CN114538484B - 一种汽车内饰用voc改性填料介孔氧化镁的制备方法及pc复合材料 - Google Patents
一种汽车内饰用voc改性填料介孔氧化镁的制备方法及pc复合材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法及PC复合材料，属于汽车内饰材料技术领域。为了解决现有的吸附性不佳和不易制备的问题，提供一种汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法，该方法包括将硫酸镁铵和碳酸氢铵加水中，控温30℃～50℃进行反应，形成含固体中间态的溶液；将含固体中间态的溶液进行过滤，得到中间态固体物，控温700℃～800℃进行煅烧,得VOC改性填料介孔氧化镁；该PC复合材料包括以下成分的重量份：PC：80～100；VOC改性填料介孔氧化镁：8～12；抗氧剂：0.1～0.5。本发明得到的材料具有粒径小和比表面积大的特性，能够有效吸附VOC的性能和高稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法及PC复合材料，属于汽车内饰材料技术领域。
背景技术
国家对汽车VOC的控制日趋严格，行业内对低气味塑料材料的需求越来越高。在众多汽车配件企业已将气味等级的要求列入主要指标之一。目前汽车内饰主要采用聚碳酸酯(PC)、PVC等材料制作，在使用过程中会散发出较强的刺激性气味，当所挥发的气体在车内达到一定的浓度，会使车内人员感到不适，及对身体健康产生不良影响。
在汽车等这些特定的应用领域中，对材料的VOC性能要求也越来越高，普通的PC材料等已经不能满足需求，这也一定程度上限定了PC材料等在这些特定领域中的应用。因此，为了解决围绕汽车内饰塑料材料散发VOC等气味问题，主要是通过在塑料材料中加入吸收气味的材料，如沸石、分子筛等添加剂，通过物理或化学方式吸附小分子的挥发性气体等，但是，在实际应用中如何实现低VOC气味的效果并不理想。这就要求对于采用何种材料进行吸附作为添加剂以保证实现低VOC气味的性能。
氧化镁颗粒物作为吸附材料具有较好的物理和化学性能，是其它材料不可比拟的，但是，目前普通方法制备的氧化镁吸附性能仍存在不理想的问题，如吸附能力弱，不利于有效吸附VOC气体。如现有技术中在制备氧化镁材料时通常是制备成氢氧化镁，再通过煅烧形成介孔氧化镁。制备形成的介孔氧化镁成孔性不佳，对VOC的吸附能力弱，也有通过以双亲有性有机分子或嵌段共聚物为模板剂的软模板法，但是由于镁离子在碱性条件下水解速度低，以及镁离子与模板剂间很难形成有效的作用力，不易制备。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的问题，提供一种汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法及PC复合材料，解决的问题是如何实现具有高VOC吸附能力和易于合成的性能。
本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的，一种汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法，该方法包括以下步骤：
A、将硫酸镁铵和碳酸氢铵加入水中进行混合，控制温度在30℃～50℃的条件下进行反应处理，形成相应的含固体中间态的溶液；
B、将得到的含固体中间态的溶液进行过滤，得到相应的中间态固体物，控制温度在700℃～800℃的条件下进行煅烧处理，得到相应的VOC改性填料介孔氧化镁。
通过以硫酸镁铵和碳酸氢铵为原料，在30℃～50℃的温度反应处理，能够先形成完全不同于常规的中间态，使形成相应的中间态固体物，这样有利于在后续的煅烧过程中有效的分解形成介孔氧化镁，且煅烧过程中中间态物质在分解的过程中产生的气体能够更有效的形成孔隙微结构，且形成的气体能部分从内部分解向外扩散，更有效的提高形成的介孔氧化镁的孔隙率，实现超大比表面积和颗粒粒径小，分散性好的优异效果，实现对VOC气味的吸附能力，也保证具有吸附能力强的优点。对于上述反应温度最好是控制温度在40℃～45℃，更有利于反应的进行且有效形成相应的中间态产物，具有高纯度质量的效果，纯度的提高更有利于后续煅烧过程中形成优异的孔隙率和比表面积，提高整体的吸附性能。通过将其应用于PC材料中的添加剂也能够实现具有低VOC的性能，实现有效控制VOC的效果，且通过上述方法采用的原料合成中间态并进行煅烧，能够实现无需采用模板片进行制备，更有利于实现操作简单和易于合成的优点。
在上述汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法中，作为优选，步骤A中所述固体中间态为NH4MgOHCO3固体物。通过原料的选择和对反应温度的有效控制，能够形成上述中间态的物质，目的在于使形成的中间态物质中含有氨基及碳酸根等基团，这样在煅烧过程中会分解形成充分的气体物质，气体物质的挥发使形成的氧化镁更好的产生孔隙，从而更有效的使生成的介孔氧化镁具有优异的孔隙率，使具有高比表面积的效果，且制备时具有很好的分散性，具有颗粒粒径细小的优点。对于上述介孔氧化镁制备过程中的反应原理可通过以下方式进行说明(以下用(NH4)2Mg(SO4)2来表示硫酸镁铵)：
(NH4)2Mg(SO4)2+3NH4HCO3→NH4MgOHCO3+2(NH4)2SO4+2CO2+H2O
NH4MgOHCO3→MgO+NH3+H2O+CO2
即步骤A中的中间态固体产物是上述反应原理形成相应的中间态特性，从而使有利于后续煅烧过程中形成的介孔氧化镁具有优异的性能。
在上述汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法中，作为优选，步骤A中所述硫酸镁铵：碳酸氢铵的质量比是30～40：24～30。使反应更充分的进行，有利于提高原料的整体利用率。进一步的优选，最好使所述硫酸镁铵：碳酸氢铵：水的质量比为30～40：24～30：60～80。这里的水最好采用去离子水。
在上述汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法中，作为优选，步骤A中所述反应处理的时间为4～6h。使反应能够充分进行，提高原料的转化率和中间态产物的收率。
在上述汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法中，作为优选，步骤B中所述煅烧处理的时间为10～16h。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，一种汽车内饰用的PC复合材料，其特征在于，该PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC：80～100；VOC改性填料介孔氧化镁：8～12；抗氧剂：0.1～0.5；所述VOC改性填料介孔氧化镁采用以下方法制备得到：
选用硫酸镁铵、碳酸氢铵加入水中进行混合，控制温度在30℃～50℃的条件下进行反应处理，形成相应的含固体中间态的溶液；
将得到的含固体中间态的溶液进行过滤，得到相应的中间态固体物，控制温度在700℃～800℃的条件下进行煅烧处理，得到相应的VOC改性填料介孔氧化镁。
通过在PC塑料(聚碳酸酯)材料中添加采用上述方法制备得到的介孔氧化镁，具有比表面积大和孔隙率高的优异性能，能够有效的起到吸附功能的特性，降低其作为汽车内饰材料用时具有低VOC的性能，从而有效的提高其使用。还可进一步的在PC复合材料中添加其它的如光稳定剂等添加剂助剂，提高材料的相应性能。
在上述汽车内饰用的PC复合材料中，作为优选，所述抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(简称Irganox168)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称Irganox1010)和1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(简称Irganox1330)中的一种或几种。能够更有效的提高PC复合材料的抗老化性能，提高使用寿命。作为进一步的优选，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯的混合物，且所述三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯的质量比为1：1.8～2.0：1.5～2.1。
在上述汽车内饰用的PC复合材料中，作为优选，所述PC复合材料中还包括1.0～1.2重量份的纳米级多孔硅酸钙。由于作为汽车内饰对VOC的要求高，而通过添加小量的纳米级多孔硅酸钙，能够提高其对甲醛、乙醛等醛类挥发性气体的吸附性能。作为进一步的优选，所述纳米级多孔硅酸钙的粒径为10nm～15nm。更进一步的，最好使纳米级多孔硅酸钙的孔隙率在82％～88％。
上述汽车内饰用的PC复合材料中，所述PC复合材料可通过以下方法制备得到：
按上述原料配比，称取80～100重量份的PC、8～12重量份的VOC改进填料介孔氧化镁和0.1～0.5重量份的抗氧剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
将上述得到的混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到相应的PC复合材料。
在上述汽车内饰用的PC复合材料中，作为优选，在挤出造粒时所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，其温度设定控制为：一区温度200～220℃，二区温度250～270℃，三区温度250～270℃，四区温度250～270℃，五区温度250～270℃，六区温度250～270℃，机头温度250～270℃,螺杆转速200～280r/min。更好的保证挤出效果。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.通过利用硫酸镁铵和碳酸氢铵为原料进行反应形成的中间态，能够使煅烧过程更有利于形成优异性能的介孔氧化镁，易于制备和操作，且得到的介孔氧化镁具有粒径小和比表面积大的特性，能够有效实现吸附VOC的性能，且吸附的稳定性高。
2.通过添加少量纳米级多孔硅酸钙，能够更好的提高其对甲醛、乙醛等醛类挥发性气体的吸附性能，提高PC复合材料的性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
按照各原料的用量配比，称取300g硫酸镁铵、240g碳酸氢铵和600g去离子水，投入到反应器皿中，然后，将体系的温度控制在30℃进行反应处理4h，反应结束后得到含中间产物NH4MgOHCO3的溶液；
再将上述含中间产物NH4MgOHCO3的溶液进行过滤、洗涤、干燥得到相应的中间产物，再将中间产物置于700℃的马弗炉中进行煅烧处理10h，得到相应的产物VOC改性填料介孔氧化镁。其颗粒粒径达到10nm，比表面积达到331m2/g。
实施例2
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：80；VOC改性填料介孔氧化镁：8；Irganox1010：0.1。
按照上述各原料的重量份配比称取原料，称取80重量份的PC、8重量份的VOC改性填料介孔氧化镁和0.1重量份的Irganox1010进行混合并搅拌均匀，得到相应的混合料，这里的VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例1的方法得到；
再将得到的混合料投入的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P1)；其中双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度200℃，二区温度250℃，三区温度250℃，四区温度250℃，五区温度250℃，六区温度250℃，机头温度250～270℃,螺杆转速200r/min。
实施例3
按照各原料的用量配比，称取350g硫酸镁铵、270g碳酸氢铵和700g去离子水，投入到反应器皿中，然后，将体系的温度控制在40℃进行反应处理5h，反应结束后得到含中间产物NH4MgOHCO3的溶液；
再将上述含中间产物NH4MgOHCO3的溶液进行过滤、洗涤、干燥得到相应的中间产物，再将中间产物置于740℃的马弗炉中进行煅烧处理16h，得到相应的产物VOC改性填料介孔氧化镁。其颗粒粒径达到12nm，比表面积达到335m2/g。
实施例4
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：90；VOC改性填料介孔氧化镁：10；Irganox1010：0.1；Irganox168：0.1；这里的VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例3的方法得到。
本实施例的上述汽车内饰用的PC复合材料采用实施例2中的相应方法制备，这里不再赘述，得到的汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P2)。
实施例5
按照各原料的用量配比，称取400g硫酸镁铵、300g碳酸氢铵和800g去离子水，投入到反应器皿中，然后，将体系的温度控制在50℃进行反应处理6h，反应结束后得到含中间产物NH4MgOHCO3的溶液；
再将上述含中间产物NH4MgOHCO3的溶液进行过滤、洗涤、干燥得到相应的中间产物，再将中间产物置于800℃的马弗炉中进行煅烧处理15h，得到相应的产物VOC改性填料介孔氧化镁。其颗粒粒径达到13nm，比表面积达到330m2/g。
实施例6
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：100；VOC改性填料介孔氧化镁：12；Irganox1010：0.2；Irganox168：0.1；Irganox1330：0.2；这里的VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例5的方法得到。
本实施例的上述汽车内饰用的PC复合材料采用实施例2中的相应方法制备，这里不再赘述，得到的汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P3)。
实施例7
按照各原料的用量配比，称取325g硫酸镁铵、275g碳酸氢铵和635g去离子水，投入到反应器皿中，然后，将体系的温度控制在35℃进行反应处理5h，反应结束后得到含中间产物NH4MgOHCO3的溶液；
再将上述含中间产物NH4MgOHCO3的溶液进行过滤、洗涤、干燥得到相应的中间产物，再将中间产物置于745℃的马弗炉中进行煅烧处理14h，得到相应的产物VOC改性填料介孔氧化镁。其颗粒粒径达到11nm，比表面积达到335m2/g。
实施例8
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：85；VOC改性填料介孔氧化镁：11；Irganox1010：0.1；这里的VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例7的方法得到。
本实施例的上述汽车内饰用的PC复合材料采用实施例2中的相应方法制备，这里不再赘述，得到的汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P4)。
实施例9
按照各原料的用量配比，称取385g硫酸镁铵、275g碳酸氢铵和755g去离子水，投入到反应器皿中，然后，将体系的温度控制在40℃进行反应处理4h，反应结束后得到含中间产物NH4MgOHCO3的溶液；
再将上述含中间产物NH4MgOHCO3的溶液进行过滤、洗涤、干燥得到相应的中间产物，再将中间产物置于745℃的马弗炉中进行煅烧处理15h，得到相应的产物VOC改性填料介孔氧化镁。其颗粒粒径达到12nm，比表面积达到333m2/g。
实施例10
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：85；VOC改性填料介孔氧化镁：12；Irganox1010：0.3；这里的VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例9的方法得到，得到的汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P5)。
实施例11
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：100；VOC改性填料介孔氧化镁：12；Irganox1010：0.2；Irganox168：0.1；Irganox1330：0.2；纳米级多孔硅酸钙：1.2；纳米级多孔硅酸钙的粒径为10nm，孔隙率为85％，这里VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例5的方法得到，得到的汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P6)。
实施例12
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：90；VOC改性填料介孔氧化镁：10；Irganox1010：0.1；纳米级多孔硅酸钙：1.0；纳米级多孔硅酸钙的粒径为12nm，孔隙率为82％，这里的VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例3的方法得到，得到的汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P7)。
实施例13
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：85；VOC改性填料介孔氧化镁：11；Irganox1010：0.1；纳米级多孔硅酸钙：1.3；纳米级多孔硅酸钙的粒径为15nm，孔隙率为88％，这里的VOC改性填料介孔氧化镁采用上述实施例7的方法得到，得到的汽车内饰用的PC复合材料(命名为PC复合材料P8)。
比较例1
本汽车内饰用的PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC(聚碳酸酯)：85；Irganox1010：0.1。
按照上述各原料的用量配比，称取85重量份的份PC和0.1重量份的Irganox1010的混合并搅拌均匀，得到混合料；
将上述得到的混合料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到PC复合材料(命名为PC复合材料D1)。其中双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度215℃，二区温度265℃，三区温度265℃，四区温度265℃，五区温度265℃，六区温度265℃，机头温度265℃,螺杆转速245r/min。
随机选取上述实施例2、4、6、8、10-13得到的相应PC复合材料以及对应的比较例1中得到的PC复合材料的VOC进行性能测试，测试标准采用GB/T27630，具体测试结果如表1和表2所示：
表1：
上述表1中P1即对应实施例2中得到的PC复合材料P1，P2即对应实施例4中得到的PC复合材料P2，P3即对应实施例6中得到的PC复合材料P3，P4即对应实施例8中得到的PC复合材料P4，P5即对应实施例10中得到的PC复合材料P5。
表2：
上述表2中P6即对应实施例11中得到的PC复合材料P6，P7即对应实施例12中得到的PC复合材料P7，P8即对应实施例13中得到的PC复合材料P8，D1即对应比较例1中得到的PC复合材料D1，其中的ND表示未检测出来。
从上述表1和表2中的测试结果表明采用本发明的PC复合材料具有优异的低VOC性能，且添加少量的纳米级多孔硅酸钙能够使对醛类挥发性气味具有更优异的吸附性能，具有更好的低VOC性能效果。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (9)
1.一种汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、选用硫酸镁铵和碳酸氢铵加入水中进行混合，控制温度在30℃～50℃的条件下进行反应处理，形成相应的含固体中间态的溶液；所述硫酸镁铵：碳酸氢铵的质量比是30～40：24～30；
B、将得到的含固体中间态的溶液进行过滤，得到相应的中间态固体物，控制温度在700℃～800℃的条件下进行煅烧处理，得到相应的VOC改性填料介孔氧化镁。
2.根据权利要求1所述汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法，其特征在于，步骤A中所述固体中间态为NH4MgOHCO3固体物。
3.根据权利要求1或2所述汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法，其特征在于，步骤A中所述反应处理的时间为4～6h。
4.根据权利要求1或2所述汽车内饰用VOC改性填料介孔氧化镁的制备方法，其特征在于，步骤B中所述煅烧处理的时间为10～16h。
5.一种汽车内饰用的PC复合材料，其特征在于，该PC复合材料包括以下成分的重量份：
PC：80～100；VOC改性填料介孔氧化镁：8～12；抗氧剂：0.1～0.5；所述VOC改性填料介孔氧化镁采用以下方法制备得到：
选用硫酸镁铵、碳酸氢铵加入水中进行混合，控制温度在30℃～50℃的条件下进行反应处理，形成相应的含固体中间态的溶液；所述硫酸镁铵：碳酸氢铵的质量比是30～40：24～30；
将得到的含固体中间态的溶液进行过滤，得到相应的中间态固体物，控制温度在700℃～800℃的条件下进行煅烧处理，得到相应的VOC改性填料介孔氧化镁。
6.根据权利要求5所述汽车内饰用的PC复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或几种。
7.根据权利要求5或6所述汽车内饰用的PC复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯的混合物，且所述三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯的质量比为1：1.8～2.0：1.5～2.1。
8.根据权利要求5或6所述汽车内饰用的PC复合材料，其特征在于，所述PC复合材料中还包括1.0～1.2重量份的纳米级多孔硅酸钙。
9.根据权利要求8所述汽车内饰用的PC复合材料，其特征在于，所述纳米级多孔硅酸钙的粒径为10nm～15nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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