一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体涉及一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯由于具有优良的力学、耐热性、质轻、耐化学溶剂性、吸水率低以及价格便宜等突出优点，汽车领域应用：扇热器格栅，副驾驶手套盒，内侧装饰条，后视镜外框等。
随着消费者对汽车舒适性要求的进一步提高及中国汽车产业的高速发展，汽车内饰氛围，已成为汽车发展的主潮流。免喷涂化材料是汽车未来发展的重要方向之一，作为汽车外装饰总表面积最大的零部件，免喷涂化已成为各汽车厂家首选的方案。
电子电器领域应用：电饭煲、圆煲、方煲等小家电的面盖，饮水机、热水壶外壳免喷涂材料等；然而高光耐高温材料特殊的材料特性免喷涂即可达到外观高光泽要求的聚丙烯材料，材料流动性高，加工窗口宽，亦可实现薄壁加工。因此，针对亟需研制出一种综合性能优异的高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，来弥补市场的空缺。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料具有高光泽、耐高温、耐热氧化的特性，符合车用材料和电子电器耐高温材料的要求，与传统的聚丙烯相比，可以达到更为理想的刚韧平衡。
本发明的另一目的在于提供一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，制得聚丙烯复合材料具有高光泽、耐高温、耐热氧化的特性，易于进行大规模工业化生。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述无规共聚聚丙烯为PP M1600E、PP R370Y和PP RP348N中的至少一种，其熔指为10-30g/10min。
本发明中的聚丙烯复合材料具有高光泽、耐高温、耐热氧化的特性，符合车用材料和电子电器耐高温材料的要求，与传统的聚丙烯相比，可以达到更为理想的刚韧平衡。而其中采用的无规PP共聚物比PP均聚物的挠曲性好而刚性低，另外，还具有很好的耐化学性能；而无机填充物可以对无规共聚聚丙烯改性,使其在保原有的优异性能的同时,还获得了可与其它典型的透明材料如PC、PS、PET等相媲美的优良的透明性和光泽性；而相容剂带有的反应性强极性官能团与润滑剂产生很强的亲和力，并能发生一定程度的化学反应而生成化学键，而带有大分子链的一端与无规共聚聚丙烯具有良好的相容性，与无规共聚聚丙烯大分子相互缠结，从而有效地增加了两相间的结合能力，促进了润滑剂的分散以及表面与无规共聚聚丙烯基体的吸附和黏结，另外，相容剂在两相界面间形成一弹性界面层，可以传递应力，诱发基体屈服，阻止裂纹的进一步的扩展，从而使无规共聚聚丙烯复合材料的拉伸、弯曲、冲击性能也相应提高，从整体上提高聚丙烯复合材料的性能。
优选的，每份所述无机填充物为滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁中的至少一种；更优选的，每份所述无机填充物是由滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁按照重量比为0.6-1.0:0.8-1.2:0.4-0.8:0.1-0.5组成的混合物。每份所述增韧剂为POE、SEBS和EPDM中的至少一种。
本发明中填充物对无规共聚聚丙烯具有很好的填充改性作用，而经过填充物改性后的无规共聚聚丙烯，在保持其原有的优异性能的同时，还获得了可与其它典型的透明材料如PET相媲美的优良的透明性和光泽性。而加入的增韧剂显著提升了制得聚聚丙烯复合材料的韧性以及抗冲击强度。
优选的，每份所述抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂(2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚)和亚磷酸酯类抗氧剂(亚磷酸酯类抗氧剂KYP-10)按照重量比为0.8-1.2:0.8-1.4组成的混合物。每份所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、PETS和EBS中的至少一种；更优选的，每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.4-0.8:0.6-1.0:0.8-1.2组成的混合物。
本发明中采用的受阻酚类抗氧剂对无规共聚聚丙烯有卓越的抗氧化性能，受阻酚类抗氧剂能有效地防止聚丙烯复合材料在长期老化过程中的热氧化降解，进而延长本发明中聚丙烯复合材料的使用期限，另外可以与亚磷酸酯类抗氧并用有协同效应，可有效地防止无规共聚聚丙烯在基础注塑中的热降解，给聚丙烯复合材料额外的长效保护。而添加的润滑剂具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性、相溶性和耐磨性，并具有十分优异的外部润滑和内部润滑作用，可以提升制得聚丙烯复合材料各项性能，以及提高了聚丙烯复合材料的平滑度和光泽度，改善成品外观。
优选的，每份所述相容剂为接枝率在0.1-8％的聚丙烯接枝马来酸酐化合物，且聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量比的组分经熔融挤出制备：均聚聚丙烯63-73％、马来酸酐0.4-1.0份、苯乙烯1-3份和引发剂0.1-0.5份。进一步的，同时均聚聚丙烯的熔融指数小于7g/10min。
本发明中采用的相容剂带有的反应性强极性官能团与润滑剂产生很强的亲和力，并能发生一定程度的化学反应而生成化学键，而带有大分子链的一端与无规共聚聚丙烯具有良好的相容性，与无规共聚聚丙烯大分子相互缠结，从而有效地增加了两相间的结合能力，促进了润滑剂的分散以及表面与无规共聚聚丙烯基体的吸附和黏结，进而提升了制得聚丙烯复合材料各项性能。
本发明还提供了一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以600-1000r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至210-230℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
更优选的，所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为200-220℃，4区-6区的温度为220-240℃，7区-9区的温度为210-230℃，口模的温度为220-240℃。
本发明中聚丙烯复合材料利用上述步骤制得，而制得的聚丙烯复合材料具有高光泽、耐高温、耐热氧化的特性，符合车用材料和电子电器耐高温材料的要求，与传统的聚丙烯相比，可以达到更为理想的刚韧平衡。而在制备过程中需要严格控制步骤1)中的搅拌速率600-1000r/min，若搅拌速率过快则会导致无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂物质之间因为离心力过大出现局部结晶颗粒化，若搅拌速率过慢同业也不利于上述各原料之间的充分分散；另外，还需要控制步骤2)中的各区的温度，有利于提升最终制得聚丙烯复合材料的综合性能。
本发明的有益效果在于：本发明聚丙烯复合材料具有光泽度高、流动性能好和抗冲击性能强的优点，以及良好的抗热变形和耐热老化性能，与传统材料相比性能和外观性更好，解决了材料热老化问题。
本发明高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，制得聚丙烯复合材料具有高光泽、耐高温、耐热氧化的特性，易于进行大规模工业化生。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述无规共聚聚丙烯为PP M1600E。
每份所述无机填充物是由滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁按照重量比为0.6:0.8:0.4:0.1组成的混合物。
每份所述增韧剂为沙伯基础的C0570D POE。
每份所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为0.8:0.8组成的混合物。
每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.4:0.6:0.8组成的混合物。
每份所述相容剂为接枝率在0.1％的聚丙烯接枝马来酸酐化合物，且聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量比的组分经熔融挤出制备：均聚聚丙烯63％、马来酸酐0.4份、苯乙烯1份和引发剂0.1份，同时均聚聚丙烯的熔融指数小于7g/10min。
所述高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以600r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至210℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为200℃，4区-6区的温度为220℃，7区-9区的温度为210℃，口模的温度为220℃。
实施例2
一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述无规共聚聚丙烯为PP R370Y，其熔指为15g/10min。
每份所述无机填充物是由滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁按照重量比为0.7:0.9:0.5:0.2组成的混合物。
每份所述增韧剂为沙伯基础的C0570D POE。
每份所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为0.9:0.9组成的混合物。
每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.5:0.7:0.9组成的混合物。
每份所述相容剂为接枝率在0.2％的聚丙烯接枝马来酸酐化合物，且聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量比的组分经熔融挤出制备：均聚聚丙烯66份、马来酸酐0.5份、苯乙烯1.5份和引发剂0.2份，同时均聚聚丙烯的熔融指数小于7g/10min。
所述高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以700r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至215℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为205℃，4区-6区的温度为225℃，7区-9区的温度为215℃，口模的温度为225℃。
实施例3
一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述无规共聚聚丙烯为PP RP348N，其熔指为20g/10min。
每份所述无机填充物是由滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁按照重量比为0.81.02:0.6:0.3组成的混合物。
每份所述增韧剂为沙伯基础的C0570D POE。
每份所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为1.0:1.1组成的混合物。
每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.6:0.8:1.0组成的混合物。
每份所述相容剂为接枝率在4％的聚丙烯接枝马来酸酐化合物，且聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量比的组分经熔融挤出制备：均聚聚丙烯68份、马来酸酐0.7份、苯乙烯2份和引发剂0.3份，同时均聚聚丙烯的熔融指数小于7g/10min。
所述高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以800r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至220℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为210℃，4区-6区的温度为230℃，7区-9区的温度为220℃，口模的温度为230℃。
实施例4
一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述无规共聚聚丙烯为PP M1600E，其熔指为25g/10min。
每份所述无机填充物是由滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁按照重量比为0.9:1.1:0.7:0.4组成的混合物。
每份所述增韧剂为沙伯基础的C0570D POE。
每份所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为1.1:1.3组成的混合物。
每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.7:0.9:1.1组成的混合物。
每份所述相容剂为接枝率在6％的聚丙烯接枝马来酸酐化合物，且聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量比的组分经熔融挤出制备：均聚聚丙烯71份、马来酸酐0.8份、苯乙烯2.5份和引发剂0.4份，同时均聚聚丙烯的熔融指数小于7g/10min。
所述高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以900r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至225℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为215℃，4区-6区的温度为235℃，7区-9区的温度为225℃，口模的温度为235℃。
实施例5
一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述无规共聚聚丙烯为PP M1600E，其熔指为30g/10min。
每份所述无机填充物为东莞市亮塑色母科技有限公司生产的沉淀硫酸钡颗粒，粒径为10μm，硫酸钡的含量为78wt％。每份所述增韧剂为沙伯基础的C0570D POE。
每份所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为1.2:1.2组成的混合物。
每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.8:1.0:1.2组成的混合物。
每份所述相容剂为接枝率在8％的聚丙烯接枝马来酸酐化合物，且聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量比的组分经熔融挤出制备：均聚聚丙烯73份、马来酸酐1.0份、苯乙烯3份和引发剂0.5份，同时均聚聚丙烯的熔融指数小于7g/10min。
所述高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以1000r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至230℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为220℃，4区-6区的温度为240℃，7区-9区的温度为230℃，口模的温度为240℃。
对比例1
一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述共聚聚丙烯为PPR。
每份所述无机填充物是由滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁按照重量比为0.6:0.8:0.4:0.1组成的混合物。
每份所述增韧剂为沙伯基础的C0570D POE。
每份所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为0.8:0.8组成的混合物。
每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.4:0.6:0.8组成的混合物。
每份所述相容剂为接枝率在0.1％的聚丙烯接枝马来酸酐化合物，且聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量比的组分经熔融挤出制备：均聚聚丙烯63％、马来酸酐0.4份、苯乙烯1份和引发剂0.1份，同时均聚聚丙烯的熔融指数小于7g/10min。
所述高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以600r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至210℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为200℃，4区-6区的温度为220℃，7区-9区的温度为210℃，口模的温度为220℃。
对比例2
一种高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料，包括如下重量份的原料：
所述无规共聚聚丙烯为PP RP348N，其熔指为20g/10min。
每份所述无机填充物是由滑石粉母粒、沉淀硫酸钡、云母粉和硫酸镁按照重量比为0.81.02:0.6:0.3组成的混合物。
每份所述增韧剂为沙伯基础的C0570D POE。
每份所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为1.0:1.1组成的混合物。
每份所述润滑剂是由聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和硬脂酸锌按照重量比为0.6:0.8:1.0组成的混合物。
每份所述相容剂为间-异丙烯基-2，2-二甲基苯酰异氰酸酯。
所述高光泽耐高温耐热氧化聚丙烯复合材料的制备方法，通过如下步骤制得：
1)按照重量份，将无规共聚聚丙烯、增韧剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂加入高速搅拌机，以800r/min的速率搅拌混合均匀，得到混合物A，备用；
2)将步骤1)中得到的混合物A从主喂料口加入挤出机，无机填充物则从侧位料口加入，将挤出机加热至220℃熔融、挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述挤出机为双螺旋挤出机，挤出时1区-3区的温度为210℃，4区-6区的温度为230℃，7区-9区的温度为220℃，口模的温度为230℃。
对实施例1-5和对比例1-2制得的聚丙烯复合材料进行拉伸强度(ISO527-2)、弯曲强度(ISO 178)、弯曲模量(ISO 178)、熔指(ISO 1133)、收缩率(ISO 2577)、悬臂梁缺口冲击强度(ISO 180)、热老化和光泽效果等性能测试，结果如下表所示：
由上表可知，本发明实施例1-5中制得的聚丙烯复合材料的各性能优越，聚丙烯复合材料具有很好的热老化和光泽效果，同时还有超强的弯曲强度和拉伸强度和收缩率，使用寿命长，良好的环保性能。
与实施例1相比，对比例1中在制备聚丙烯复合材料时用共聚聚丙烯替换了无规共聚聚丙烯，对制得的聚丙烯复合材料进行各项物性测试，分析发现聚丙烯复合材料的各项力学性能有所降低，热老化和光泽度变差；说明本发明在制备聚丙烯复合材料加入无规共聚聚丙烯，能使制得的聚丙烯复合材料具有很好的力学性能，以及热老化和光泽度好的特点，而且还使用寿命长，具有良好的环保性能，适合大规模生产。
与实施例3相比，对比例1中在制备聚丙烯复合材料时采用间-异丙烯基-2，2-二甲基苯酰异氰酸酯替换了聚丙烯接枝马来酸酐化合物，对制得的聚丙烯复合材料进行各项物性测试，分析发现聚丙烯复合材料的各项力学性能有所降低，热老化和光泽度变差；说明本发明在制备聚丙烯复合材料加入聚丙烯接枝马来酸酐化合物，能使制得的聚丙烯复合材料具有很好的力学性能，以及热老化和光泽度好的特点，而且还使用寿命长，具有良好的环保性能，适合大规模生产。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
