一種耐刮擦、抗發粘及永久抗靜電聚丙烯複合材料及其製備方法與流程

2023-05-13 20:27:11

本發明涉及一種耐刮擦、抗發粘及永久抗靜電聚丙烯複合材料及其製備方法，是一種工藝簡單、成本低、綜合性能好的聚丙烯複合材料，主要應用於家用電器、汽車內外飾等部件，屬於聚合物改性和加工
技術領域：
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背景技術：
：聚丙烯因具有較好的加工性能和優異的力學、物理、化學性能，同時質輕價廉，廣泛應用於汽車內外飾、家用電器及電子等行業，是目前增長速度最快的通用型熱塑性塑料。然而，由於聚丙烯表面硬度低，由其製成的家用電器外殼或汽車內外飾件耐刮擦性能較差，產品表面容易被劃傷，從而影響外觀質量。同時，聚丙烯由於體積電阻率較高，表面容易集聚電荷且無法傳導，導致產品表面攜帶靜電而引起吸塵及火花放電等現象。因此，如何提高聚丙烯材料的耐刮擦性和抗靜電性成為開發這類材料的關鍵問題。目前，針對聚丙烯材料耐刮擦性能差和抗靜電效果不足的問題，已有一些報導和解決方案，主要集中在向聚丙烯材料中添加耐刮擦助劑和抗靜電劑，如醯胺類和矽酮類的耐刮擦助劑以及離子型和非離子型表面活性劑類的抗靜電劑。中國專利200810023328.X公開了一種耐刮擦型汽車內飾件專用料及其製備方法，採用醯胺類與矽酮類耐刮擦助劑復配來提高聚丙烯複合材料的耐刮擦性能。美國專利US4000102公開了一種抗靜電聚丙烯複合材料及其製備方法，採用陰離子表面活性劑脂肪酸鋅作為抗靜電劑，來改善聚丙烯材料的抗靜電性能。這些添加的耐刮擦助劑和抗靜電劑大多為小分子化合物，在注塑過程中易遷移至製品表面，導致產品在使用過程中在光和熱的作用下易產生發粘和析出等問題，影響使用效果。此外，離子型表面活性劑類抗靜電劑雖然抗靜電效果好，但短效不永久，無法達到永久抗靜電的要求；而非離子型表面活性劑類抗靜電劑抗靜電效果差，添加量多，成本較高。技術實現要素：本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有較好的耐刮擦性能和永久抗靜電性能，同時又能夠抗發粘的聚丙烯複合材料及其製備方法。一種耐刮擦、抗發粘及永久抗靜電聚丙烯複合材料，按以下重量百分比的原料配製成：本發明所適用的聚丙烯複合材料體系中，所述的聚丙烯在230℃、2.16kg負荷條件下，熔體流動速率為5～60g/10min。所述聚丙烯為均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；所述均聚丙烯的結晶度在70％以上，等規度大於99％；所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚單體為乙烯，乙烯單體重複單元摩爾含量為4～10％。所述的超高分子量聚乙烯，相對分子質量為1.5-2.5×106，密度為0.93～0.94g/cm3。所述的無機填料為滑石粉、碳酸鈣和硫酸鋇中的一種或幾種的組合物，其粒徑範圍均為1～10μm。所述的超導電炭黑的粒徑為20～50nm，電阻率為0.8～1.2Ω.m。所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、氧化聚乙烯、石蠟中的任意一種。所述的偶聯劑為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑中的任意一種。所述的抗氧劑包括主抗氧劑和輔抗氧劑，主抗氧劑為受阻酚或硫酯類抗氧劑；輔抗氧劑為亞磷酸鹽或酯類抗氧劑。所述的主抗氧劑為3114、1010和DSTP中的一種或幾種混合；輔抗氧劑為618和168中的一種或兩種。所述的光穩定劑選用受阻胺類光穩定劑，如944和770中的一種或兩種的混合物。上述耐刮擦、抗發粘及永久抗靜電聚丙烯複合材料及其製備方法，其具體步驟如下：(1)按配比稱取原料；(2)將各原料置於高速混合器中混合3～5分鐘；(3)將混合的原料置於雙螺杆機中，經熔融擠出，造粒，其工藝為：一區190～200℃，二區200～210℃，三區200～210℃，四區205～215℃；螺杆轉速為100-1000r/min；整個擠出過程的停留時間為1～2分鐘，壓力為12～18MPa，排氣真空度達到5～20kPa。為了提高聚丙烯複合材料的耐刮擦性和抗靜電性，並解決傳統添加低分子耐刮擦助劑和抗靜電助劑帶來的產品發粘和析出的問題，本發明的技術方案是在聚丙烯材料的基礎配方中加入超高分子量聚乙烯和超導電炭黑，利用超高分子量聚乙烯超強的耐磨性和自潤滑性，高強度和優異的耐老化性，以及超導電炭黑優異的導電性能，在複合材料中超高分子量聚乙烯分子鏈與聚丙烯分子鏈交聯形成「線性互穿網絡」結構，超導電炭黑均勻分散其中，在大幅提高複合材料耐刮擦性能的同時，能夠永久抗靜電，同時材料製成製品後在使用過程中無發粘現象的產生。此外，由於超導電碳黑導電性能高，用量小，對材料的性能基本無影響。本發明的優點是：1、本發明通過添加超高分子量聚乙烯使所製得的聚丙烯複合材料具有較好的耐刮擦性能，同時材料的力學性能尤其是衝擊性能有較大幅度的提升。2、本發明使用具有超高導電性能的超導電炭黑作為抗靜電劑，使用較小的添加量就能達到永久抗靜電的效果。3、本發明相比傳統通過添加小分子助劑來改善材料的耐刮擦性和抗靜電性，在具有同樣或更高耐刮擦性和抗靜電性的基礎上，避免了材料在使用過程中產生發粘和析出的問題。4、本發明提出的耐刮擦、抗發粘及永久抗靜電聚丙烯複合材料的製備工藝簡單、容易實現工業化生產。具體實施方式下面結合實施例，對本發明作進一步詳細說明。本發明的範圍不受這些實施例的限制，本發明的範圍在權利要求書中提出。在實施例及對比例的複合材料配方中，所用的聚丙烯為上海石化生產的共聚聚丙烯，熔體流動速率為15g/10min。所用的超高分子量聚乙烯為北京助劑二廠生產的超高分子量聚乙烯，商品牌號為M-Ⅱ，其平均相對分子質量為2.5×106，為白色粉末，密度為0.93～0.94g/cm3。所用的無機填料為5000目的滑石粉，平均粒徑為2.5μm。所用的超導電炭黑的平均粒徑為25nm，電阻率為0.8～1.2Ω·m，比表面積為(6～8)×105m2/kg，PH值8.0，其添加量的重量百分比為1～10％。所用的潤滑劑為聚乙烯蠟。所用的偶聯劑為矽烷偶聯劑KH550。所用的主抗氧劑為BASF公司產的3114，商品牌號為Irganox3114，化學名稱為3，5-二叔丁基-4-羥基苄基磷酸二乙酯，以及英國ICE公司產的DSTP，商品牌號為NegonoxDSTP，化學名稱為硫代二丙酸十八酯。輔抗氧劑為BASF公司產的168，商品牌號為Irgafos168，化學名稱為三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯。所用的光穩定劑為BASF公司生產的944，化學名稱為聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-雙[(2,2,6,6-四甲基-哌啶基)亞氨基]-1,6-己二撐[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞氨基]}，以及BASF公司產的770，化學名稱為雙(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。使用前，按上述組分和重量配比稱取原料，在高速混合器中幹混3～5分鐘；將混合的原料置於雙螺杆機中，經熔融擠出、造粒，其工藝為：一區190～200℃，二區200～210℃，三區200～210℃，四區205～215℃，雙螺杆擠出機轉速為600r/min；整個擠出過程的停留時間為1～2分鐘，壓力為12～18MPa，排氣真空度達到5～20kPa。實施例1本發明聚丙烯複合材料主要組分包括72.1％聚丙烯、5％超高分子量聚乙烯、15％滑石粉、3％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。實施例2本發明聚丙烯複合材料主要組分包括67.1％聚丙烯、10％超高分子量聚乙烯、15％滑石粉、3％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。實施例3本發明聚丙烯複合材料主要組分包括62.1％聚丙烯、15％超高分子量聚乙烯、15％滑石粉、3％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。實施例4本發明聚丙烯複合材料主要組分包括88.1％聚丙烯、5％超高分子量聚乙烯、2％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。實施例5本發明聚丙烯複合材料主要組分包括61.1％聚丙烯、10％超高分子量聚乙烯、20％滑石粉、4％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。實施例6本發明聚丙烯複合材料主要組分包括43.1％聚丙烯、15％超高分子量聚乙烯、30％滑石粉、6％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、2％黑色母。實施例7本發明聚丙烯複合材料主要組分包括41.1％聚丙烯、15％超高分子量聚乙烯、30％滑石粉、8％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、2％黑色母。對比例1本發明聚丙烯複合材料主要組分包括67.1％聚丙烯、15％滑石粉、3％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。對比例2本發明聚丙烯複合材料主要組分包括93.1％聚丙烯、2％超導電炭黑、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。對比例3本發明聚丙烯複合材料主要組分包括65.1％聚丙烯、10％超高分子量聚乙烯、20％滑石粉、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、1％黑色母。對比例4本發明聚丙烯複合材料主要組分包括49.1％聚丙烯、15％超高分子量聚乙烯、30％滑石粉、1.2％潤滑劑、2％偶聯劑、0.1％抗氧劑3114、0.1％抗氧劑DSTP及0.2％抗氧劑168、0.15％光穩定劑944及0.15％光穩定劑770、2％黑色母。實施例及對比例主要成分質量百分含量見表1。表1實施例1-7及對比例1-4材料配方表(重量％)性能評價方式及實行標準：將按上述方法製備的粒子材料，在90～100℃的鼓風乾燥箱中乾燥2～3小時，然後再將乾燥好的粒子在注塑機上注塑成型試樣。拉伸性能測試：按ISO527-2標準進行，試樣尺寸為170×10×4mm，拉伸速度為50mm/min；彎曲性能測試：按ISO178標準進行，試樣尺寸為80×10×4mm，彎曲速度為2mm/min，跨距為64mm；缺口衝擊強度測試：按ISO179-1標準進行，試樣尺寸為80×10×4mm，缺口深度為試樣厚度的三分之一，測試溫度為23℃；耐刮擦性能測試：按大眾標準PV3952進行測試，樣板尺寸150×100×3.2mm，用負荷為10N，筆尖直徑為1mm的劃痕硬度測試儀進行劃痕試驗，劃痕間隔2mm，橫向和縱向各劃20條線，採用色差儀測試刮擦前後的顏色變化，記錄材料的△L值，△L值越小表明耐刮擦性能越好；表面電阻率測試：按GB/T1410標準，採用表面電阻儀進行測量，樣板尺寸150×100×3.2mm，測試環境為23±2℃，相對溼度50±5％。表面發粘情況：按大眾標準PV1306進行測試，樣品的評價依據下表2所描述的等級：表2表面發粘等級及評價結果等級評價結果等級評價結果1OK5很黏2輕微發粘H樹脂化3發粘W表面光滑，蠟狀4較粘X樣品出現裂紋，無法評價本發明實施例1-7和對比例1-4聚丙烯複合材料的性能檢測結果分別見表3。表3實施例1-7及對比例1-4材料性能表從實施例1-3與對比例1的對比，以及實施例4與對比例2的對比可以看出，超高分子量聚乙烯可以有效地提高聚丙烯複合材料體系的耐刮擦性能，同時複合材料體系的韌性有較大幅度的提升。實施例5與對比例3以及實施例6-7與對比例4的對比可以看出，在聚丙烯複合材料中加入超導電炭黑，能大幅提高複合體系的抗靜電性能，並且添加量極少，對材料的力學性能基本無影響，同時複合體系能夠達到永久抗靜電性能。從所有實施例與對比例可以看出，聚丙烯複合材料體系達到抗發粘的效果。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp