一种黑色增强聚丙烯组合物及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种黑色增强聚丙烯组合物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.填充改性聚丙烯(pp)材料，因其综合性能好、易加工成型、性价比高等优点，广泛应用于汽车内外饰、家电等产品中。目前车用内外饰件填充改性pp材料中所用的填充改性材料以滑石粉居多，这是因为滑石粉为片状结构，具有更高的刚度、尺寸稳定性，对聚丙烯材料的力学性能的增强效果好。
3.但滑石粉填充改性聚丙烯材料在配制黑色相关产品时，往往会遇到颜色配不黑的问题，即使大量添加黑色着色剂，产品的l值仍较高，达不到高黑度的要求。现有技术公开了一种高黑度聚丙烯组合物及其制备方法，通过采用交联的聚甲基丙烯酸甲酯微球对纳米炭黑进行高温活化处理，以提高聚丙烯材料黑度。但一方面，该方法制备过程复杂、成本高，另一方面，随着高温活化处理炭黑的添加量增加，材料黑度达到一定程度后便无法再提升，仍不满足实际使用中高黑度的要求。
4.因此，需要开发出一种高黑度的增强聚丙烯组合物。


技术实现要素：

5.本发明为克服上述现有技术所述的黑度不足的缺陷，提供一种黑色增强聚丙烯组合物。
6.本发明的另一目的在于提供上述黑色增强聚丙烯组合物的制备方法。
7.本发明的另一目的在于提供上述黑色增强聚丙烯组合物的应用。
8.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
9.一种黑色增强聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：
10.聚丙烯60～85份，
11.增韧剂5～20份，
12.成核剂0.1～0.3份，
13.抗氧剂0.1～0.5份，
14.无机填充料15～25份，
15.黑色着色剂1～3份；
16.所述无机填充料包括硅灰石和滑石粉，且硅灰石和滑石粉的质量比为(1～3)∶(4～1)。
17.滑石粉本身呈片状结构，有一定的取向性。发明人研究发现，滑石粉在聚丙烯体系内以平行取向排列，与光的入射方向相垂直，从而在材料内形成层层阻隔，使入射光极难穿透，且分布于材料表层的滑石粉对光具有散射作用；与此同时，在聚丙烯的结晶过程中，滑石粉可以诱导晶体有序排列，造成表层及片层之间的黑色着色剂的吸光效率降低。因此，虽
然滑石粉在聚丙烯体系中填充，可以有效改善材料的力学性能，但单独添加滑石粉作为无机填充料也使得材料达不到高黑度的效果。
18.硅灰石具有独特的针状结构，在聚丙烯基体中排列形成骨架结构，有利于光线透过和黑色着色剂对光的有效吸收，而使材料颜色加深。发明人研究发现，硅灰石的加入使得聚丙烯组合物具有较高的黑色效果，即l值极低。
19.然而硅灰石作为链状的偏硅酸盐，自身硬度较高，在聚丙烯体系中大量添加硅灰石易造成材料韧性下降。发明人研究发现，通过以一定比例复配硅灰石与滑石粉，协同黑色着色剂，可以制得兼具高黑度和良好力学性能的黑色增强聚丙烯组合物。
20.优选地，所述硅灰石的长径比为(7～15)：1。
21.更优选地，所述硅灰石的长径比为(8～12)：1。
22.硅灰石在上述长径比范围内时，黑色增强聚丙烯组合物的黑度效果和力学性能综合更优。
23.优选地，所述滑石粉的平均粒径为4～8μm。
24.更优选地，所述滑石粉的平均粒径为5～6μm。
25.优选地，所述无机填充料中硅灰石和滑石粉的质量比为(1～3)∶(3～1)。
26.更优选地，所述无机填充料中硅灰石和滑石粉的质量比为(0.5～2)：1。
27.在上述质量比范围时，硅灰石与滑石粉的协同增效作用更显著，黑色增强聚丙烯组合物的黑色效果更优。
28.所述黑色着色剂可以为聚丙烯材料中常用的黑色颜料。
29.可选地，所述黑色着色剂为黑色母和/或炭黑。
30.优选地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物或三元乙丙橡胶中的一种或几种。
31.增韧剂的含量增加，有助于材料的韧性改善。但由于增韧剂与聚丙烯基体树脂的折射率不同，增韧剂的含量增加会影响入射光线被聚丙烯组合物中的黑色着色剂吸收，造成材料的l值增大、黑度降低。增韧剂的含量优选为13～17份。
32.优选地，所述成核剂为金属盐类成核剂、有机磷酸酯盐类成核剂、山梨醇类成核剂。
33.可选地，所述金属盐成核剂为苯甲酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钙、对苯酚磺酸钠、对苯酚磺酸钙或苯酚钠中的一种或几种。
34.可选地，所述山梨醇类成核剂为二苄叉醇(dbs)、对甲基苄叉山梨醇(mdbs)、二(对氯苄叉)山梨醇(cdbs)或二(对乙基苄叉山梨醇)(edbs)中的一种或几种。
35.可选地，所述有机磷酸酯盐类成核剂为2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠和/或2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝。
36.优选地，所述抗氧剂为双酚类抗氧化剂、半受阻酚类抗氧化剂或亚磷酸酯类抗氧化剂中的一种或几种。
37.优选地，所述聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为10～60g/10min。
38.更优选地，聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为17～22g/10min。
39.聚丙烯的熔体流动速率按照iso 1133-1-2011测试标准。
40.本发明还保护上述黑色增强聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步
骤：
41.将聚丙烯、增韧剂、成核剂、抗氧剂、无机填充料和黑色着色剂混合后，加至挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到所述黑色增强聚丙烯组合物。
42.优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。
43.优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(25～75):1，挤出温度180～230℃，螺杆转速75～250r/min、喂料转速30～150r/min。
44.本发明还保护上述黑色增强聚丙烯组合物在汽车内外饰材料中的应用。
45.可选地，所述汽车内外饰可以为仪表盘、中控台、立柱、门板、前后保险杠、扰流板或防擦条。
46.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
47.本发明开发了一种黑色增加聚丙烯组合物，通过以一定比例复配硅灰石与滑石粉，协同黑色着色剂，可以制得兼具高黑度和良好力学性能的黑色增强聚丙烯组合物。本发明的黑色增加聚丙烯组合物的l值≤25.2，弯曲模量≥1250mpa，简支梁缺口冲击强度≥91.8kj/m2。
具体实施方式
48.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
49.实施例及对比例中的原料均可通过市售得到，具体如下：
50.[0051][0052]
本发明平行的实施例及对比例中使用的抗氧剂相同。
[0053]
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0054]
实施例1～19
[0055]
实施例1～19分别提供一种黑色增强聚丙烯组合物，组分含量见表1，制备方法如下：
[0056]
按照表1将各组分混合，加至双螺杆挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到黑色增强聚丙烯组合物；双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，挤出温度180～230℃，螺杆转速200r/min、喂料转速120r/min。
[0057]
表1实施例1～19黑色增强聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
[0058][0059]
[0060][0061]
对比例1～5
[0062]
对比例1～5分别提供一种黑色增强聚丙烯组合物，组分含量见表2，制备方法与实施例2相同。
[0063]
表2对比例1～5黑色增强聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
[0064][0065]
性能测试
[0066]
对上述实施例及对比例制得的黑色增强聚丙烯组合物进行性能测试，具体方法如下：
[0067]
黑度值(l值)：按照cie 1976l*a*b*色空间，利用x-rite 7000a台式测色仪测量l值，l值越低则黑度越高；
[0068]
简支梁缺口冲击强度：按照iso179-1-2010标准测定，测试条件：温度23℃；
[0069]
弯曲模量：按照iso179-1993标准进行测试，测试条件：温度23℃，弯曲速率2mm/min。
[0070]
实施例及对比例的测试结果分别见表3和表4。
[0071]
表3实施例1～18的测试结果
[0072][0073]
根据表3的测试结果，本发明各实施例制得的黑色增加聚丙烯组合物的l值≤25.2，弯曲模量≥1250mpa，简支梁缺口冲击强度≥91.8kj/m2，即具有优异的黑度，以及良好的力学性能。
[0074]
在实际使用中，一般要求增强聚丙烯材料的弯曲模量≥1200mpa、简支梁缺口冲击强度≥90kj/m2。实施例1～6中，在简支梁缺口冲击强度和弯曲模量接近、且均满足力学性能要求的情况下，实施例3、4、5的l值相对更低，即材料黑度更高、黑色效果更优，其次为实施例2、6，再次为实施例1。因此，无机填充料中硅灰石和滑石粉的质量比优选为(1～3)∶(3～1)，更优选为(0.5～2)：1。
[0075]
根据实施例2、7和8，可以看出，随着增韧剂的含量增加，材料的韧性得到改善，但增韧剂含量增加也会影响入射光线被聚丙烯组合物中的黑色着色剂吸收，造成材料的l值增大、黑度降低。实施例1的聚丙烯组合物的黑度和韧性综合考虑相对更优。
[0076]
根据实施例2、实施例11、12以及实施例13、14，不同平均粒径的滑石粉、不同长径比的硅灰石会使得黑色增强聚丙烯组合物的黑色效果、力学性能有一定差异。滑石粉的平均粒径为5～6μm、硅灰石的长径比为(8～12)：1时，黑色增强聚丙烯组合物的l值更低，且兼具优异的刚性和韧性。
[0077]
根据实施例2、实施例15～17，聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为17～22g/10min时，黑色增加聚丙烯组合物中各组分分散均匀、相容性更优，材料的综合性能更好。
[0078]
表4对比例1～5的测试结果
[0079][0080]
根据表4的测试结果，对比例1中不含硅灰石，制得的黑色增强聚丙烯组合物的黑色效果较差，l值过高。对比例2中硅灰石的量过多，对于聚丙烯材料黑度改善不明显。对比例3中硅灰石的量过多，虽然制得的黑色增强聚丙烯组合物的l值低，但造成了材料韧性劣化严重，简支梁缺口冲击强度仅为86.5kj/m2，弯曲模量也较低。
[0081]
对比例4中，无机填充料的含量过多，虽然其中硅灰石与滑石粉的质量比仍在(1～3)∶(4～1)间，但总含量过多，造成黑色增强聚丙烯组合物的l值仍较高，且韧性较差。
[0082]
对比例5中，不含增韧剂，制得的黑色增强聚丙烯组合物的弯曲模量过高，简支梁缺口冲击强度过低，材料偏硬脆，限制了其在汽车内外饰材料中的应用。
[0083]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。