一种聚丙烯组合物及其制备方法
阅读说明：本技术 一种聚丙烯组合物及其制备方法 (Polypropylene composition and preparation method thereof ) 是由 雷亮 叶南飚 陈平绪 俞飞 陈嘉杰 胡佳旭 马金成 吴国峰 杨波 罗忠富 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚丙烯组合物及其制备方法,属于高分子材料技术领域。本发明所述聚丙烯组合物通过在聚丙烯树脂组分中添加特定含量的针状硅酸钙代替传统透光率较低的滑石粉作为填充剂,可有效提高产品的透光率；同时在聚丙烯组分中添加特定增韧剂与其他组分实现协同作用,所得产品兼具优异的力学性能。本发明还公开了所述聚丙烯组合物的制备方法,该制备方法操作步骤简单,可实现工业化大规模生产。本发明还公开了所述聚丙烯组合物在制备汽车塑料零部件中的应用。(The invention discloses a polypropylene composition and a preparation method thereof, belonging to the technical field of high polymer materials. According to the polypropylene composition, the needle-shaped calcium silicate with specific content is added into the polypropylene resin component to replace the traditional talcum powder with low light transmittance as a filler, so that the light transmittance of the product can be effectively improved; meanwhile, a specific toughening agent is added into the polypropylene component to realize the synergistic effect with other components, and the obtained product has excellent mechanical properties. The invention also discloses a preparation method of the polypropylene composition, which has simple operation steps and can realize industrial large-scale production. The invention also discloses application of the polypropylene composition in preparation of automobile plastic parts.)
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有密度低、易加工、力学性能优异等优点，已被广泛应用在汽车工业、家电及机械等多个领域，这其中以汽车领域最为常见。如今汽车造型越来越酷炫，特别是电动汽车，内饰和外饰的设计感更强。在此基础上，可对这些产品设计更加吸引人的外观效果，如设计车内智能触控调节控制系统，进而使车身呈现透光和发光等效果，而这些效果的实现需采用高透光率材料制作车身零部件。
目前汽车上透光材料主要为PC和PMMA，而PP应用较少，主要是因为PP材料基本以滑石粉作为填充剂以达到理想的力学性能，但它的透光率较低，限制了其在透光材料制备中应用。为了提高聚丙烯材料的透光性能，人们进行了很多研究。CN201911308750.4公开了一种可透光具有良好耐磨性能的聚丙烯组合物及其制备方法，该技术方案采用玻璃微珠代替传统聚丙烯材料中常添加的滑石粉作为产品的填充材料，从而提高聚丙烯材料的透光率。但玻璃微珠容易破碎，导致材料力学性能和透光率下降。因此，本领域尚需开发一种制备方法简单、透光率高的聚丙烯材料，用于汽车塑料零部件。
发明内容
基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种聚丙烯组合物，该产品通过在组分中添加特定含量的针状硅酸钙代替传统滑石粉作为填充剂，可显著提升聚丙烯材料的透光率；同时所述产品中含有特定的增韧剂组分，可保障整体材料的稳定性及较高的弯曲模量。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂70～99.8份、增韧剂0～30份以及针状硅酸钙5～20份。
发明人在实验中意外发现，当在聚丙烯材料中添加适当含量的针状结构的硅酸钙作为填充组分，相比于传统的片状结构、对光反射作用较强的滑石粉具有更好的透光率；同时，发明人还对针状硅酸钙的添加量进行了考究及筛选：由于针状硅酸钙本质还是属于产品中的填充剂，对聚丙烯树脂的力学性能有较大影响，若针状硅酸钙添加量过低，产品本身的填充剂不足，其弯曲模量较低；但若添加量过高，则又会引起透光率的显著下降。
本发明所述聚丙烯组合物，通过在聚丙烯树脂组分中添加特定含量的针状硅酸钙代替传统透光率较低的滑石粉作为填充剂，可有效提高产品的透光率；同时在聚丙烯组分优选的配比下可使产品保留良好的弯曲模量，综合性能优异。
优选地，所述聚丙烯组合物的组分包括8～15份针状硅酸钙；
更优选地，所述聚丙烯组合物的组分包括10份针状硅酸钙。
在优选添加份数的针状硅酸钙的作用下，所得聚丙烯组合物不仅透光率较高，同时不会造成产品的弯曲模量降低，平均保持在2000MPa以上。优选地，所述针状硅酸钙的平均直径为0.5～1.5μm，平均长度为28～32μm。
更优选地，所述直径分布为0.5～1.5μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量的70-80％；长度分布为28～32μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量的70-80％。
本申请发明人经过实验筛选后发现，针状硅酸钙的长径比也对制备所得产品的透光率以及力学性能有所影响；若针状硅酸钙长径比过低，材料中填充剂覆盖面积变大，产品的透光率有所降低；若长径比过高，则虽然产品透光率较高，但会影响产品的稳定性，针状硅酸钙在后续挤出时发生破损，产品的弯曲模量变差。
更优选地，所述针状硅酸钙的平均直径为1μm，平均长度为30μm。
优选地，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂、均聚聚丙烯树脂中的至少一种，所述聚丙烯树脂的熔体质量流动速率(MFR)为28～32g/10min，所述聚丙烯树脂的熔体质量流动速率是根据ASTMD1238使用2.16kg重量并在230℃的温度测量。
优选地，所述增韧剂包括乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和苯乙烯类共聚物弹性体；
更优选地，所述增韧剂的密度为0.855～0.865g/cm3，所述增韧剂的熔体质量流动速率为0.8～1.2g/10min，所述增韧剂的熔体质量流动速率是根据ASTMD1238使用2.16kg重量并在190℃的温度测量。
更优选地，所述聚丙烯组合物的组分包括2～25份增韧剂。
增韧剂的添加量并非越多越好，若添加过多增韧剂，材料透光率降低，且韧性提升不明显，弯曲模量降低。
优选地，所述聚丙烯组合物的组分中还包括0～2份助剂，所述助剂包括抗氧剂和光稳定剂。
更优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
更优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗氧剂168、抗氧剂PEP-36中的至少一种。
通过添加适当含量的抗氧剂，可提升产品在制备及保存过程中的聚丙烯树脂的稳定性，避免出现产品副反应。
更优选地，所述光稳定剂包括受阻胺类光稳定剂；
更优选地，所述光稳定剂包括UV-3808PP5、LA-402XP、LA-402AF中的至少一种。
本发明的另一目的还在于提供所述聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、增韧剂、针状硅酸钙和助剂混合均匀后，经过熔融混炼及挤出造粒，即得所述聚丙烯组合物。
本发明所述聚丙烯组合物制备步骤简单，可实现工业化大规模生产。
优选地，所述熔融混炼过程在双螺杆挤出机中进行，所述熔融混炼时的温度为170～220℃，所述双螺杆挤出机中的螺杆转速为350～450r/min。
本发明的再一目的在于提供所述聚丙烯组合物在制备汽车塑料零部件中的应用。
本发明所述聚丙烯组合物透光率高，弯曲模量高，可有效应用于对透光率及冲击性能要求较高的汽车塑料零部件生产中。
本发明的有益效果在于，本发明提供了一种聚丙烯组合物，该产品通过在聚丙烯树脂组分中添加特定含量的针状硅酸钙代替传统透光率较低的滑石粉作为填充剂，可有效提高产品的透光率；同时在聚丙烯组分优选的配比下，可使产品的弯曲模量相比于使用滑石粉制备的聚丙烯产品有所提升，综合性能优异。本发明还提供了所述聚丙烯组合物的制备方法，该制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。本发明还提供了所述聚丙烯组合物在制备汽车塑料零部件中的应用。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施所涉及的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。
所述实施例中，聚丙烯树脂及增韧剂的熔体质量流动速率是根据ASTMD1238使用2.16kg重量并分别在230℃/190℃的温度测量。
实施例1
本发明所述聚丙烯组合物及其制备方法的一种实施例，所述聚丙烯组合物的组分成分如表1所示。
所述聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、增韧剂、针状硅酸钙和助剂混合均匀后加入双螺杆挤出机中，经过熔融混炼及挤出造粒，即得所述聚丙烯组合物；所述熔融混炼时的温度为210℃，所述双螺杆挤出机中的螺杆转速为400r/min。
所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂，中海壳牌公司生产的PP EP548R型号产品，所述聚丙烯树脂的熔体质量流动速率为30g/10min；
所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物，陶氏化学公司生产的POE ENGAGE 7467型号产品，所述增韧剂的密度为0.86g/cm3，所述增韧剂的熔体质量流动速率为1g/10min。
所述针状硅酸钙为美国NYCO公司生产的NYGLOS 4W产品；所述产品经过筛选；所述针状硅酸钙的平均直径为1μm，平均长度为30μm；所述直径分布为0.5～1.5μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量75％，所述直径分布大于1.5μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量10％；所述直径分布为小于0.5μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量15％；所述长度分布为28～32μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量70％；所述长度分布大于32μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量15％；所述长度分布小于28μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量15％。
所述助剂包括抗氧剂和光稳定剂；
所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)和亚磷酸酯类抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)，均为德国巴斯夫公司生产产品；
所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂3808PP5，美国索尔维公司生产UV-3808PP5型号产品。
实施例2～10、14～15
本发明所述聚丙烯及其制备方法的实施例，所述聚丙烯组合物的组分成分如表1所示。各实施例所述产品的制备方法均同实施例1。
其中实施例5所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，陶氏化学公司生产POE ENAGEG8842型号产品，密度为0.857g/cm3，所述增韧剂的熔体质量流动速率为1g/10min；
所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，兰州石化公司生产H9018产品；所述聚丙烯树脂的熔体质量流动速率为60g/10min。
实施例11
本实施例与实施例3的差别仅在于：所述针状硅酸钙为美国NYCO公司生产的NYGLOS 4W产品；所述产品经过筛选；所述针状硅酸钙的平均直径为1μm，平均长度为10μm。
实施例12
本实施例与实施例3的差别仅在于：本实施例所述增韧剂为乙烯丙烯弹性体；埃克森美孚生产Vistamax 3000型号产品，密度为0.873g/cm3，所述增韧剂的熔体质量流动速率为8.0g/10min。
实施例13
本实施例与实施例3的差别仅在于：所述针状硅酸钙为美国NYCO公司生产的NYGLOS 8产品；所述产品经过筛选；所述针状硅酸钙的平均直径为2μm，平均长度为35μm。
实施例16
本实施例与实施例3的差别仅在于：所述针状硅酸钙为美国NYCO公司生产的ASPECT 3000产品；所述产品经过筛选；所述直径分布为0.5～1.5μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量约50％，所述直径分布大于1.5μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量约20％；所述直径分布为小于0.5μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量约30％；所述长度分布为28～32μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量约60％；所述长度分布大于32μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量约20％；所述长度分布小于28μm的针状硅酸钙颗粒占整体针状硅酸钙质量含量约20％。
对比例1～4
本对比例所述聚丙烯的组分成分如表2所示。各对比例所述产品的制备方法均同实施例1。
表1
表2
效果例1
将实施例1～16及对比例1～4所得产品进行透光率测试及弯曲模量测试：
(1)透光率测试：将各聚丙烯组合物注塑成100*100*2.5mm的方板，依据GB2410-1980《透明塑料透光率和雾度试验方法》，通过透光率测试仪测试方板的透光率；
(2)弯曲模量测试：采用ISO178-2010《塑料弯曲性能的测定》测试材料的弯曲模量，弯曲速率2mm/min；
测试结果如表3所示。
表3
由测试可知，当聚丙烯组合物中含有特定含量的针状硅酸钙代替传统滑石粉作为填充剂时，最终产品提升透光率，同时弯曲模量也有所提升，其中实施例3所得产品弯曲模量高达2200MPa且透光率＞50％；若针状硅酸钙含量过高，如对比例2所述，产品的透光率显著降低；由实施例7～10、实施例14及对比例4产品测试结果可知，增韧剂的添加多少可一定程度上平衡材料的刚性与韧性，保障一定的弯曲模量，但若添加含量过多，不仅导致材料弯曲模量降低，同时透光率也会降低；从实施例11～13和16及对比例3产品对比可知，产品原料种类，尤其是增韧剂及针状硅酸钙种类的选择也会影响产品的透光率及弯曲模量。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。