷。
本发明通过封端剂对聚乳酸的分子链段进行封端，得到改性聚乳酸，将该改性聚乳酸加入聚丙烯中，可提高聚乳酸的热稳定性，降低降解的不可控性问题，且注塑之间外观优异，无虎皮纹和气痕等缺陷，可广泛用于汽车的内外饰制件中。
进一步的，本发明中所述的聚丙烯作为基体树脂，其种类没有特别的限定，本领域中常规的聚丙烯均可，优选的，在本发明的一些具体的实施方式中，所述聚丙烯选自共聚聚丙烯、高抗冲聚丙烯中的至少一种，所述共聚聚丙烯230℃、2.16kg条件下的熔融指数为15～35g/10min。
进一步的，本发明中所述的聚烯烃弹性体和助剂等没有特别的限定，在本发明的一些具体的实施方式中，所述聚烯烃弹性体选自POE、EPDM、HDPE、LDPE中的至少一种；
所述聚烯烃弹性体的密度为0.88～0.90g/cm3，230℃、2.16kg条件下的熔融指数为5～20g/10min。
所述相容剂选自环氧类、羧酸类、酸酐类相容剂。
所述滑石粉的目数为1000～5000目。
所述抗氧剂选自受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
所述光稳定剂选自受阻胺类光稳定剂。
所述耐刮擦剂选自芥酸酰胺类、硅酮类中的至少一种。
所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。
可以理解的是，以上助剂等的选择不仅仅局限于上述几种，本领域中常规的均可。
进一步的，所述改性聚乳酸的制备方法，具体为：将聚乳酸、马来酸酐和环氧氯丙烷按照质量比(92-97)：(1-4)：(2-4)混合均匀后，加入密炼挤出机中经密炼挤出，密炼温度为140～160℃，螺杆转速为450～550r/min，密炼10～20min后得到改性聚乳酸。在密炼挤出的过程中，封端剂与聚乳酸发生化学反应，从而对聚乳酸进行化学封端，实现聚乳酸的改性。
本发明还提供了一种如前述任一项所述的可降解聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比将聚丙烯、改性聚乳酸、聚烯烃弹性体、相容剂、滑石粉、抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦剂、润滑剂和色粉充分混合，得到均匀的混合物料；可以理解的是，充分混合的目的是为了混合均匀，因此其混合的方式、参数等没有特别的限定，只要能实现混合均匀的目的即可，在本发明的一些具体的实施方式中，将各助剂加入高速混合机中，高速混合5～10min。
将所述混合物料加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒、干燥，制得可降解的聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机的加工参数没有特别的限定，可根据基体树脂、助剂的不同进行调整，在本发明的一些具体的实施方式中，双螺杆挤出机的料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/min，真空度为-0.04～0.1MPa，干燥温度为85±5℃，时间为2～4h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制得的可降解聚丙烯复合材料具有优异的力学性能和热稳定性，可满足汽车主机厂的性能要求。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1-3
按照表1中的配比将聚丙烯、改性聚乳酸、常规聚乳酸、相容剂、聚烯烃弹性体、滑石粉、抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦剂、润滑剂和色粉一起加入到高速混炼机中高速混合5-10分钟；
将混好的物料经主喂料加入到双螺杆挤出机中进行熔融，挤出造粒。其中，料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/min，真空度为：-0.04～0.1MPa；
将得到的物料放入燥箱中，烘干温度为85±5℃，时间为2-4小时，即得到改性聚丙烯复合材料。
表1中改性聚乳酸的制备方法为：将聚乳酸、马来酸酐和环氧氯丙烷按照质量比95:2:3混合均匀后，加入密炼挤出机中经密炼挤出，密炼温度为150℃，螺杆转速为500r/min，密炼15min后得到改性聚乳酸。
表1实施例1-3和对比例1中可降解聚丙烯复合材料的组分及配比(重量百分比％)
Figure BDA0003071381630000041
对比例2
本对比例和实施例2相比，本对比例中改性聚乳酸仅采用“马来酸酐封端聚乳酸，其中马来酸酐的添加量等于实施例2中马来酸酐和环氧氯丙烷的添加量总和”，其他均与实施例2相同。
对比例3
本对比例和实施例2相比，本对比例中改性聚乳酸仅采用“环氧氯丙烷封端聚乳酸，其中环氧氯丙烷的添加量等于实施例2中马来酸酐和环氧氯丙烷的添加量总和”，其他均与实施例2相同。
表2实施例1-3和对比例1-3中可降解聚丙烯复合材料的性能测试结果
Figure BDA0003071381630000051
从实施例1-3可以看出，该种改性聚丙烯复合材料的性能制备出的聚丙烯复合材料可以满足汽车主机厂的性能要求。同时，对比例1为添加常规聚乳酸的改性材料，其力学性能和热稳定性较实施例1-3有明显差距。根据成本最优考虑，实施例1和实施例2的在满足汽车主机厂性能要求的同时，其热稳定性好，属于较优的方案。同时通过实施例2、对比例2和对比例3中的测试结果可以看出，实施例2中的大部分力学性能明显优于对比例2和对比例3中的复合材料，且热稳定性也得到提高，说明本发明中的技术效果是通过马来酸酐和环氧氯丙烷共同对聚乳酸改性才得以实现的。
实施例4-6
按照表3中的配比将聚丙烯、改性聚乳酸、常规聚乳酸、相容剂、聚烯烃弹性体、滑石粉、抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦剂、润滑剂和色粉一起加入到高速混炼机中高速混合5-10分钟；
将混好的物料经主喂料加入到双螺杆挤出机中进行熔融，挤出造粒。其中，料筒温度为180～200℃，螺杆转速为300～500r/min，真空度为：-0.04～0.1MPa；
将得到的物料放入燥箱中，烘干温度为85±5℃，时间为2-4小时，即得到改性聚丙烯复合材料。
表3实施例4-6中可降解聚丙烯复合材料的组分及配比(重量百分比％)
配方组成 实施例4 实施例5 实施例6
共聚聚丙烯 20 40 35
改性聚乳酸 30 20 30
聚烯烃弹性体POE 7 5 10
滑石粉 30 16 10
相容剂(CA100) 8 10 10
抗氧剂1010 0.2 0.6 0.5
光稳定剂3808PP5 0.6 1 0.4
耐刮擦剂(硅酮母粒) 2 4 1
润滑剂(硬脂酸钙) 0.2 0.4 0.6
色粉 2 3 2.5
表3中实施例4中改性聚乳酸的制备为：将聚乳酸、马来酸酐和环氧氯丙烷按照质量比92：4：4混合均匀后，加入密炼挤出机中经密炼挤出，密炼温度为140℃，螺杆转速为450r/min，密炼20min后得到改性聚乳酸。
实施例5中改性聚乳酸的制备为：将聚乳酸、马来酸酐和环氧氯丙烷按照质量比97：1：2混合均匀后，加入密炼挤出机中经密炼挤出，密炼温度为160℃，螺杆转速为550r/min，密炼10min后得到改性聚乳酸。
实施例6中改性聚乳酸的制备为：将聚乳酸、马来酸酐和环氧氯丙烷按照质量比95：3：2混合均匀后，加入密炼挤出机中经密炼挤出，密炼温度为160℃，螺杆转速为550r/min，密炼10min后得到改性聚乳酸。
在实施例1-3中的基础上，对改性聚乳酸中的制备，复合材料中的各成分的比例和原料组分进行了适当的扩展，如表3所示，并进行了同表1中复合材料相同的测试，结果表明获得的可降解聚丙烯复合材料均具有优异的力学性能和热稳定性，满足汽车主机厂的性能要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，其由聚丙烯20-40％、改性聚乳酸20-30％、聚烯烃弹性体5-10％、相容剂5-10％、滑石粉10-30％、抗氧剂0.2-0.6％、光稳定剂0.4-1％、耐刮擦剂1-4％、润滑剂0.2-0.6％和色粉1-3％按照重量百分比制备而成，其中，所述改性聚乳酸由聚乳酸和封端剂共混挤出制得，所述封端剂为马来酸酐和环氧氯丙烷。
2.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯选自共聚聚丙烯中的一种，所述共聚聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为15～35g/10min。
3.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚烯烃弹性体选自POE、EPDM、HDPE、LDPE中的至少一种；
所述聚烯烃弹性体的密度为0.88～0.90g/cm3，230℃、2.16kg条件下的熔融指数为5～20g/10min。
4.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂选自环氧类、羧酸类、酸酐类相容剂中的至少一种。
5.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉的目数为1000～5000目。
6.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
所述光稳定剂选自受阻胺类光稳定剂。
7.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述耐刮擦剂选自芥酸酰胺类、硅酮类中的至少一种。
8.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。
9.如权利要求1所述的可降解聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性聚乳酸的制备方法，具体为：将聚乳酸、马来酸酐和环氧氯丙烷按照质量比(92-97)：(1-4)：(2-4)混合均匀后，加入密炼挤出机中经密炼挤出，密炼温度为140～160℃，螺杆转速为450～550r/min，密炼10～20min后得到改性聚乳酸。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的可降解聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比将聚丙烯、改性聚乳酸、聚烯烃弹性体、相容剂、滑石粉、抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦剂、润滑剂和色粉充分混合，得到均匀的混合物料；
将所述混合物料加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出造粒、干燥，制得可降解的聚丙烯复合材料。
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