低气味玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 低气味玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用 (Low-odor glass fiber impregnating compound and preparation method and application thereof ) 是由 徐永军 申玉亭 王帅 贾婧婧 于 2021-01-06 设计创作，主要内容包括：本发明属于浸润剂技术领域,具体涉及一种低气味玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用。低气味玻璃纤维浸润剂是由偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B和去离子水组成,其中,成膜剂A为马来酸酐改性聚丙烯蜡乳液,成膜剂B为聚乙酸乙烯脂乳液。本发明使用偶联剂可以保证后续产品的性能；使用PE蜡乳液作为润滑剂,大大降低玻纤气味；选用搭配成膜剂保证玻纤在LFT后续的工艺性,以及成膜剂选择根据相似相溶原理与聚丙烯树脂有更好的界面相容性,同时考虑气味的来源给予规避,也起到降低气味效果。(The invention belongs to the technical field of impregnating compounds, and particularly relates to a low-odor glass fiber impregnating compound and a preparation method and application thereof. The low-odor glass fiber impregnating compound consists of a coupling agent, a lubricant, a film forming agent A, a film forming agent B and deionized water, wherein the film forming agent A is maleic anhydride modified polypropylene wax emulsion, and the film forming agent B is polyvinyl acetate emulsion. The coupling agent is used in the invention, so that the performance of subsequent products can be ensured; the PE wax emulsion is used as a lubricant, so that the smell of glass fibers is greatly reduced; the selected film agent ensures the subsequent manufacturability of the glass fiber in LFT, and the film agent has better interface compatibility with the polypropylene resin according to the similar intermiscibility principle, and simultaneously, the odor source is considered to avoid, thereby playing the role of reducing the odor.)
技术领域
本发明属于浸润剂技术领域，具体涉及一种低气味玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用。
背景技术
LFT(Long Fiber reinforced Thermoplastics)即为长玻纤增强热塑性塑料用复合材料，近几年来，LFT被广泛用于汽车零部件的加工，包括前端模块、汽车内饰板、仪表盘、汽车尾门、体育器材、交通运输等。使用LFT工艺生产的玻纤增强复合材料，其玻纤保留长度较长，使得制品具有很好的强度和刚性。需要说明的是用于汽车材料，目前各主机厂对内饰材料或者制件气味进行限制，要求尽量减轻或改善令人不快的气味，并不是要完全消灭气味(那也是不可能的)。根据调查，汽车内饰气味散发主要来自各种皮革、塑料等，其中塑料主要是前端模块、汽车内饰板和仪表盘等，座椅、顶棚(GMT板材)由于面积大且位置特殊，也是气味的主要来源部分之一。
汽车的环保化和轻量化趋势的发展，促进了低气味材料在汽车领域的应用以及快速推广。汽车内饰配件选材的时候都会选低气味材料，作为汽车内饰材料之一的LFT复合材料低气味发展趋势明显。为迎合汽车低气味的需求，LFT粒子生产厂家不断优化改进树脂配方体系。目前，LFT材料供应商主要进行气味后处理，但是仍然不能完全满足各汽车厂家需求。玻璃纤维作为LFT增强材料，亟需向低气味方向发展。
中国专利CN 111499221 A公开一种低气味玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用，所述浸润剂含有固体组分和水；所述固体组分质量占所述浸润剂总质量的2％～10％；所述固体组分各成分的质量占所述固体组分总质量的百分比表示如下：偶联剂8.0～20％，润滑剂4.0～10％，成膜剂60～85％，抗静电剂1.0～5.0％，pH值调节剂0.5～4.0％；其中，所述成膜剂由自乳化水性环氧树脂和自交联聚醋酸乙烯酯组成；所述自乳化水性环氧树脂和所述自交联聚醋酸乙烯酯的质量比为1:1～3:1。此专利制备的低气味玻璃纤维浸润剂虽然可以用于玻璃纤维合股纱产品的生产，但是由于其原料体系的局限，用于LFT的生产时效果较差，而且此专利中的气味测试方法是自行制定，不同于国标或行标，其气味测试结果有待进一步考证。
因此，亟需提供一种增强聚丙烯树脂的LFT用低气味玻璃纤维浸润剂，不但使玻纤能够适用于LFT工艺，而且具备超低气味，满足其下游不同主机厂对气味的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低气味玻璃纤维浸润剂，用该浸润剂生产的玻璃纤维产品具有较低的气味，具备与PP良好的相容性，同时还兼备LFT的工艺性，耐磨性好，毛羽少，易分散；本发明同时提供了低气味玻璃纤维浸润剂的制备方法和应用。
本发明所述的低气味玻璃纤维浸润剂是由偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B和去离子水组成，其中，成膜剂A为马来酸酐改性聚丙烯蜡乳液，成膜剂B为聚乙酸乙烯脂乳液。
所述的偶联剂为氨基硅烷类偶联剂。
所述的润滑剂为PE蜡乳液。
所述的偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为低气味玻璃纤维浸润剂总质量的2-4％。
以偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为100％计，
以偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为100％计，优选如下：
以偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为100％计，更优选如下：
以偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为100％计，再优选如下：
所述的成膜剂A与成膜剂B的质量比为1.25-8.5:1。
本发明所述的低气味玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)向去离子水中加入偶联剂，搅拌；
(2)将润滑剂用去离子水稀释后，加入并搅拌；
(3)将成膜剂A用去离子水稀释后，加入并搅拌；
(4)将成膜剂B用去离子水稀释后，加入并搅拌；
(5)加入剩余的去离子水，即得低气味玻璃纤维浸润剂。
步骤(1)中所述的去离子水的加入量为低气味玻璃纤维浸润剂总质量的30-40％。
步骤(2)中所述的去离子水的质量为润滑剂质量的3-5倍；
步骤(3)中所述的去离子水的质量为成膜剂A质量的2-3倍；
步骤(4)中所述的去离子水的质量为成膜剂B质量的2-3倍。
本发明所述的低气味玻璃纤维浸润剂的应用是低气味玻璃纤维浸润剂用于生产LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维。
偶联剂选用的牌号为迈图A-1387、赢创Sivo 1208等。偶联剂水解后的反应性基团，可以将玻璃纤维和基体树脂(聚丙烯树脂)链接起来，起到“桥接”作用，能够更好的提高玻纤与树脂的结合性，满足最终复合材料性能需求。偶联剂有助提高玻纤生产效率，可以减少纤维的断丝，保证纤维的完整性，同时，偶联剂主要帮助减少润滑剂的使用量，减少气味的引入原料，也保证玻纤后续使用的工艺性；合适的偶联剂的选择，不但满足LFT增强聚丙烯的性能，同时满足生产工艺性。
本发明的润滑剂选择为PE蜡乳液。润滑剂的使用可以减少玻纤在拉丝及制品加工过程中的摩擦力，保护玻纤在生产和后续使用过程中不受损，是产品在生产性和使用工艺性方面的主要影响因素，合理的润滑剂的选择，有利于改善LFT增强聚丙烯用纱的工艺性，提高玻纤在使用过程中的生产效率。但是润滑剂一般气味较大而且无法完全去除，同时也将影响后续产品与树脂的结合性，因此需要选择合适的润滑剂和控制其用量。润滑剂优选麦克门的ML723-NS。
本发明使用的成膜剂作为浸润剂体系的主要组成部分，可以修复玻璃纤维表面缺陷，保护原丝集束性，是影响玻纤使用性能的关键，提供优良的工艺性和机械性能，主要考虑与目标树脂(聚丙烯)的相容性及气味的大小。本发明的成膜剂A是马来酸酐接枝，在碱中和条件下得到的改性聚丙烯蜡乳液，该改性聚丙烯蜡乳液，所选分子量为1～6万，乳液颗粒粒径为20～100nm。成膜剂B为聚乙酸乙烯脂乳液。本发明中改性聚丙烯蜡乳液的使用，可以为玻纤提供良好的反应载体；而聚乙酸乙烯脂乳液的使用，一方面可以为玻纤提供较好的集束性，另一方面，可以中和改性聚丙烯蜡中的碱，因此采用改性聚丙烯蜡乳液和聚乙酸乙烯脂乳液搭配使用，可以使得玻纤气味降低，同时兼具工艺性，从而使得玻纤可以应用到LFT生产中。成膜剂A优选日本东邦化学P-5300，成膜剂B优选塞拉尼斯Vinamul 8828。
采用本发明的低气味玻璃纤维浸润剂制备的玻璃纤维的可燃物含量(LOI)一般控制在0.1～0.5之间，优选在0.2～0.4之间，此优选方案主要作为最终制品复合材料性能的理论参考值。
本发明的有益效果如下：
与现有技术相比，本发明使用偶联剂可以保证后续产品的性能；使用PE蜡乳液作为润滑剂，大大降低玻纤气味；选用搭配成膜剂保证玻纤在LFT后续的工艺性，以及成膜剂选择根据相似相溶原理与聚丙烯树脂有更好的界面相容性，同时考虑气味的来源给予规避，也起到降低气味效果。
通过本发明浸润剂生产的玻纤，可以降低最终制品的气味0.5以上(按大众PV3900-2000测试标准)，同时产品满足LFT工艺生产需求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
低气味玻璃纤维浸润剂各组分含量见表1，偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为低气味玻璃纤维浸润剂总质量的3％，去离子水余量。
偶联剂为迈图A-1387硅烷偶联剂。
润滑剂为麦克门的ML723-NS。
成膜剂A为日本东邦化学P-5300。
成膜剂B为塞拉尼斯Vinamul 8828。
制备方法如下：
(1)向配制罐中加去离子水至低气味玻璃纤维浸润剂总质量的30％，开启配制罐搅拌机，缓慢加入偶联剂，搅拌至溶液澄清透明无油花；
(2)将润滑剂用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为润滑剂质量的5倍；
(3)将成膜剂A用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂A质量的2倍；
(4)将成膜剂B用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂B质量的2倍；
(5)加入剩余的去离子水，即得低气味玻璃纤维浸润剂。
采用低气味玻璃纤维浸润剂用常规方法制备LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维，采用LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维用常规方法制备LFT复合材料。
制得的LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维和LFT复合材料的检测结果见表1。
气味检测是按大众PV3900-2000测试标准进行检测。
实施例2
低气味玻璃纤维浸润剂各组分含量见表1，偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为低气味玻璃纤维浸润剂总质量的2％，去离子水余量。
偶联剂为迈图A-1387硅烷偶联剂。
润滑剂为麦克门的ML723-NS。
成膜剂A为日本东邦化学P-5300。
成膜剂B为塞拉尼斯Vinamul 8828。
制备方法如下：
(1)向配制罐中加去离子水至低气味玻璃纤维浸润剂总质量的40％，开启配制罐搅拌机，缓慢加入偶联剂，搅拌至溶液澄清透明无油花；
(2)将润滑剂用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为润滑剂质量的3倍；
(3)将成膜剂A用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂A质量的3倍；
(4)将成膜剂B用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂B质量的3倍；
(5)加入剩余的去离子水，即得低气味玻璃纤维浸润剂。
采用低气味玻璃纤维浸润剂用常规方法制备LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维，采用LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维用常规方法制备LFT复合材料。
制得的LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维和LFT复合材料的检测结果见表1。
气味检测是按大众PV3900-2000测试标准进行检测。
实施例3
低气味玻璃纤维浸润剂各组分含量见表1，偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的总质量为低气味玻璃纤维浸润剂总质量的4％，去离子水余量。
偶联剂为迈图A-1387硅烷偶联剂。
润滑剂为麦克门的ML723-NS。
成膜剂A为日本东邦化学P-5300。
成膜剂B为塞拉尼斯Vinamul 8828。
制备方法如下：
(1)向配制罐中加去离子水至低气味玻璃纤维浸润剂总质量的35％，开启配制罐搅拌机，缓慢加入偶联剂，搅拌至溶液澄清透明无油花；
(2)将润滑剂用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为润滑剂质量的4倍；
(3)将成膜剂A用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂A质量的2倍；
(4)将成膜剂B用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂B质量的3倍；
(5)加入剩余的去离子水，即得低气味玻璃纤维浸润剂。
采用低气味玻璃纤维浸润剂用常规方法制备LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维，采用LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维用常规方法制备LFT复合材料。
制得的LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维和LFT复合材料的检测结果见表1。
气味检测是按大众PV3900-2000测试标准进行检测。
实施例4
低气味玻璃纤维浸润剂各组分含量见表1，其它同实施例1，制得的LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维和LFT复合材料的检测结果见表1，气味检测是按大众PV3900-2000测试标准进行检测。
实施例5
低气味玻璃纤维浸润剂各组分含量见表1，其它同实施例1，制得的LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维和LFT复合材料的检测结果见表1，气味检测是按大众PV3900-2000测试标准进行检测。
对比例1
玻璃纤维浸润剂各组分含量见表1，偶联剂、润滑剂和成膜剂A的总质量为玻璃纤维浸润剂总质量的3％，去离子水余量。
偶联剂为迈图A-1387硅烷偶联剂。
润滑剂为麦克门的ML723-NS。
成膜剂A为日本东邦化学P-5300。
制备方法如下：
(1)向配制罐中加去离子水至玻璃纤维浸润剂总质量的30％，开启配制罐搅拌机，缓慢加入偶联剂，搅拌至溶液澄清透明无油花；
(2)将润滑剂用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为润滑剂质量的5倍；
(3)将成膜剂A用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂A质量的2倍；
(4)将成膜剂B用常温去离子水稀释好，加入并持续搅拌，去离子水的质量为成膜剂B质量的2倍；
(5)加入剩余的去离子水，即得玻璃纤维浸润剂。
采用玻璃纤维浸润剂用常规方法制备LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维，采用LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维用常规方法制备LFT复合材料。
制得的LFT增强聚丙烯用无碱玻璃纤维和LFT复合材料的检测结果见表1。
气味检测是按大众PV3900-2000测试标准进行检测。
表1实施例1-5和对比例1的玻璃纤维浸润剂组成及产品检测结果
表1中有效成分重量比例合计是指偶联剂、润滑剂、成膜剂A和成膜剂B的重量比例合计。
通过表1可知，实施例1-5的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度与对比例1相近，但是气味测试结果表明，实施例1-5明显优于对比例1。
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