一种高表面附着力高低温抗冲聚丙烯复合材料及其制备方法

摘要

本发明涉及聚丙烯复合材料技术领域，具体公开了一种高表面附着力高低温抗冲聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下重量份的原料组成：聚丙烯40‑97wt％；聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)1‑30wt％；填料：1～30wt％；其他助剂0.1‑2wt％。使用聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为增韧剂，与传统增韧改性聚丙烯相比，具有更优秀的低温韧性，同时PBAT的极性较高，可以大大增加聚丙烯材料的表面张力，改善聚丙烯材料与油漆和胶水的附着力，相比马来酸酐接枝物等，效果好，无毒、无气味，不仅适用于汽车材料，还可作为食品级材料应用。

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种高表面附着力高低温抗冲聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯以密度低、耐热性能好、力学性能均衡等优点成为当今世界继聚乙烯之后的另一通用材料，广泛应用于汽车、电子、包装等行业。目前汽车或者包装等领域对聚丙烯要求高强高韧的材料特性，PP材料本身刚性和韧性无法平衡，故需要对聚丙烯基料进行增强增韧处理，尤其是在汽车领域、包装等更需要非常良好的抗低温冲击效果。一般来说，聚丙烯材料，特别是共聚丙烯材料具有较好的抗冲击性能，使用弹性体增韧后的改性聚丙烯可以获得较为理想的常温韧性；但在-30℃甚至-40℃等极限低温条件下，聚丙烯材料较高的玻璃化转变温度决定了其低温抗冲击性能较差，只能通过弹性体增韧以提高低温韧性。但仅依靠大量添加弹性体来增韧的方法，势必会导致材料刚性和耐热性能急剧下降，无法满足大型注塑零件的强度要求；而弹性体含量较少时，虽然强度可以满足要求，但材料韧性，尤其是低温韧性很难满足要求极为苛刻的气囊爆破等汽车零部件实验和包装材料领域局部试验要求。

以聚丙烯作为基材，经喷漆或者粘胶包覆后具有更加良好的外观效果，给消费者产生美好的视觉感官。由于PP本身是非极性材料，表面能低，使得其与大多数聚合物的相容性差、不易浸润，黏合和印刷，涂覆性能差，与油漆的黏结强度低。

本发明采用聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯聚合物作为增韧剂和无机填料协同作用，在保证材料具有足够刚性的同时，将材料的抗冲击性能，特别是低温抗冲击性能提高到一个非常可观的程度，得到具有优秀的刚韧平衡性，兼具超高抗冲击性能的聚丙烯复合材料，可以很好的满足严格的整车碰撞实验和严苛的户外包装要求。同时高极性的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯聚合物能够提升聚丙烯材料的表面张力，增强聚丙烯的油漆附着力和胶水粘结力，提高聚丙烯材料的涂覆性能。用本发明的复合材料制成的产品，在涂装工艺中可以实现免火焰、气体等离子等表面处理，可以直接涂覆喷漆或粘胶、印刷，降低工艺成本且环保。

发明内容

本发明的目的在于开发一种高表面附着力兼具超高的抗冲击性能的刚韧平衡的聚丙烯复合材料，用于具有良好的美学外观和较高抗冲击性能要求的塑料制件产品。该材料制备方法相对简单成熟，有利于大规模生产。

本发明目的可以通过以下技术方案实现：

一种高表面附着力高低温抗冲聚丙烯复合材料，由如下重量百分比的原料组成：

聚丙烯：40-97wt％

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：1-30wt％；

填料1-30wt％；

其他助剂0.01-1wt％。

其中，

所述聚丙烯为230℃，2.16kg的测试条件下，熔融指数在10～60g/10min之间的共聚聚丙烯。

所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯重均分子量6～10万。

所述的填料为滑石粉、云母粉或蒙脱土等，平均粒径为0.05～10μm。

所述的其他助剂为本领域技术人员认为所需的主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为1010、抗氧剂1076、抗氧剂DSTP等一种或多种复合物。辅助抗氧剂为168、619F等一种或多种复合物。

上述高表面附着力高低温抗冲聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：

(1)先按如上重量份称取PP材料、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯等混合均匀，得到混合原料；

(2)将上述混合的原料，置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯复合材料。

本发明的有益效果是：

(1)聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯聚合物作为增韧剂，与无机填料协同作用在保证材料具有足够刚性的同时，将材料抗冲击性能，特别是低温抗冲击性能提高到一个非常可观的程度，得到具有优秀的刚韧平衡性，兼具超高抗冲击性能的聚丙烯复合材料。

(2)通过高极性的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯聚合物加入，提高聚丙烯复合材料的表面张力，增强油漆和胶水等附着力，使得制件在涂装包覆工艺中实现免火焰、等离子体处理等，环保高效。

具体实施方式

本发明可通过下面优选方案获得进一步的阐述，但这些实施例仅在于举例说明,不对本发明的范围做出界定。

在实施例和对比例的复合材料配方中，复合材料中聚丙烯树脂选用SK化学提供的共聚聚丙烯，商品牌号为3800；聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯聚合物由BASF公司提供，商品牌号为C1200；填料为平均粒径为1～5μm的滑石粉；由辽宁艾海滑石有限公司提供；其他助剂为主、辅抗氧剂，由BASF公司及英国ICE公司提供，商品牌号为Irganox 1010、Irganox168和Negonox DSTP。

实施例1

按重量百分比称取聚丙烯89.7wt％，PBAT 5wt％，填料5wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例2

按重量百分比称取聚丙烯84.7wt％，PBAT 10wt％，填料5wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例3

按重量百分比称取聚丙烯79.7wt％，PBAT 10wt％，填料10wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例4

按重量百分比称取聚丙烯76.7wt％，PBAT 13wt％，填料10wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例5

按重量百分比称取聚丙烯66.7wt％，PBAT 13wt％，填料20wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例6

按重量百分比称取聚丙烯63.7wt％，PBAT 16wt％，填料20wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例7

按重量百分比称取聚丙烯53.7wt％，PBAT 16wt％，填料30wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例8

按重量百分比称取聚丙烯50.7wt％，PBAT 19wt％，填料30wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

对比例1

按重量百分比称取聚丙烯99.7wt％，其他助剂0.3wt％，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

对比例2

按重量百分比称取聚丙烯63.7wt％，传统增韧剂16wt％，填料20wt％，其他助剂0.3wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

各实施例及对比例配方及性能测试结果见如下列表

表1实施例1-8及对比例1-2的材料配方

表2实施例1-8及对比例1-2性能测试结果

从实施例1、2、4、6、8测试结果对比可以看出，随着PBAT含量的增加，聚丙烯材料的拉伸强度和表面张力逐渐增加，相对传统的增韧剂体系，表面张力提高的非常明显，已经达到火焰、等离子体处理的表面张力(38mN/m)。相同的PBAT含量下，随着滑石粉含量的增加，聚丙烯材料的弯曲模量呈现上升趋势，材料刚性增加，冲击性能会有所降低。相同的滑石粉含量下，PBAT的含量增加，拉伸强度增加，弯曲模量出现轻微降低，冲击性能得到提高，尤其是低温缺口冲击也得到提高。实施例6所得到的聚丙烯材料达到较为理想的刚韧平衡，同时表面附着力比较高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。