一种聚丙烯暖边间隔条及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯暖边间隔条及其制备方法。
背景技术
中空玻璃是一种良好的隔热、隔音、美观适用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料。中空玻璃多种性能优越于普通双层玻璃，因此得到了世界各国的认可，中空玻璃是将两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的玻璃制品。其主要材料是玻璃、暖边间隔条、弯角栓、丁基橡胶、聚硫胶、干燥剂。
暖边间隔条是指由低热导率材料组成，用于降低中空玻璃边部热传导的间隔条。主要包括刚性暖边间隔条和柔性暖边间隔条。暖边间隔条的低导热率可成就卓越的隔热性能，提高中空玻璃内部边缘的温度，可显著提高门窗幕墙系统的节能保温效果，防止门窗边部结露结霜，避免霉菌、细菌滋生，确保室内环境健康。
暖边间隔条分为刚性暖边间隔条和柔性暖边间隔条，刚性暖边间隔条目前常见的主要是：1.UPVC+不锈钢，2.聚丙烯+不锈钢，3.采用高性能高分子材料玻纤材料挤出，覆上高分子复合膜制得。第三种材料工艺简单，生产效率高，浪费少，且成本低。但是玻纤复合材料在挤出生产时会出现口模析出物，不仅影响产品外观而且导致不能连续化生产。同时，在加工过程中，玻纤沿着树脂流动方向有序排列，使得制品在横纵向收缩不一致，导致产品发生翘曲，严重影响了聚丙烯暖边间隔条的使用品质。
发明内容
本发明针对上述背景技术中采用玻纤复合材料制备暖边间隔条在挤出时出现口模析出物且容易发生翘曲的技术问题，本发明提供了一种聚丙烯暖边间隔条及其制备方法，有效解决在生产过程中的口模析出物，从而实现连续稳定化生产，且制备得到的暖边间隔条具有超高刚性，平直性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚丙烯暖边间隔条，包括如下重量份的原料组分：挤出级聚丙烯35～45份、相容剂5～10份、云母5～15份、玻璃纤维35～50份、抗氧剂0.3～0.8份、耐候剂0.2～0.4份、成核剂0.1～0.3份、硅酮粉1～3份和含氟弹性体0.1～0.3份。
优选的，还包括0.1～0.5重量份的除味剂。
优选的，还包括1～3重量份的黑色母。
优选的，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐、硅烷、POE接枝马来酸酐和SEBS接枝马来酸酐中的一种或多种。
优选的，所述玻璃纤维为无硼无氟的短切无碱玻璃纤维。
优选的，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和硫代二丙酸双十二醇酯中的一种或多种。
优选的，所述耐候剂为羟基二苯甲酮类光稳定剂、羟基苯并三唑类光稳定剂和受阻胺类光稳定剂中的一种或多种。
优选的，所述成核剂为滑石粉、苯甲酸钠、山梨醇、有机磷酸盐、羧酸盐和β成核剂中的一种或多种。
优选的，所述硅酮粉为不含有机载体的超高分子量硅酮。
本发明还提供了一种上述方案所述的聚丙烯暖边间隔条的制备方法，包括如下步骤：
1)将各原料混合依次进行挤出、拉条、冷却、切粒和干燥，得到颗粒产品；
2)将所述步骤1)得到的颗粒产品挤出成型，得到聚丙烯暖边间隔条。
本发明相较于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条通过采用挤出级聚丙烯(PP)，加入玻璃纤维、云母，以及一定量的高效羧酸盐类成核剂等，使得制备得到的聚丙烯暖边间隔条具有超高强度和刚性，产品的翘曲变形小，具有很好的平直性和极小的高低温尺寸变化。
云母的加入，改善了玻纤与聚丙烯的粘结状态，减少了玻纤与聚丙烯的分离，也极大改善了玻纤增强聚丙烯材料的翘曲变形性，提高了中空玻璃用刚性暖边间隔条的平直性。
本发明通过将硅酮粉和含氟弹性体(PPA)复合使用，硅酮粉可以有效提高玻纤在树脂中的分散，提高玻纤和树脂的结合力，有效降低材料表面浮纤，有效提高材料的光洁度和爽滑性等，提高表面质量。含氟弹性体(PPA)则是以分散的球状小颗粒存在于高聚物材料中，PPA与金属口膜壁有较强的亲和力和低表面能，形成动力学涂层降低熔体的流动阻尼。从材料本身以及材料在挤出过程中与口模的摩擦两方面共同进行改进，两者具有协同效应，有效地解决了挤出用玻璃纤维聚丙烯材料口模析出物导致暖边间隔条表面划伤及模具划伤从而不能连续稳定生产的问题，从而实现连续稳定化工业生产。用该材料生产的刚性暖边间隔条符合中华人民共和国建材行业《中空玻璃间隔条JC/T2453-2018》标准。
具体实施方式
本发明提供了一种聚丙烯暖边间隔条，包括如下重量份的原料组分：挤出级聚丙烯35～45份、相容剂5～10份、云母5～15份、玻璃纤维35～50份、抗氧剂0.3～0.8份、耐候剂0.2～0.4份、成核剂0.1～0.3份、硅酮粉1～3份和含氟弹性体0.1～0.3份。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括挤出级聚丙烯，按重量份计，包括35～45份，优选为40份。在本发明中，所述挤出级聚丙烯优选为230℃，2.16Kg测试条件下熔融指数范围为0.3～1.0g/10min的均聚聚丙烯。本发明对所述挤出机聚丙烯的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用台塑生产的挤出级均聚聚丙烯1005。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括相容剂，按重量份计，包括5～10份，优选为8份。在本发明中，所述相容剂优选为聚丙烯接枝马来酸酐、硅烷、POE接枝马来酸酐和SEBS接枝马来酸酐中的一种或多种，更优选为聚丙烯接枝马来酸酐。在本发明中，所述相容剂起到界面活性剂的作用，赋予聚丙烯极性和可粘结性，使聚丙烯与玻纤、矿粉的粘合力大幅提高，从而提高材料的强度和刚性。本发明实施例中的相容剂采用接枝率为1.0～1.5％的聚丙烯接枝马来酸酐。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括云母，按重量份计，包括5～15份，优选为10份。在本发明中，所述云母优选为无载体湿法白云母颗粒；更优选为使用硅烷偶联剂KH550进行表面浸润偶联改性处理的无载体湿法白云母颗粒。在本发明中，所述云母能够改善玻璃纤维与聚丙烯的粘结状态，减少玻璃纤维与聚丙烯的分离，具有二维片状结构的改性云母在材料中能起到平面增强作用，在材料中取向均匀保证了制品的异向同性，防止翘曲变形，提高了中空玻璃用刚性暖边间隔条的平直性。本发明对所述云母的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用石家庄市烁鑫塑胶有限公司生产的400目无载体湿法白云母颗粒。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括玻璃纤维，按重量份计，包括35～45份，优选为40份。在本发明中，所述玻璃纤维优选为无硼无氟的短切无碱玻璃纤维。所述玻璃纤维的直径优选为10μm。在本发明中，玻璃纤维作为一种增强材料，可以极大程度上提高材料的强度和刚性。本发明对所述玻璃纤维的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用巨石生产的高强度高模量玻纤E7CS10-03-508A。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括抗氧剂，按重量份计，包括0.3～0.8份，优选为0.5份。在本发明中，所述抗氧剂优选为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和硫代二丙酸双十二醇酯中的一种或多种，更优选为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。在本发明中，所述抗氧剂能够防止间隔条的氧化，增强间隔条的使用寿命。本发明对所述抗氧剂的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用德国巴斯夫(BASF)公司的1010和168。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括耐候剂，按重量份计，包括0.2～0.4份，优选为0.3份，在本发明中，所述耐候剂优选为羟基二苯甲酮类光稳定剂、羟基苯并三唑类光稳定剂和受阻胺类光稳定剂中的一种或多种，更优选为受阻胺类光稳定剂。在本发明中，所述耐候剂可以阻止或减缓因为紫外线与空气中的湿气共同作用产生的氧化还原作用，提高材料的使用寿命。本发明对所述耐候剂的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用氰特化工生产的3808。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括成核剂，按重量份计，包括0.1～0.3份，更优选为0.2份。在本发明中，所述成核剂优选为滑石粉、苯甲酸钠、山梨醇、有机磷酸盐、羧酸盐和β成核剂中的一种或多种，更优选为羧酸盐。在本发明中，所述成核剂可以赋予聚丙烯最高结晶温度和最短成型周期，提高产品的生产效率，可以提高聚丙烯产品的刚性和耐热性，明显改善制品翘曲变形。本发明对所述成核剂的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用美利肯公司生产的HPN-68L。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括硅酮粉，按重量份计，包括1～3份，更优选为2份。在本发明中，所述硅酮粉优选为不含有机载体的超高分子量硅酮。在本发明中，所述硅酮粉中硅酮的分子量优选为100～110万。在本发明中，所述硅酮粉可以有效提高玻纤在树脂中的分散，提高玻纤和树脂的结合力，有效降低材料表面浮纤，有效提高材料表面质量如光洁度和爽滑性，提高产品生产效率。本发明对所述硅酮粉的来源没有特殊限定，本发明实施例中采用成都思立可科技有限公司LYSI-100E。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条包括含氟弹性体，按重量份计，包括0.1～0.3份，更优选为0.2份。在本发明中，所述含氟弹性体优选为一个或多个氟代烯烃的共聚物或氟代烯烃与其他烯烃的共聚物，是白色粉末，有效成分为97％，密度0.6～0.7g/cm3，粒径为25目，挥发份(105℃，1h)为0.35％。本发明对所述含氟弹性体的来源没有特殊限定，本发明实施例中采用上海鲁聚化学
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条优选还包括除味剂，按重量份计，优选包括0.1～0.5份，更优选为0.3份。在本发明中，所述除味剂优选为蓖麻醇酸锌类除味剂。在本发明中，所述除味剂，能够螯合气体小分子，使其不再挥发到周围环境中，有效去除暖边间隔条的异味。本发明对所述除味剂的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用德固赛的TEGOSorb PY 88TQ。
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条优选还包括黑色母，按重量份计，优选包括1～3重量份，更优选为2份。在本发明中，所述黑色母的成分优选为PE和炭黑。本发明对所述黑色母的具体来源没有特殊限定，本发明实施例中采用美国卡博特黑色母
本发明提供的聚丙烯暖边间隔条通过采用挤出级PP，加入玻璃纤维、云母，以及一定量的成核剂，使得制备得到的聚丙烯暖边间隔条具有超高强度和刚性，产品的翘曲变形小，具有很好的平直性和极小的高低温尺寸变化。云母的加入，改善了玻纤与聚丙烯的粘结状态，减少了玻纤与聚丙烯的分离，也极大改善了玻纤增强聚丙烯材料的翘曲变形性，提高了中空玻璃用刚性暖边间隔条的平直性。玻纤增强PP材料在挤出过程中往往因为玻纤与聚丙烯结合不好而脱离树脂以及玻纤材料与口模有一定的摩擦阻力而导致滞留析出，产生的析出物越积越多，不及时清理会划伤模具以及影响暖边条的表面。本发明通过将硅酮粉和PPA复合使用，从材料本身以及材料在挤出过程中与口模的摩擦两方面共同进行改进，两者具有协同效应，有效地解决了挤出用玻璃纤维聚丙烯材料口模析出物导致暖边间隔条表明划伤及模具划伤从而不能连续稳定生产的问题，从而实现连续稳定化工业生产。
本发明还提供了一种上述方案所述的聚丙烯暖边间隔条的制备方法，包括如下步骤：
1)将各原料混合依次进行挤出、拉条、冷却、切粒和干燥，得到颗粒产品；
2)将所述步骤1)得到的颗粒产品挤出成型，得到聚丙烯暖边间隔条。
本发明将各原料混合依次进行挤出、拉条、冷却、切粒和干燥，得到颗粒产品。在本发明中，优选采用双螺杆挤出机进行挤出，将玻璃纤维和云母由侧喂料器转入双螺杆挤出机中，剩余组分由主喂料器转入双螺杆挤出机中。在本发明中，所述挤出机的料筒温度优选为200～220℃，经过双螺杆高速剪切、混炼冷却，由机头挤出。在本发明中，所述冷却的方式优选为使用冷却水冷却。在本发明中，所述干燥的方式优选为循环烘料仓对颗粒进行长时间反复烘烤，有效去除小分子挥发性有机物，有效降低材料的挥发份。烘料温度优选120±5℃，烘料时间优选2～4小时，可以有效降低产品的热失重。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按重量份计，称量挤出级聚丙烯35份、相容剂10份、云母5份、玻璃纤维50份、0.15份抗氧剂1010、0.15份抗氧剂168、耐候剂0.4份、成核剂0.1份、硅酮粉3份、含氟弹性体0.1份、除味剂0.5份和黑色母1份。将玻璃纤维和云母由侧喂料器转入双螺杆挤出机中，剩余组分由主喂料器转入双螺杆挤出机中。控制挤出机的料筒温度为200～220℃，经过双螺杆高速剪切、混炼冷却，由机头挤出。挤出后依次进行拉条、冷却、切粒和干燥，得到颗粒产品。再将得到的颗粒产品挤出成型，得到聚丙烯暖边间隔条。
实施例2
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯45份、相容剂5份、云母15份、玻璃纤维35份、0.4份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、耐候剂0.2份、成核剂0.3份、硅酮粉1份、含氟弹性体0.3份、除味剂0.1份和黑色母3份。
实施例3
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母15份、玻璃纤维35份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、硅酮粉2份、含氟弹性体0.2份、除味剂0.3份和黑色母2份。
实施例4
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母10份、玻璃纤维40份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、硅酮粉2份、含氟弹性体0.2份、除味剂0.3份和黑色母2份。
实施例5
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母5份、玻璃纤维45份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、硅酮粉2份、含氟弹性体0.2份、除味剂0.3份和黑色母2份。
实施例6
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母5份、玻璃纤维45份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、硅酮粉2份、含氟弹性体0.3份、除味剂0.3份和黑色母2份。
实施例7
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母5份、玻璃纤维45份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、硅酮粉3份、含氟弹性体0.2份、除味剂0.3份和黑色母2份。
实施例8
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯40份、相容剂8份、云母10份、玻璃纤维40份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.2份、硅酮粉2份、含氟弹性体0.2份、除味剂0.3份和黑色母2份。
对比例1
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、玻璃纤维50份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、硅酮粉3份、含氟弹性体0.2份、除味剂0.3份和黑色母2份。
对比例2
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母5份、玻璃纤维45份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、含氟弹性体0.2份、除味剂0.3份和黑色母2份。
对比例3
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母5份、玻璃纤维45份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、硅酮粉3份、除味剂0.3份和黑色母2份。
对比例4
除原料组成不同外，其他操作步骤与实施例1完全相同。具体原料组成为按重量份计，称量挤出级聚丙烯42份、相容剂8份、云母15份、玻璃纤维35份、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168、耐候剂0.3份、成核剂0.1份、除味剂0.3份和黑色母2份。
实施例9
对实施例1～8及对比例1～4制备的聚丙烯暖边间隔条进行性能测试，具体测试方法如表1所示，具体检测结果如表2所示。
表1聚丙烯暖边间隔条性能测试表
表2聚丙烯暖边间隔条性能测试结果
由表2可以看出，本发明实施例1～8制备得到的聚丙烯暖边间隔条光滑洁净，颜色一致，无裂纹、无划伤，产品覆PET膜后粘结牢固，且经紫外线照射后表明无明显变色、粉化现象。产品符合《中空玻璃间隔条JC/T2453-2018》标准。而与实施例相比，对比例1未采用云母，制得刚性暖边条的平直性较差，侧边弓形弯曲度0.28％，大于JC/T2453-2018 6.2.3中规定的0.2％限值。对比例2未采用硅酮粉，生产时口模有析出物，基本1小时左右必须清理一次，影响连续化生产。对比例3未采用PPA，生产时口模也有析出物，基本1.5小时左右必须清理一次，影响连续化生产。对比例4未采用PPA和硅酮粉，生产时口模也有析出物，基本20分钟左右必须清理一次，无法进行工业化连续生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
