一種耐刮擦材料組合物和耐刮擦材料及其製備方法
2023-06-26 08:44:16
專利名稱：一種耐刮擦材料組合物和耐刮擦材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種耐刮擦材料組合物和耐刮擦材料及其製備方法，尤其是一種耐刮擦汽車內飾材料及其製備方法。
背景技術：
隨著汽車工業的飛速發展，汽車內飾材料，例如儀錶板、門護板、座椅護板等專用料所用的塑料需求量非常大，這些汽車內飾材料專用料要求材料具有高剛性、高模量、良好的耐刮擦性能。而聚丙烯材料具有密度小、易加工、耐化學腐蝕，剛性、強度和耐熱性好，價格便宜，並可回收利用等優點，故現有技術中，聚丙烯複合材料廣泛應用於汽車內飾材料中。但是，聚丙烯材料的韌性和耐刮擦性能較差。為了使聚丙烯材料更好的滿足汽車內飾材料，尤其是高檔汽車內飾材料的要求，急需對聚丙烯進行改性以提高其耐刮擦性能。現有技術中通常採用的提高聚丙烯材料耐刮擦性能改性方法包括1、添加耐刮擦劑，如巴斯夫公司2005年商業化Irgasurf SR100、道康寧公司MB50-001與MB50-321矽氧烷母料等。2、添加無機礦物填料，通過添加無機剛性填料，以提高材料表面硬度，從而提高表面的耐刮擦性能。3、引入潤滑劑，通過改善材料表面的平整性和降低表面的摩擦係數，以提高製品表面的耐刮擦性能。但是，以上方法中，添加的耐刮擦劑價格昂貴，且添加量較大，對材料的力學性能有一定的影響。而添加無機礦物填料或潤滑劑對提高材料的耐刮擦性能效果並不明顯。
發明內容
為了克服現有技術中的聚丙烯材料耐刮擦性能差的技術問題，本發明提供了一種耐刮擦材料組合物，通過該耐刮擦材料製備的耐刮擦材料具有良好的耐刮擦性能，並且力學性能優良。本發明公開的耐刮擦材料組合物包括聚丙烯、過氧化物、有機矽化合物、無機填料、聚烯烴彈性體，其中，所述聚烯烴彈性體為聚乙烯-辛烯共聚物，所述無機填料包括滑石粉和矽灰石，所述滑石粉為片狀滑石粉，所述矽灰石為纖維狀矽灰石。本發明公開的耐刮擦材料為通過將上述耐刮擦材料組合物進行熔融擠出、造粒、
注塑得到。同時，本發明還公開了上述耐刮擦材料的製備方法，包括將上述耐刮擦材料組合物置於擠出機中，進行熔融擠出，然後進行造粒，並經注塑得到所述耐刮擦材料。本發明中，發明人通過在聚丙烯基體中添加聚乙烯-辛烯共聚物以及過氧化物和有機矽化合物進行改性，並結合片狀滑石粉和纖維狀矽灰石作為無機填料，保證耐刮擦材料的整體力學性能並顯著提高其耐刮擦性能。
具體實施例方式為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本發明公開的耐刮擦材料組合物包括聚丙烯、過氧化物、有機矽化合物、無機填料、聚烯烴彈性體，其中，所述聚烯烴彈性體為聚乙烯-辛烯共聚物，所述無機填料包括滑石粉和矽灰石，所述滑石粉為片狀滑石粉，所述矽灰石為纖維狀矽灰石。根據本發明，上述樹脂中含有聚丙烯，該聚丙烯具體可以為共聚聚丙烯和/或均聚聚丙烯。作為內飾材料，一般要求具有良好的剛性和韌性。故，優選情況下，本發明公開的內飾材料中所採用的樹脂同時含有共聚聚丙烯和均聚聚丙烯。上述共聚聚丙烯優選為乙丙共聚聚丙烯。優選情況下，所述片狀滑石粉的粒度為3000-5000目，纖維狀矽灰石的平均直徑為50-200nm，平均長度為5_20 μ m,進一步優選為片狀滑石粉的粒度為3500-4500目，纖維狀矽灰石的平均直徑為100-150nm，平均長度為15-20 μ m。上述片狀滑石粉和纖維狀矽灰石均可通過商購得到。本發明中，通過片狀滑石粉與纖維狀矽灰石的協同作用，在本發明公開的體系中大幅度提高材料的耐刮擦性能。為了達到更好的協同效果，所述滑石粉和矽灰石重量比為0.3-3 1，更優選為0. 5-1. 5 1。根據本發明，所述聚烯烴彈性體為聚乙烯-辛烯共聚物(即Ρ0Ε)，所述聚乙烯-辛烯共聚物可通過商購得到，例如陶氏公司生產的8120。本發明中所採用的過氧化物和有機矽化合物為現有技術中公知的各種過氧化物和有機矽化合物，例如所述過氧化物選自烷基過氧化物、醯基類過氧化物和酮類過氧化物的一種或多種；所述有機矽化合物選自3-氨基丙基三乙氧基矽烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷、Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷中的一種或多種。其中，所述烷基過氧化物包括過氧化二異丙苯、叔丁基異丙苯基過氧化物、1，3-1，4_ 二(叔丁基)過氧異丙基，2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己烷一種或多種；醯基類過氧化物包括苯甲醯過氧化物、環丙基甲醯過氧化物、月桂醯過氧化物、三氟乙醯過氧化物中的一種或多種；酮類過氧化物包括1，1_雙叔丁基過氧化環己烷、1，1_雙叔丁基過氧化_3，3，5三甲基環己烷中的一種或多種。本發明公開的耐刮擦材料組合物中，各種組分的含量可在較大範圍內變動，優選情況下，所述耐刮擦材料組合物中，以聚丙烯的含量為基準，所述過氧化物的含量為0. 5-2wt%，所述有機矽化合物的含量為5-10wt%，所述無機填料的含量為40-70wt%，所述聚烯烴彈性體的含量為100-150wt%。進一步優選為所述過氧化物的含量為1-1. 5wt%,所述有機矽化合物的含量為6-9wt%，所述無機填料的含量為45-65wt%，所述聚烯烴彈性體的含量為105-145wt%。為了改善材料的綜合性能，在上述耐刮擦材料組合物中還含有助劑，以聚丙烯的含量為基準，所述助劑的含量為0. 5-70Wt%，優選為l-65wt%。上述助劑包括現有技術中常用的各種助劑，例如所述助劑包括熱穩定劑、抗氧劑和潤滑劑中的一種或多種。以聚丙烯的含量為基準，所述熱穩定劑的含量為0-2wt%，所述抗氧劑的含量為0-2wt%，所述潤滑劑的含量為0-70wt%。優選為所述熱穩定劑的含量為0. 5-1. 5wt%，所述抗氧劑的含量為0. 5-1. 5wt%，所述潤滑劑的含量為5-65wt%。上述各種助劑的含量相關之間沒有太大聯繫，只需使助劑總量在前述的範圍內即可。上述熱穩定劑、抗氧劑和潤滑劑均為現有技術中常用的熱穩定劑、抗氧劑和潤滑劑，例如，熱穩定劑為無機金屬化合物和有機金屬化合物，例如，硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸醯胺。本發明所公開的耐刮擦材料為塑料件，在各種不同的條件下進行使用時，會受到氧化侵蝕，降低其使用壽命。通過添加抗氧劑能提高內飾材料的抗氧化能力，延長產品是使用壽命。本發明中所採用的抗氧劑為現有技術中常用的各種抗氧劑，如上述抗氧劑可以是受阻酚類、含氮雜環多酚類、亞磷酸酯、硫代酯類、及受阻酚與亞磷酸酯、硫代酯的複合物，優選為受阻酚與亞磷酸酯按照重量比例1 1的複合物；受阻酚與亞磷酸酯抗氧劑之間復配，不僅可以提高材料性能，增強抗氧效果，還可降低成本。上述各種抗氧劑均可用過商購得到，如汽巴公司生產的1010和168。同樣，本發明公開的潤滑劑也沒有太大的限制，可以材料現有技術中常用的潤滑劑，例如所述潤滑劑可以是脂肪酸及其金屬皂類，例如硬脂酸、硬脂酸皂類；還可以是酯類，例如硬脂改正丁酯、硬脂酸單甘油酯，三硬脂酸甘油酯；醯胺類，例如油酸醯胺、硬脂酸醯胺、乙撐雙硬脂酸醯胺、乙撐雙油酸醯胺；石蠟及烴類，例如石蠟、微晶石蠟、液體石蠟、聚乙烯蠟。優選為乙撐雙硬脂酸醯胺(EBS)的衍生物。本發明優選為EBS與極性反應基團形成的BAB型分子即防玻纖外露劑TAF，它相對於傳統的潤滑劑EBS而言最大的特點就在於兩端的極性基團可與尼龍以及玻纖上的極性基形成牢固的結合，使得TAF不但能夠保持EBS卓越的潤滑性能，而且它與玻璃纖維的相容性要好於EBS類潤滑劑，這樣就賦予了 TAF防止玻纖外露進而改善材料外觀品質的作用。將前述的各種含量的聚丙烯、過氧化物、有機矽化合物、無機填料、聚烯烴彈性體、含或不含助劑，混合均勻即為上述耐刮擦材料組合物。上述混合可在現有的高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中進行。同時，本發明還公開了通過上述耐刮擦材料組合物製備得到的耐刮擦材料。具體的，上述製備方法包括將前述的耐刮擦材料組合物置於擠出機中，進行熔融擠出，然後進行造粒，並經注塑得到所述耐刮擦材料。上述熔融擠出、造粒和注塑的方法均為本領域技術人員所公知的，優選情況下，所述熔融擠出的條件為擠出工序段溫度依次為 170-175 "C>170-175 "C、175-180 "C、180-185 "C、190-200 "C>200-210 "C>200-210 "C、190-200 0C、190-200 0C、190-200 °C，主機轉速為 180_250r/min，餵料轉速為 20_40r/min。作為對上述製備方法的進一步改進，在製備上述耐刮擦材料時，可先將過氧化物、有機矽化合物和聚烯烴彈性體放置於擠出機內進行初次擠出、初次造粒，得到第一顆粒，然後將第一顆粒與聚丙烯和無機填料、含或不含助劑一同置於擠出機內，進行再次擠出、再次造粒，得到第二顆粒，將第二顆粒進行注塑得到耐刮擦材料。在該方法中，所述初次擠出和再次擠出的條件沒有說明特別，均為擠出工序段溫度依次為 170-175 "C>170-175 "C、175-180 "C、180-185 "C、190-200 "C>200-210 "C、200-210 "C、190-200 "C、190-200 "C、190-200 °C，主機轉速為 180_250r/min，餵料轉速為20-40r/min。通過上述方法製備得到的耐刮擦材料具有良好的力學性能，並且其耐刮擦性能得到了顯著的提升。下面通過實施例對本發明作進一步的說明。實施例1本實施例用於說明本發明公開的耐刮擦材料組合物、耐刮擦材料及其製備方法。將100重量份聚丙烯、0. 5重量份過氧化二異丙苯、5重量份3_氨基丙基三乙氧基矽烷、17重量份片狀滑石粉(粒度為3000目)、51重量份纖維狀矽灰石(平均直徑為50nm，平均長度為5 μ m)、1重量份硬脂酸鋅、16. 28重量份石蠟油和100重量份聚乙烯-辛烯共聚物加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合3min,得到耐刮擦材料組合物。將上述耐刮擦材料組合物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為 220 轉 / 分鐘，擠出工序段溫度依次為 170°C、175°C、175°C、180°C、190°C >200°C >205°C、195°C、195°C、200°C，進行熔融擠出，將擠出產物造粒後置於注塑機中，經注塑得到樣品Sl。實施例2本實施例用於說明本發明公開的耐刮擦材料組合物、耐刮擦材料及其製備方法。將100重量份聚丙烯、2重量份苯甲醯過氧化物、10重量份Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷、30重量份片狀滑石粉(粒度為3000目)、10重量份纖維狀矽灰石(平均直徑為200nm，平均長度為10 μ m)、1重量份硬脂酸鋅、16. 28重量份石蠟油和120重量份聚乙烯-辛烯共聚物加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合:3min，得到耐刮擦材料組合物。將上述耐刮擦材料組合物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為 220 轉 / 分鐘，擠出工序段溫度依次為 170°C、170°C、175°C、180°C、190°C >200°C >205°C、195°C、195°C、200°C，進行熔融擠出，將擠出產物造粒後置於注塑機中，經注塑得到樣品S2。實施例3本實施例用於說明本發明公開的耐刮擦材料組合物、耐刮擦材料及其製備方法。將1. 6重量份1，1-雙叔丁基過氧化環己烷、8. 15重量份、-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷和150重量份聚乙烯-辛烯共聚物加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合5min。然後將上述混合產物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為220轉 / 分鐘，擠出工序段溫度依次為 1700C、1700C、1750C、180°C、190°C>200°C>205°C、195°C、195°C、200°C，進行初次擠出，將擠出產物初次造粒，得到第一顆粒。將第一顆粒與100重量份聚丙烯、32. 57重量份片狀滑石粉(粒度為4000目)、32. 57重量份纖維狀矽灰石(平均直徑為lOOnm，平均長度為15 μ m)加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合:3min。將上述產物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為220轉/分鐘，擠出工序段溫度依次為 170 0C、170 0C、175 0C、180 °C、190 °C >200 °C >205 °C、195 °C、195 °C、2000C，進行再次擠出，將擠出產物再次造粒後置於注塑機中，經注塑得到樣品S3。實施例4本實施例用於說明本發明公開的耐刮擦材料組合物、耐刮擦材料及其製備方法。將1. 6重量份過氧化二異丙苯、8. 15重量份3-氨基丙基三乙氧基矽烷和150重量份聚乙烯-辛烯共聚物加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合5min。然後將上述混合產物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為220轉 / 分鐘，擠出工序段溫度依次為 1700C、1700C、1750C、180°C、190°C>200°C>205°C、195°C、195°C、200°C，進行初次擠出，將擠出產物初次造粒，得到第一顆粒。將第一顆粒與100重量份聚丙烯、32. 57重量份片狀滑石粉(粒度為4500目)、32. 57重量份纖維狀矽灰石(平均直徑為150nm，平均長度為20 μ m)、0. 5重量份硬脂酸鋅、0. 5重量份硬脂酸醯胺、0. 65重量份受阻酚加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合:3min。將上述產物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為220轉/分鐘，擠出工序段溫度依次為 170 0C、170 0C、175 0C、180 °C、190 °C >200 °C >205 °C、195 °C、195 °C、2000C，進行再次擠出，將擠出產物再次造粒後置於注塑機中，經注塑得到樣品S4。實施例5本實施例用於說明本發明公開的耐刮擦材料組合物、耐刮擦材料及其製備方法。將1. 6重量份過氧化二異丙苯、8. 14重量份3-氨基丙基三乙氧基矽烷和150重量份聚乙烯-辛烯共聚物加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合5min。然後將上述混合產物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為220轉 / 分鐘，擠出工序段溫度依次為 1700C、1700C、1750C、180°C、190°C>200°C>205°C、195°C、195°C、200°C，進行初次擠出，將擠出產物初次造粒，得到第一顆粒。將第一顆粒與100重量份聚丙烯、32. 57重量份片狀滑石粉(粒度為3500目)、32. 57重量份纖維狀矽灰石(平均直徑為lOOnm，平均長度為20 μ m)、0. 5重量份硬脂酸鋅、0. 5重量份硬脂酸醯胺、0. 325重量份受阻酚、0. 325重量份亞磷酸酯加入到高速混合機(張家港市宏基機械有限公司生產的SHR-5A高速混合機)中混合:3min。將上述產物投入擠出機，控制餵料轉速為30轉/分鐘，主機轉速為220轉/分鐘，擠出工序段溫度依次為 170 0C、170 0C、175 0C、180 °C、190 °C >200 °C >205 °C、195 °C、195 °C、2000C，進行再次擠出，將擠出產物再次造粒後置於注塑機中，經注塑得到樣品S5。對比例1本對比例由於對比說明本發明公開的耐刮擦材料組合物和耐刮擦材料。耐刮擦材料的製備方法與實施例5相同，不同的是，採用片狀矽灰石替換纖維狀矽灰石。得到樣品Dl。對比例2 本對比例由於對比說明本發明公開的耐刮擦材料組合物和耐刮擦材料。耐刮擦材料的製備方法與實施例5相同，不同的是，不含片狀滑石粉，矽灰石的含量為65. 14重量份。得到樣品D2。對比例3本對比例由於對比說明本發明公開的耐刮擦材料組合物和耐刮擦材料。
耐刮擦材料的製備方法與實施例5相同，不同的是，採用SEBS替換聚乙烯-辛烯共聚物。得到樣品D3。性能測試對以上製備得到的耐刮擦材料樣品S1_S5、D1、D2、D3進行如下性能測試1、耐刮擦性能採用十指刮擦方法測定耐刮擦材料樣品的耐刮擦性能；檢測依據GMW14688-A法， 負載5N，要求AL < 2. 0 ；2、拉伸強度採用ASTM D638方法測定內飾材料的拉伸強度；3、彎曲強度和彎曲模量採用ASTM D790方法測定內飾材料的彎曲強度和彎曲模量；4、斷裂伸長率採用ASTM D638方法測定內飾材料的測定內飾材料的；測試結果見表1。表 權利要求
1.一種耐刮擦材料組合物，包括聚丙烯、過氧化物、有機矽化合物、無機填料、聚烯烴彈性體，其中，所述聚烯烴彈性體為聚乙烯-辛烯共聚物，所述無機填料包括滑石粉和矽灰石，所述滑石粉為片狀滑石粉，所述矽灰石為纖維狀矽灰石。
2.根據權利要求1所述的耐刮擦材料組合物，其特徵在於，所述片狀滑石粉的粒度為3000-5000目，纖維狀矽灰石的平均直徑為50-200nm，平均長度為10-20 μ m。
3.根據權利要求1或2所述的耐刮擦材料組合物，其特徵在於，所述滑石粉和矽灰石重量比為0.3-3 1。
4.根據權利要求1或2所述的耐刮擦材料組合物，其特徵在於，所述過氧化物選自烷基過氧化物、醯基類過氧化物和酮類過氧化物的一種或多種；所述有機矽化合物選自3-氨基丙基三乙氧基矽烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷中的一種或多種。
5.根據權利要求4所述的耐刮擦材料組合物，其特徵在於，所述烷基過氧化物包括過氧化二異丙苯、叔丁基異丙苯基過氧化物、1，3-1，4_ 二(叔丁基)過氧異丙基，2，5_ 二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己烷中的一種或多種；醯基類過氧化物包括苯甲醯過氧化物、環丙基甲醯過氧化物、月桂醯過氧化物、三氟乙醯過氧化物中的一種或多種；酮類過氧化物包括1，1_雙叔丁基過氧化環己烷、1，1-雙叔丁基過氧化_3，3，5三甲基環己烷中的一種或多種。
6.根據權利要求1、2、4中任意一項所述的耐刮擦材料組合物，其特徵在於，所述耐刮擦材料組合物中，以聚丙烯的含量為基準，所述過氧化物的含量為0. 5-2wt%，所述有機矽化合物的含量為5-10wt%，所述無機填料的含量為40-70wt%，所述聚烯烴彈性體的含量為 100-150wt%o
7.根據權利要求6所述的耐刮擦材料組合物，其特徵在於，所述耐刮擦材料組合物中還含有助劑，以聚丙烯的含量為基準，所述助劑的含量為0. 5-70wt%。
8.根據權利要求7所述的耐刮擦材料組合物，其特徵在於，所述助劑包括熱穩定劑、抗氧劑和潤滑劑中的一種或多種；以聚丙烯的含量為基準，所述熱穩定劑的含量為0-2wt%，所述抗氧劑的含量為0-2wt%，所述潤滑劑的含量為0-70wt%。
9.一種耐刮擦材料，通過將耐刮擦材料組合物進行熔融擠出、造粒、注塑，得到，其中，所述耐刮擦材料組合物為權利要求1-8中任意一項所述的耐刮擦材料組合物。
10.如權利要求9所述的耐刮擦材料的製備方法，包括將權利要求1-8中任意一項所述的耐刮擦材料組合物置於擠出機中，進行熔融擠出，然後進行造粒，並經注塑得到所述耐刮擦材料。
11.根據權利要求10所述的製備方法，其特徵在於，所述熔融擠出的條件為擠出工序段溫度依次為 170-175 "C、170-175 "C、175-180 "C、180-185 "C、190-200 "C >200-210 "C、200-210 "C、190-200 "C、190-200 "C、190-200 °C，主機轉速為 180_250r/min，餵料轉速為20-40r/min。
12.根據權利要求10所述的製備方法，其特徵在於，先將過氧化物、有機矽化合物和聚烯烴彈性體放置於擠出機內進行初次擠出、初次造粒，得到第一顆粒，然後將第一顆粒與聚丙烯和無機填料、含或不含助劑一同置於擠出機內，進行再次擠出、再次造粒，得到第二顆粒，將第二顆粒進行注塑得到耐刮擦材料。
13.根據權利要求12所述的製備方法，其特徵在於，所述初次擠出和再次擠出的條件均為擠出工序段溫度依次為 170-175"C、170-175"C、175-180"C、180-185"C、190-200"C、200-210 0C >200-210 0C、190-200 °C、190-200 °C、190-200 °C，主機轉速為 180_250r/min，餵料轉速為 20-40r/min。
全文摘要
本發明提供了一種耐刮擦材料組合物和耐刮擦材料及其製備方法。該耐刮擦材料組合物，包括聚丙烯、過氧化物、有機矽化合物、無機填料、聚烯烴彈性體，其中，所述聚烯烴彈性體為聚乙烯-辛烯共聚物，所述無機填料包括滑石粉和矽灰石，所述滑石粉為片狀滑石粉，所述矽灰石為纖維狀矽灰石。通過該耐刮擦材料製備的耐刮擦材料具有良好的耐刮擦性能，並且力學性能優良。
文檔編號C08L23/16GK102382362SQ20101027477
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月30日 優先權日2010年8月30日
發明者章馳天 申請人:比亞迪股份有限公司