一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料及其製備方法與流程

2023-08-07 15:14:51

本發明屬於汽車密封件應用技術領域，更具體地說，尤其涉及一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料。同時，本發明還涉及一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料的製備方法。

背景技術：

TVOC是「總揮發性有機化合物」的簡稱，主要指C6到C16之間的揮發性有機化合物。汽車內有TVOC超標對人體的危害程度很大，長時間會造成頭痛、眩暈、噁心等，嚴重者可能導致貧血甚至致癌。車內這種空氣汙染還會導致司機焦躁不安、注意力無法集中、影響駕車安全，造成交通事故。我們國家在2012年3月份出臺了《GBT 27630-2011 乘用車內空氣品質評價指南》對車內TVOC的量提出了標準。

PVC/NBR熱塑性彈性體材料是聚合度大於1300的PVC樹脂，經增塑劑和NBR改性後製得的材料，具有良好的物理化學性能，廣泛用於汽車頂飾條、車門內、外擋水條、三角窗的製造，是汽車防水、防塵、隔音不可缺少的重要部件材料。熱塑性彈性體是車內TVOC的重要來源之一，傳統的PVC/NBR熱塑性彈性體在檢測TVOC揮發量時很難達到≤5000μg/m3的限值，特別是車內溫度在50℃以上時析出量更是大大增加，對人體健康造成危害。

目前，製備低TVOC的車用高分子材料的方法主要有三種: 一是添加活性炭、多孔氧化鋁、硅藻土等多孔物質（CN1727391A）；二是採用專業的脫揮設備與工藝進行脫揮；三是採用揮發性更小的鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）作為增塑劑，取代揮發性較高的傳統增塑劑，如鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）。第一種方法吸附的效率較低，達不到汽車主機廠對材料TVOC的檢測要求，第二種方法效率有所提高，但受到生產工藝及設備的局限，且成本較高，不被廣泛應用，第三種方法製得的材料在夏天太陽暴曬下TVOC量仍會超標。開發在較高溫度下具有低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體具有重要的價值。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料及其製備方法，採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃下2h的TVOC量小於5000μg/m3。製備PVC/NBR熱塑性彈性體材料的主要組分包括PVC樹脂、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、加工助劑、粉末丁腈橡膠（NBR）和石墨烯；以鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）為增塑劑，大大降低了材料的TVOC揮發量，石墨烯在材料裡均勻分散，使材料的熱穩定性和散熱性得到顯著提高；鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）和石墨烯的協同作用，使材料在高溫下仍然只有很低的TVOC揮發量。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料，由以下按照重量份數的原料組成：PVC樹脂100份、鄰苯二甲酸二異壬酯50~100份、重鈣粉5~20份、色素碳黑1~2份、穩定劑3~5份、抗氧劑0.1~0.5份、紫外線吸收劑0.1~0.5份、加工助劑3~6份、粉末丁腈橡膠10~50份、石墨烯0.1~1.0份。

優選的，所述PVC樹脂為聚合度1300、1800或2500的懸浮法樹脂。

優選的，所述重鈣粉是經過表面活化處理的重質碳酸鈣粉，其粒徑≤10μm。

優選的，所述色素碳黑是指專用於塑料著色的碳黑粉。

優選的，所述穩定劑為鈣鋅類環保複合穩定劑。

優選的，所述抗氧劑為β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八碳醇酯。

優選的，所述紫外線吸收劑為2-(2′-羥苯-5′-甲基苯基)苯並三唑UV-P。

優選的，所述加工助劑為丙烯酸酯類聚合物K-125P。

優選的，所述粉末丁腈橡膠（NBR）為丁腈橡膠粉P83。

本發明還提供一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料的製備方法，包括如下步驟：

S1、根據重量份數稱取原料；

S2、將石墨烯加入到鄰苯二甲酸二異壬酯中，採用高剪切力攪拌機強烈攪拌，使石墨烯在鄰苯二甲酸二異壬酯中均勻分散，直至溶液靜止後石墨烯仍均勻分散，沒有沉降現象；

S3、將PVC樹脂、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑和紫外線吸收劑投入混合鍋低速攪拌1-3分鐘，然後加入S2中均勻分散了石墨烯的鄰苯二甲酸二異壬酯，高剪切力攪拌機調至高速攪拌，當溫度達到120~140℃時停止高速攪拌，混合物冷卻到60℃後出料過篩；

S4、將過篩後的物料加入加工助劑丙烯酸酯類聚合物K-125P和丁腈橡膠粉P83，混合均勻後出料，混合時間1~3 min，混合機轉速600~800 rpm；

S5、將S4製備好的混合粉料通過自動加料裝置加入錐形雙螺杆擠出機料倉，然後擠出塑化造粒，擠出機溫度控制在110~150℃，螺杆轉速控制在20~30 rpm；

S6、將擠出切好的粒料經三級風冷後得到低TVOC汽車密封件用PVC/NBR熱塑性彈性體材料。

本發明的技術效果和優點：本發明提供的一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料及其製備方法，與傳統技術相比，本發明具有理化性能好和加工容易的特性，可用作連續擠出成型、複合擠出和注塑成型、模壓成型，同時有優異的耐光照和耐熱老化性能，特別的，其TVOC揮發量非常低，採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃／2h時仍小於5000μg/m3。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，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。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例1

（1）將如下各物料質量組份精確計量：聚合度1300的PVC樹脂100份、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）50份、活性重質碳酸鈣粉20份、色素碳黑1份、鈣鋅複合穩定劑4份、抗氧劑（1076）0.3份、紫外線吸收劑（UV-P）0.25份、加工助劑（K-125P）4份、丁腈橡膠粉（P83）30份、石墨烯0.5份；

（2）將石墨烯加入到鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中，採用高剪切力攪拌機強烈攪拌，使石墨烯在鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中均勻分散，直至溶液靜止後石墨烯仍均勻分散，沒有沉降現象；

（3）將PVC樹脂、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑和紫外線吸收劑投入混合鍋低速攪拌1分鐘，然後加入上述均勻分散了石墨烯的DINP，調至高速攪拌，當溫度達到120℃時停止高速攪拌，混合物冷卻到60℃後出料過篩；

（4）將過篩後的物料加入加工助劑丙烯酸酯類聚合物K-125P和丁腈橡膠粉P83，混合均勻後出料，混合時間1 min，混合機轉速800 rpm；

（5）將（4）製備好的混合粉料通過自動加料裝置加入錐形雙螺杆擠出機料倉，然後擠出塑化造粒，擠出機溫度控制在110℃，螺杆轉速控制在25 rpm；

（6）將擠出切好的粒料經三級風冷後得到低TVOC汽車密封件用PVC/NBR熱塑性彈性體材料。

採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃下2h的TVOC量為3913μg/m3，低於5000μg/m3。

實施例2

（1）將如下各物料質量組份精確計量：聚合度1800的PVC樹脂100份、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP） 80份、活性重質碳酸鈣粉5份、色素碳黑2份、鈣鋅複合穩定劑3份、抗氧劑（1076）0.1份、紫外線吸收劑（UV-P）0.5份、加工助劑（K-125P）6份、丁腈橡膠粉（P83）10份、石墨烯1.0份；

（2）將石墨烯加入到鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中，採用高剪切力攪拌機強烈攪拌，使石墨烯在鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中均勻分散，直至溶液靜止後石墨烯仍均勻分散，沒有沉降現象；

（3）將PVC樹脂、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑和紫外線吸收劑投入混合鍋低速攪拌2分鐘，然後加入上述均勻分散了石墨烯的鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP），調至高速攪拌，當溫度達到130℃時停止高速攪拌，混合物冷卻到60℃後出料過篩；

（4）將過篩後的物料加入加工助劑丙烯酸酯類聚合物K-125P和丁腈橡膠粉P83，混合均勻後出料，混合時間2 min，混合機轉速700 rpm；

（5）將（4）製備好的混合粉料通過自動加料裝置加入錐形雙螺杆擠出機料倉，然後擠出塑化造粒，擠出機溫度控制在140℃，螺杆轉速控制在20 rpm；

（6）將擠出切好的粒料經三級風冷後得到低TVOC汽車密封件用PVC/NBR熱塑性彈性體材料。

採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃下2h的TVOC量為4128μg/m3，低於5000μg/m3。

實施例3

（1）將如下各物料質量組份精確計量：聚合度2500的PVC樹脂100份、DINP 100份、活性重質碳酸鈣粉10份、色素碳黑1份、鈣鋅複合穩定劑5份、抗氧劑（1076）0.5份、紫外線吸收劑（UV-P）0.1份、加工助劑（K-125P）3份、丁腈橡膠粉（P83）50份、石墨烯0.1份；

（2）將石墨烯加入到鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中，採用高剪切力攪拌機強烈攪拌，使石墨烯在鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中均勻分散，直至溶液靜止後石墨烯仍均勻分散，沒有沉降現象；

（3）將PVC樹脂、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑和紫外線吸收劑投入混合鍋低速攪拌3分鐘，然後加入上述均勻分散了石墨烯的DINP，調至高速攪拌，當溫度達到140℃時停止高速攪拌，混合物冷卻到60℃後出料過篩；

（4）將過篩後的物料加入加工助劑丙烯酸酯類聚合物K-125P和丁腈橡膠粉P83，混合均勻後出料，混合時間3 min，混合機轉速600 rpm；

（5）將（4）製備好的混合粉料通過自動加料裝置加入錐形雙螺杆擠出機料倉，然後擠出塑化造粒，擠出機溫度控制在150℃，螺杆轉速控制在30 rpm；

（6）將擠出切好的粒料經三級風冷後得到低TVOC汽車密封件用PVC/NBR熱塑性彈性體材料。

採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃下2h的TVOC量為4201μg/m3，低於5000μg/m3。

實施例4

（1）將如下各物料質量組份精確計量：聚合度2500的PVC樹脂70份、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP） 100份、活性重質碳酸鈣粉15份、色素碳黑2份、鈣鋅複合穩定劑3份、抗氧劑（1076）0.2份、紫外線吸收劑（UV-P）0.2份、加工助劑（K-125P）5份、丁腈橡膠粉（P83）20份、石墨烯0.3份；

（2）將石墨烯加入到鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中，採用高剪切力攪拌機強烈攪拌，使石墨烯在鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）中均勻分散，直至溶液靜止後石墨烯仍均勻分散，沒有沉降現象；

（3）將PVC樹脂、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑和紫外線吸收劑投入混合鍋低速攪拌2分鐘，然後加入上述均勻分散了石墨烯的DINP，調至高速攪拌，當溫度達到140℃時停止高速攪拌，混合物冷卻到60℃後出料過篩；

（4）將過篩後的物料加入加工助劑丙烯酸酯類聚合物K-125P和丁腈橡膠粉P83，混合均勻後出料，混合時間3 min，混合機轉速800 rpm；

（5）將（4）製備好的混合粉料通過自動加料裝置加入錐形雙螺杆擠出機料倉，然後擠出塑化造粒，擠出機溫度控制在140℃，螺杆轉速控制在25 rpm；

（6）將擠出切好的粒料經三級風冷後得到低TVOC汽車密封件用PVC/NBR熱塑性彈性體材料。

採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃下2h的TVOC量為3987μg/m3，低於5000μg/m3。

實施例5

（1）將如下各物料質量組份精確計量：聚合度1800的PVC樹脂100份、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP） 60份、活性重質碳酸鈣粉10份、色素碳黑1份、鈣鋅複合穩定劑5份、抗氧劑（1076）0.4、紫外線吸收劑（UV-P）0.3份、加工助劑（K-125P）3份、丁腈橡膠粉（P83）40份、石墨烯0.7份；

（2）將石墨烯加入到DINP中，採用高剪切力攪拌機強烈攪拌，使石墨烯在DINP中均勻分散，直至溶液靜止後石墨烯仍均勻分散，沒有沉降現象；

（3）將PVC樹脂、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑和紫外線吸收劑投入混合鍋低速攪拌2分鐘，然後加入上述均勻分散了石墨烯的DINP，調至高速攪拌，當溫度達到120℃時停止高速攪拌，混合物冷卻到60℃後出料過篩；

（4）將過篩後的物料加入加工助劑丙烯酸酯類聚合物K-125P和丁腈橡膠粉P83，混合均勻後出料，混合時間2 min，混合機轉速600 rpm；

（5）將（4）製備好的混合粉料通過自動加料裝置加入錐形雙螺杆擠出機料倉，然後擠出塑化造粒，擠出機溫度控制在120℃，螺杆轉速控制在30 rpm；

（6）將擠出切好的粒料經三級風冷後得到低TVOC汽車密封件用PVC/NBR熱塑性彈性體材料。

採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃下2h的TVOC量為3792μg/m3，低於5000μg/m3。

綜上所述：本發明提供的一種低TVOC揮發量的PVC/NBR熱塑性彈性體材料及其製備方法，採用VOC散發－1m3艙測試TVOC揮發量，0.3kg樣品在70℃下2h的TVOC量小於5000ug/m3。製備PVC/NBR熱塑性彈性體材料的主要組分包括PVC樹脂、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）、重鈣粉、色素碳黑、穩定劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、加工助劑、粉末丁腈橡膠（NBR）和石墨烯；以鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）為增塑劑，大大降低了材料的TVOC揮發量，石墨烯在材料裡均勻分散，使材料的熱穩定性和散熱性得到顯著提高；鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）和石墨烯的協同作用，使材料在高溫下仍然只有很低的TVOC揮發量。

最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換,凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。