一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料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，更具体地，涉及一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着全社会对低碳环保理念的不断推进，越来越多国内外主机厂开始关注汽车轻量化技术的研究。聚丙烯材料是汽车内外饰装饰件的重要材料，降低聚丙烯材料的密度是实现轻量化的一种材料解决方案。
3.汽车用聚丙烯材料一般是由聚丙烯树脂、填料和弹性体组成。填料能够提高聚丙烯树脂的刚性，可用弯曲模量表征。弹性体能够提高聚丙烯树脂的韧性，可以用冲击强度表征。为了实现低密度的聚丙烯材料，一般会选择降低填料的含量，但是由于填料含量的降低，会使得材料的弯曲模量即刚性降低，为了避免材料弯曲模量的降低，一般会降低弹性体的含量，但是降低了弹性体的含量，又会使得降低材料的冲击强度。因此，现有技术无法同时实现聚丙烯材料的低密度、高刚性和高韧性。
4.现有技术公开了一种用于轻量化注塑零件的聚丙烯纳米复合材料，其通过超细无机填料、纳米填料以及弹性体实现了低密度、高刚性和高韧性，虽然其可以将密度降低到0.96g/cm3，但是，由于其采用的平均直径为1μm和0.1μm的滑石粉在实际应用中分散性很差，滑石粉容易团聚，导致该材料冲击性能很差，即使其增韧剂占配方的10～20％，其简支梁冲击强度也仅为40kj/m2，无法满足材料对更高韧性的要求。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有聚丙烯材料的无法同时实现低密度、高刚性和高韧性的缺陷和不足，提供一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料，通过在聚丙烯树脂中加入乙烯丙烯嵌段共聚物，提高了聚丙烯和弹性体的相容性，从而实现了高刚性、高韧性和低密度。
6.本发明的另一目的在于提供一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料的制备方法。
7.本发明的另一目的在于提供一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料在制备汽车内饰装饰件和/或汽车外饰装饰件中的应用。
8.本发明的又一目的在于提供一种塑料制品。
9.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
10.一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料，按重量份数计，包括以下组分：
[0011][0012]
其中，聚烯烃弹性体和乙烯丙烯嵌段共聚物的重量比为1：(0.48～0.92)。
[0013]
其中需要说明的是：
[0014]
本发明的低密度高刚性高韧性聚丙烯材料通过乙烯丙烯嵌段共聚物提高了聚丙烯树脂和聚烯烃弹性体的相容性，实现了低弹性体含量下的高韧性，高刚性以及低密度。
[0015]
本发明的低密度高刚性高韧性聚丙烯材料的作用机理具体如下：
[0016]
乙烯丙烯嵌段共聚物具有三方面的作用，首先，乙烯丙烯嵌段共聚物能够作为纽带连接聚丙烯和聚烯烃弹性体，改善聚丙烯树脂和聚烯烃弹性体的相容性；其次，乙烯丙烯嵌段共聚物也具有跟聚烯烃弹性体相似的作用，即也能够提高韧性，因此乙烯丙烯嵌段共聚物可以部分取代聚烯烃弹性体，基于乙烯丙烯嵌段共聚物具有上述两方面的作用，可减少聚烯烃弹性体的用量，即可在聚烯烃弹性体的用量较低时实现较高的韧性，基于刚性和韧性平衡的要求，即可相应减少用于增加刚性的填料的用量，因此可以降低材料的密度。
[0017]
聚烯烃弹性体和乙烯丙烯嵌段共聚物的重量比应该在一定的范围内，即乙烯丙烯嵌段共聚物只能部分替代聚烯烃弹性体，乙烯丙烯嵌段共聚物的添加量大于聚烯烃弹性体的用量，弯曲模量略有提升，但是由于乙烯丙烯嵌段共聚物的韧性低于同样质量分数下聚烯烃弹性体的韧性，会导致冲击强度的显著降低。
[0018]
优选地，
[0019]
按重量份数计，包括以下组分：
[0020][0021][0022]
为了进一步提高聚丙烯树脂和聚烯烃弹性体的相容性，优选地，所述乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为60～70wt％。
[0023]
为了进一步降低聚丙烯材料的密度，优选地，聚烯烃弹性体和乙烯丙烯嵌段共聚物的质量比为1：(0.53～0.8)。
[0024]
优选地，所述乙烯丙烯嵌段共聚物的熔融指数为5.0～10.0g/10min，测试条件为2.16kg，230℃，测试标准为iso 1133-1-2011。
[0025]
乙烯丙烯嵌段共聚物的熔融指数较低，有利于聚烯烃弹性体和无机填料在体系内的流动性。
[0026]
为了提高材料的冲击强度和材料整体的流动性，优选地，所述聚烯烃弹性体的熔
融指数为1.0～5.0g/10min，测试条件为2.16kg，190℃，测试标准为iso1133-1-2011。
[0027]
为了提高材料的刚性和分散性，优选地，所述低密度高刚性高韧性聚丙烯材料中，无机填料为滑石粉，无机填料的平均粒径为5～6μm。
[0028]
更进一步优选地，滑石粉的平均粒径为5μm。
[0029]
为了进一步提高材料的流动性提高加工性能并使材料具有较好的冲击性能，优选地，所述聚丙烯树脂的熔融指数为10～60g/10min，测试条件为2.16kg，230℃，测试标准为iso 1133-1-2011。
[0030]
聚丙烯树脂可以为共聚聚丙烯。
[0031]
在实际应用中，根据实际性能需要，所述加工助剂可以为抗氧剂，光稳定剂和润滑剂。
[0032]
所述抗氧剂可以为受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂，受阻酚类抗氧剂具体可以是抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114中的一种或几种混合物，亚磷酸酯类抗氧剂具体可以是抗氧剂168或抗氧剂pep-36中的一种或几种混合物。
[0033]
所述光稳定剂可以为受阻胺类光稳定剂，具体可以是uv-3808pp5、la-402xp或la-402af中的一种或几种混合物。
[0034]
所述润滑剂可以为硬酯酸盐类，具体可以是硬脂酸2818或硬脂酸3818中的一种或几种混合物。
[0035]
抗氧剂可提升聚丙烯材料的抗氧化效果，光稳定剂可以提高聚丙烯材料的光稳定效果，润滑剂可提升聚丙烯材料的润滑效果。
[0036]
本发明的聚丙烯材料可以采用常用的塑料材料制备方法制备，具体包括如下步骤：将各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在190～210℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述低密度高刚性高韧性聚丙烯材料。
[0037]
本发明制备得到的聚丙烯材料具有很好的冲击强度、弯曲模量以及较低的密度，可以广泛应用于塑料制品的制备，本发明尤其保护所述聚丙烯材料在制备汽车内饰装饰件和/或汽车外饰装饰件中的应用。
[0038]
汽车外饰装饰件可以为保险杠，汽车内饰装饰件可以为仪表板。
[0039]
本发明还保护一种塑料制品，所述塑料制品由上述任意一项所述低密度高刚性高韧性聚丙烯材料制备得到。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0041]
本发明公开了一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料，通过乙烯丙烯嵌段共聚物可以改善聚丙烯树脂和聚烯烃弹性体的相容性，使材料具有低密度、高刚性和高韧性。
具体实施方式
[0042]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
[0043]
其中，聚丙烯树脂1为共聚聚丙烯ep648u,熔融指数为60g/10min，中海壳牌；
[0044]
聚丙烯树脂2为共聚聚丙烯ep300m，熔融指数为10g/10min，中海壳牌；
[0045]
聚丙烯树脂3为共聚聚丙烯ep640v,熔融指数为100g/10min，中海壳牌；
[0046]
聚烯烃弹性体1为乙烯-丁烯无规共聚物7467，熔融指数为1g/10min，美国陶氏化
学；
[0047]
聚烯烃弹性体2为乙烯-丁烯无规共聚物7447，熔融指数为4g/10min，美国陶氏化学；
[0048]
无机填料1为滑石粉tyt-777a，平均粒径尺寸d50为6μm，辽宁添源；
[0049]
无机填料2为滑石粉tyt-8875b，平均粒径尺寸d50为12μm，辽宁添源；
[0050]
乙烯丙烯嵌段共聚物1为乙烯丙烯嵌段共聚物intune d5545.00，乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为70wt％，熔融指数为6.5g/10min，陶氏化学；
[0051]
乙烯丙烯嵌段共聚物2为乙烯丙烯嵌段共聚物intune d5535.00，乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为60wt％，熔融指数为10g/10min，陶氏化学；
[0052]
抗氧剂，受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂，受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂的比为1:1，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种；
[0053]
光稳定剂，受阻胺类，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种；
[0054]
润滑剂，硬酯酸盐类，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种。
[0055]
实施例1～17
[0056]
一种低密度高刚性高韧性聚丙烯材料，按重量份数计，包括以下组分：
[0057]
聚丙烯树脂；聚烯烃弹性体；无机填料；乙烯丙烯嵌段共聚物；抗氧剂，光稳定剂和润滑剂；
[0058]
其中各组分的具体含量如下表1所示。
[0059]
表1各实施例的低密度高刚性高韧性聚丙烯材料组成(以重量份数计)
[0060][0061]
续表1
[0062][0063][0064]
上述低密度高刚性高韧性聚丙烯材料的制备方法具体如下：
[0065]
将各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在200℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述低密度高刚性高韧性聚丙烯材料，其中，螺杆转速为500转/分。
[0066]
对比例1～6
[0067]
一种聚丙烯材料，按重量份数计，包括以下组分：
[0068]
聚丙烯树脂；聚烯烃弹性体；无机填料；乙烯丙烯嵌段共聚物；抗氧剂，光稳定剂和润滑剂；
[0069]
其中各组分的具体含量如下表2所示。
[0070]
表2各对比例的聚丙烯材料组成(以重量份数计)
[0071]
组分123456聚丙烯树脂1606060606060聚烯烃弹性体1202020 1713无机填料1152010151515乙烯丙烯嵌段共聚物1
ꢀꢀꢀ
20812抗氧剂0.20.20.20.20.20.2光稳定剂0.20.20.20.20.20.2润滑剂0.20.20.20.20.20.2
[0072]
上述聚丙烯材料的制备方法具体如下：
[0073]
将各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在200℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述低密度高刚性高韧性聚丙烯材料，其中，螺杆转速为500转/分。
[0074]
结果检测
[0075]
(1)密度：按照iso 118-2001进行测试。
[0076]
(2)弯曲模量：按照iso 178-2001进行测试、弯曲速度2mm/min。
[0077]
(3)悬臂梁缺口冲击强度：按照iso 180-2001进行测试，缺口类型为a型。
[0078]
各实施例的具体检测结果如下表3所述：
[0079]
表3各实施例的低密度高刚性高韧性聚丙烯材料的性能测试结果
[0080][0081]
续表3
[0082]
组分11121314151617密度(g/cm3)0.9671.0001.0011.0021.0021.0011.001弯曲模量(mpa)1290153515551551137815481555悬臂梁缺口冲击强度(kj/m2)59585153566056
[0083]
各对比例的具体检测结果如下表4所述：
[0084]
表4各对比例的聚丙烯材料的性能测试结果
[0085]
组分123456密度(g/cm3)1.0021.0410.9631.0011.0011.001弯曲模量(mpa)138016001210155515801400悬臂梁缺口冲击强度(kj/m2)554951324056
[0086]
从实施例1、6～10与对比例1可以看出，通过加入一定含量8～12份的乙烯丙烯嵌段共聚物来代替5份的聚烯烃弹性体，材料的冲击强度下降不明显，但是弯曲模量显著提高。这主要是因为乙烯丙烯嵌段共聚物可以很好地改善聚丙烯树脂和聚烯烃弹性体的相容性，可以保证等同冲击强度的前提下大大降低聚烯烃弹性体的用量。
[0087]
将实施例1、实施例6和实施例7和对比例2一起相比，材料刚性和韧性下降较少但也能满足制件基本要求的前提下，材料密度由1.041g/cm3降低到1.001～1.003g/cm3，密度降低3.8％，4kg的制件可以降低152g，轻量化的效果还是很显著。
[0088]
将实施例11和对比例3放在一起对比，在考虑材料刚性可以适度降低14.7％的基础上，材料密度由1.04g/cm3降低到0.967g/cm3，4kg的制件可以降低490g。
[0089]
从对比例4和对比例1可以看出，基体树脂和填料的量相同时，加入同样重量的乙烯丙烯嵌段共聚物和聚烯烃弹性体，乙烯丙烯嵌段共聚物对冲击强度的提高幅度小于聚烯烃弹性体对冲击强度的提高幅度。
[0090]
从实施例1和对比例5可以看出，聚烯烃弹性体和乙烯丙烯嵌段共聚物的质量比过
高，聚丙烯树脂和弹性体聚烯烃弹性体的相容性较差，冲击强度降低明显、弯曲强度和密度并没有明显变化，难以同时实现密度的降低，以及韧性和刚性的提高。
[0091]
从实施例1和对比例6可以看出，聚烯烃弹性体和乙烯丙烯嵌段共聚物的质量比过低，虽然可以提高聚丙烯树脂和聚烯烃弹性体的相容性，但是聚烯烃弹性体和无机填料的相对含量会降低，因此冲击强度和弯曲模量均有一定程度的降低。
[0092]
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。