一種聚丙烯復合材料及制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高分子材料技術與科學領域，具體涉及一種改性聚丙烯復合材料，特 別涉及一種低線性膨脹系數、高耐寒性、高耐磨性的聚丙烯復合材料及其制備方法與用途。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯（PP)具有綜合性能優良、原料來源豐富、可設計性強等優點，特別值得提 出的是聚丙烯的毒性較小，化學穩定性好，在使用中無有毒物質釋放，對人體危害較小，使 其在食品衛生行業應用逐漸增多，但在使用條件要求較高情況下，如用于注塑保溫杯內層 杯蓋時，則要求其具備如下性能：1、低線性膨脹系數，因保溫杯杯蓋由內層塑料杯蓋和外層 金屬杯蓋配套組成，而保溫杯經常在冷熱交替的環境中使用，則要求內層材料具有較低的 線性膨脹系數，以確保注塑件的尺寸穩定，防止保溫杯內層杯蓋從金屬杯蓋中脫落，從而避 免杯中的液體泄漏造成安全隱患；2、耐磨性能優異，保溫杯內層杯蓋在使用過程中經常與 金屬螺紋杯口相互摩擦，則要求杯蓋材料具備較高的耐磨性能，以防止因杯蓋內層材料耐 磨性能不夠而造成食品安全問題；3、高耐寒性，當保溫杯在寒冷地區使用時，要確保杯蓋內 層材料具備足夠的耐寒性能，保證材料在正常使用下不產生應力開裂。目前工業領域未改 性聚丙烯材料線性膨脹系數較大，尺寸穩定性較差，注塑制件在成型后容易因內部應力集 中而產生變形，同時耐磨性能也較差，限制了聚丙烯的廣泛應用。
[0003] 為了滿足上訴要求，專家提出了降低材料線性膨脹系數的方法，專利 CN201310585465. 3公開了一種各向同性低線性膨脹系數聚丙烯組合物及其制備方法，此發 明采用了一種具有三維空間結構的晶須使聚丙烯的線性膨脹系數降低至4. OX ΚΓ5,并且在 注塑成型時材料的流動方向（FD)與垂直流動方向（TD)擁有相近的線性膨脹系數。但該專 利沒有涉及材料的耐磨性能以及耐低溫性能的介紹。專利CN104231515A公開了一種耐磨 聚丙烯復合材料，以及該聚丙烯復合材料的制備方法，該發明采用碳酸鈣晶須與芳綸漿柏 的復配，制備的聚丙烯復合材料在耐磨性能、剛性以及耐熱性能較常規聚丙烯改性材料均 有所提高，但該專利在材料的尺寸穩定性方面及耐低溫方面并未介紹。
[0004] 隨著科技的進步以及高分子材料科學的發展，一款多用途型聚丙烯復合材料必將 得到發展。其中特別是要求聚丙烯復合材料同時具有低線性膨脹系數、高耐寒性和高耐磨 性能。
【發明內容】
[0005] 本發明的一個目的是提供一種同時具有低線性膨脹系數、高耐寒性和高耐磨性能 的聚丙烯復合材料。
[0006] 本發明的另一目的是提供上述聚丙烯復合材料的制備方法及其應用。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是：
[0008] 本發明的聚丙烯復合材料，其特點在于：各原料按質量百分數的配比為：
[0009] 聚丙烯樹脂40% -80% ;
[0010] 彈性體 5 %-15%;
[0011] 二氧化硅 5-30 %;
[0012] 礦物填料5-30 %;
[0013] 耐磨劑 1 %-10%;
[0014] 潤滑劑 0.1 %-2%;
[0015] 其他添加劑0. 1%-5% ;
[0016] 所述聚丙烯樹脂優選為均聚聚丙烯樹脂和共聚聚丙烯樹脂中的一種或者幾種組 成的混合物，所述聚丙烯樹脂的熔體質量流動速率（MFR)在溫度230°C、載荷重量2. 16Kg的 測試條件下為2-80g/10min，均聚聚丙烯樹脂的懸臂梁缺口沖擊強度彡lKJ/m2 (23°C )，共聚 聚丙烯樹脂的懸臂梁缺口沖擊強度彡5KJ/m2(23°C )。
[0017] 所述的彈性體優選為α烯烴共聚物，所述α烯烴共聚物為乙烯-丙烯共聚物、乙 烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的一種或幾種的混合物；所述彈 性體密度為0. 850-0. 940g/cm3,熔體質量流動速率在溫度190°C、載荷重量2. 16Kg的測試 條件下為 〇· l_40g/10min。
[0018] 所述的二氧化硅為微米級藥用白炭黑，優選卡博特白炭黑M-5或德固賽 AER0SIL380的一種或幾種混合物。
[0019] 所述礦物填料為超細高硅藥用級滑石粉，所述超細高硅藥用級滑石粉優選為：粒 徑為0. 1-3μπι，二氧化硅含量彡65%，白度彡95,燒失量在800°C下< 3%。
[0020] 所述耐磨劑為硅酮母粒、硅酮粉和聚四氟乙烯的一種或幾種的混合物，優選道康 寧MB50-002硅酮母粒。
[0021] 所述潤滑劑為酰胺類潤滑劑、金屬皂類潤滑劑和氧化聚乙烯蠟類潤滑劑中的一種 或幾種的混合物，優選CRODA Crodamide ER(UNISLIP 1753)或韓國安龍化學EBS等。
[0022] 本發明的聚丙烯復合材料還可以包含其他添加劑，如抗氧劑、成核劑、硅酮母粒、 相容劑和/或顏料。根據不同技術要求可以對上述添加劑單獨或者復配使用，抗氧劑優選 巴斯夫公司的1010。
[0023] 本發明聚丙烯復合材料的制備方法包含如下步驟：將聚丙烯樹脂、彈性體、二氧化 硅、礦物填料、耐磨劑、潤滑劑及其它添加劑按比例加入到高速混合機中，以lOOOr/min的 混合速度混合5min后，通過雙螺桿擠出機進行熔融、共混、擠出，再經過水冷拉條、風干、切 粒工序后，得到聚丙烯復合材料；所述雙螺桿擠出機的長徑比為(65-20) :1，雙螺桿擠出機 加工溫度為170_250°C，真空度為0. 4-0. 8MPa。
[0024] 本發明的聚丙烯復合材料可以用于在注塑保溫杯內層杯蓋注塑件、注塑家電部件 和注塑汽車制件中。
[0025] 與現有技術相比本發明具有如下優點：本發明的聚丙烯復合材料，具有低同向線 性膨脹系數，確保溫度交替變化環境中尺寸穩定，同時本發明的聚丙烯具有較高的耐磨性 能和高的耐低溫沖擊性能，可以滿足環境溫度變化較大且對耐磨性能和耐寒性能要求較高 等特殊的應用領域，如保溫杯內層杯蓋、汽車部分外飾件，家電、電動工具等部件等。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合實施例對本發明作進一步詳細描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0027] 以下實施例所用原料為：
[0028] PPl :共聚聚丙烯樹脂，其MFR在溫度230°C，載荷重量2. 16Kg的測試條件下為 30g/10min，共聚聚丙烯樹脂的懸臂梁缺口沖擊強度為彡5KJ/m2(23°C )，選用樂天化學的 JM-370〇
[0029] PP2 :均聚聚丙烯樹脂，其MFR在溫度230°C，載荷重量2. 16Kg的測試條件下為 1. 5g/10min，均聚聚丙烯樹脂的懸臂梁缺口沖擊強度為彡lKJ/m2(23°C )，選用上海賽科石 油化工有限責任公司的S1003。
[0030] PP3 :共聚聚丙烯樹脂，其MFR在溫度230°C，載荷重量2. 16Kg的測試條件下為 35g/10min，均聚聚丙烯樹脂的懸臂梁缺口沖擊強度為彡5KJ/m2(23°C )，選用韓國樂天化學 的 JM-370K。
[0031] 所用彈性體為：
[0032] 彈性體1 :選用美國陶氏公司的ENGAGE8150,為乙烯-辛烯共聚物；
[0033] 彈性體2 :選用日本三井公司的DF610,為乙烯-丁烯共聚物；
[0034] 彈性體3 :選用美國陶氏公司的ENGAGE 8200,為乙烯-辛烯共聚物。
[0035] 超細高硅藥用級滑石粉為美國特種礦物有限公司藥用級滑石粉，其粒徑為 2. 5 μ m，二氧化硅含量64%，白度95,燒失量在800°C下1. 5%。
[0036] 二氧化硅為：
[0037] 二氧化硅1 :卡博特白炭黑M-5 ;
[0038] 二氧化硅 2 :德固賽 AER0SIL380 ;
[0039] 耐磨劑：道康寧MB50-002硅酮母粒。
[0040] 潤滑劑為：
[0041] 潤滑劑 I :CRODA Crodamide ER (UNISLIP 1753)，為酰胺類潤滑劑；
[0042] 潤滑劑2 :韓國安龍化學EBS，為酰胺類潤滑劑；
[0043] 抗氧劑為抗氧劑1010。
[0044] 以下實施例中各原料的質量百分數配比見表1。
[0045] 表1聚丙稀復合材料的原料和用量（按質量百分比wt% )
[0046]
【主權項】
1. 一種聚丙烯復合材料，其特征在于各原料按質量百分數的配比為： 聚丙烯樹脂40% -80% ; 彈性體5 % -15% ; 二氧化硅5-30% ; 礦物填料5-30% ; 耐磨劑1% -10% ; 潤滑劑〇. 1% -2 % ; 其他添加劑〇. 1% -5 % ; 所述二氧化硅為微米級藥用二氧化硅，礦物填料為超細高硅藥用級滑石粉。
2. 根據權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于： 所述聚丙烯樹脂為均聚聚丙烯樹脂和共聚聚丙烯樹脂中的一種或者幾種組成的混合 物，所述聚丙烯樹脂的熔體質量流動速率在溫度230°C、載荷重量2. 16Kg的測試條件下為 2-80g/10min，所述均聚聚丙烯樹脂在23°C時的懸臂梁缺口沖擊強度多lKJ/m2,所述共聚聚 丙烯樹脂在23°C時的懸臂梁缺口沖擊強度多5KJ/m 2。
3. 根據權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于：所述彈性體為a烯烴共聚 物，所述a烯烴共聚物為乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙 烯-辛烯共聚物中的一種或幾種的混合物； 所述彈性體密度為〇. 850-0. 940g/cm3,所述彈性體的熔體質量流動速率在溫度190°C、 載荷重量2. 16Kg的測試條件下為0? l-40g/10min。
4. 根據權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于：所述耐磨劑為硅酮母粒、硅酮 粉和聚四氟乙烯的一種或幾種的混合物。
5. 根據權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于：所述潤滑劑為酰胺類潤滑劑、 金屬皂類潤滑劑和氧化聚乙烯蠟類潤滑劑中的一種或幾種的混合物。
6. 根據權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于：所述二氧化硅為微米級藥用 白炭黑。
7. 根據權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于：所述超細高硅藥用級滑石粉 的粒徑為0. 1-3 ym、二氧化硅含量彡65%、白度彡95且燒失量在800°C下< 3%。
8. 根據權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于：所述其他添加劑為抗氧劑、成 核劑、相容劑和/或顏料。
9. 一種權利要求1-8中任意一項所述的聚丙烯復合材料的制備方法，其特征在于包含 以下步驟：將聚丙烯樹脂、彈性體、二氧化硅、礦物填料、耐磨劑、潤滑劑和其他添加劑按比 例加入到高速混合機中，以lOOOr/min的混合速度混合5min后，通過雙螺桿擠出機進行熔 融、共混、擠出，再經過水冷拉條、風干、切粒工序后，得到聚丙烯復合材料；所述雙螺桿擠出 機的長徑比為65-20 :1，雙螺桿擠出機加工溫度為170-250°C，真空度為0. 4-0. 8MPa。
10. -種權利要求1-8中任意一項所述聚丙烯復合材料在注塑保溫杯內層杯蓋注塑 件、注塑家電部件和注塑汽車制件中的應用。
【專利摘要】本發明公開了一種聚丙烯復合材料及制備方法和應用，其特征在于各原料按質量百分數的配比為：聚丙烯樹脂40％-80％；彈性體5％-15％；二氧化硅5-30％；礦物填料5-30％；耐磨劑1％-10％；潤滑劑0.1％-2％；其他添加劑0.1％-5％。本發明的聚丙烯復合材料具有低線性膨脹系數、高耐寒性、高耐磨性等優點，可用于注塑與金屬發生摩擦的保溫杯內層杯蓋注塑件、同時也可應用于注塑家電和汽車部件。
【IPC分類】C08L83-04, C08K5-134, C08L23-12, C08K3-34, C08L23-14, C08K5-20, C08L23-08, C08K3-36
【公開號】CN104877237
【申請號】CN201510345209
【發明人】丁運生, 王平, 葛倪林, 劉超, 孫曉紅, 宋明明
【申請人】合肥工業大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月19日