CN112724537B - 一种高粘结性能的改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高粘结性能的改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。该改性聚丙烯复合材料包括以下组分：聚丙烯40‑80份、滑石粉20‑50份、橡胶增韧剂1‑10份、相容剂0.5‑1.5份、抗氧剂0.1‑1.5份、偶联剂0.1‑3份、润滑剂0.1‑1.5份和极性添加剂0.1‑2份，其中：滑石粉粒径为3‑15μm；极性添加剂为具有长碳链结构的二乙醇胺，所述长碳链结构为碳10以上的碳链结构。通过将所有原料混合后，经熔融挤出后冷却造粒制备得到。该改性聚丙烯材料具备较好的力学性能，且表面状态良好，粘接效果优异，用于塑料后背门时具有良好的粘结应用效果。

Description

一种高粘结性能的改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于聚丙烯复合材料技术领域，具体涉及一种高粘结性能的改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

塑料材料作为汽车工业的主要原材料之一，其优势在于优秀的材料特性、良好的经济性和大量供应的可能性。汽车轻量化也是目前的一大主题，由于未来轿车越来越轻，在高强度结构件中塑料材料的使用也越来越多。近年来越来越多汽车采用塑料前端模块、塑料后背门代替常规使用的钣金焊接零件。聚丙烯因其具有密度小、强度高、硬度大、耐磨、耐弯曲疲劳、耐热温度高、耐湿和耐化学性优良、容易加工成型、价格低廉等优点一直是汽车工业和塑料工业关注的焦点。后背门作为外饰中的大型零件，单件重量在10-20kg，使用塑料材料可以减重30-40％，而改性聚丙烯材料是塑料后背门的首先材料，一般外板使用改性聚丙烯、内板使用长玻纤增强聚丙烯材料。使用改性聚丙烯做外板获得了刚性更高，韧性较好，收缩率更低、同时外观良好的后背门外板；使用长玻纤增强聚丙烯材料做内板，玻纤增强聚丙烯材料的刚性更好，能够很好的满足功能要求同时避免了外观不良的问题。外板使用改性聚丙烯、内板使用长玻纤增强聚丙烯材料粘接复合成一个可以很好的满足功能件要求的塑料后背门零件。

聚丙烯是一种非极性材料，其表面张力低，而塑料后背门需要与周边零件，包括塑料后背门内板、后风窗玻璃等的多方面粘接，粘接效果验证非常重要，因此，提高聚丙烯材料的表面张力，是塑料后背门外表面成为极性状态，才能保证粘接效果良好。通过加入了一定量的相容剂、表面枝接、添加极性物质来改善表面状态，使粘接性能满足塑料后背门粘接强度要求。

常用的提高聚丙烯极性的方法有表面接枝法、表面交联法、表面涂覆改性法等表面处理方法。以上的改性方法均可以有效地提高聚丙烯料的极性，但均是表面处理方法，存在着加工工艺复杂或者改性成本过高的问题。通过添加极性物质共混法，制造改性聚丙烯材料，也可以大幅度提高聚丙烯材料极性，同时可以保持优良的力学性能。但是通过单纯的添加极性物质共混法，制造改性聚丙烯材料，存在着抗拉强度、刚性、断裂伸长率较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高粘结性能的改性聚丙烯材料及其制备方法和应用。该改性聚丙烯材料具备较好的力学性能，且表面状态良好，粘接效果优异，用于塑料后背门时具有良好的粘结应用效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

提供一种高粘结性能的改性聚丙烯复合材料，按质量份数计，包括以下组分：聚丙烯40-80份、滑石粉20-50份、橡胶增韧剂1-10份、相容剂0.5-1.5份、抗氧剂0.1-1.5份、偶联剂0.1-3份、润滑剂0.1-1.5份和极性添加剂0.1-2份，其中：

所述滑石粉粒径为3-15μm；

所述极性添加剂为具有长碳链结构的二乙醇胺，所述长碳链结构为碳10以上的碳链结构。

上述方案中，使用橡胶增韧剂对聚丙烯材料增韧；添加大分子的极性添加剂增加改性聚丙烯表面活性基团，通过-OH基团，可以显著提升表面张力，同时采用分子量较大的助剂避免过多小分子析出在改性聚丙烯表面；使用粒径较大的滑石粉保证滑石粉均匀分散，在力学性能增强的同时增加改性聚丙烯表面粗糙度，使改性聚丙烯注塑成型后具有比较高的表面张力。本发明在确保改性聚丙烯材料力学性能满足要求的前提下，明显提高了改性聚丙烯的粘接性能，使粘接性能满足塑料后背门要求。

按上述方案，按质量份数计，所述的改性聚丙烯复合材料包括以下组分：聚丙烯45-75份，滑石粉20-45份，橡胶增韧剂1-8份，相容剂0.5-1.5份，抗氧剂0.1-1.5份，偶联剂0.5-1.5份，润滑剂0.1-1.5份，极性添加剂0.1-1份。

按上述方案，所述聚丙烯为熔融指数为8g/10min～100g/10min的共聚聚丙烯或均聚聚丙烯的一种或者两种以上的掺混物。

按上述方案，所述橡胶增韧剂为三元乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶、乙烯辛烯共聚物中的一种或两种以上组合。

按上述方案，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物(PP-g-MAH)、聚丙烯-丙烯酸接枝物(PP-g-MAA)、聚丙烯-甲基丙烯酸接枝物(PP-g-MAA)中的一种或者几种；相容剂可以有效改善聚合物和滑石粉的相容性。

按上述方案，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；其中主抗氧剂选自受阻酚中的一种或者几种，优选为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1330或抗氧剂3114；辅抗氧剂选自亚磷酸盐或硫酯类抗氧剂中的一种或者几种，优选为抗氧剂168或抗氧剂DSTP。

按上述方案，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂中的至少一种，硅烷偶联剂优选KH550或KH560。

按上述方案，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸、聚乙烯蜡和半精制石蜡中的一种或者几种。可以提高滑石粉在聚丙烯材料中的分散性，使滑石粉均匀分散，避免团聚。

按上述方案，所述极性添加剂为十二烷基二乙醇胺或十六烷基二乙醇胺。

一种高粘接性能的改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯、滑石粉、橡胶增韧剂、相容剂、抗氧剂、偶联剂、润滑剂和极性添加剂一起加入高速混合机中混合均匀，转速为500-3000r/min，时间为5-20分钟，得到混合物料；

(2)将步骤(1)中的混合物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒即得高粘接性能的改性聚丙烯材料；其中，双螺杆挤出机加工温度第一区到第六区温度设定分别为100～120℃、120～140℃、140～160℃、160～180℃、180～200℃、180～200℃，机头温度为180～210℃，双螺杆挤出机的主机转速为300-1000转/min。

提供上述高粘接性能的改性聚丙烯复合材料在制备塑料后背门中的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的改性聚丙烯复合材料，使用橡胶增韧剂对聚丙烯材料增韧；添加大分子的极性添加剂增加聚丙烯表面活性基团，显著提升表面张力，同时分子量大避免过多小分子在改性聚丙烯表面析出；使用粒径较大的滑石粉力学性能增强的同时增加改性聚丙烯表面粗糙度，使复合材料具有较高的表面张力；相容剂也可提高改性聚丙烯的极性；此外配合抗氧剂、偶联剂和润滑剂，所得改性聚丙烯复合材料表面张力大，粘接强度和粘接性能有显著提升，同时还具备较好的力学性能和表面状态，满足外观零件要求，满足汽车塑料后背门对材料的要求，实现了汽车的轻量化。

2.本发明通过将所有原料混合后，经熔融挤出后冷却造粒即可制备得到高粘结性能的改性聚丙烯复合材料，制备简单，易于控制，所得改性聚丙烯复合材料可广泛应用于汽车工业中需要进行大面积粘胶试验的塑料后背门外板等零件，具有显著轻质高强，外观优良的效果。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。

实施例1-4和对比例1-2

提供一种高粘接性能的改性聚丙烯材料，实施例1-4以及对比例1-2的原料配比见表1，除另有说明外，份是指重量份。

上述高粘接性能的改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称取原料；

(2)将聚丙烯、滑石粉、橡胶增韧剂、相容剂、抗氧剂、偶联剂、润滑剂和极性添加剂一起加入高速混合机中混合均匀，转速为500-3000r/min，时间为5-20分钟，得到混合物料；

(3)将步骤(2)中的混合物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒；双螺杆挤出机加工温度第一区到第六区温度设定分别为100～120℃、120～140℃、140～160℃、160～180℃、180～200℃、180～200℃，机头温度为180～210℃。双螺杆挤出机的主机转速为300-1000转/min。

表1实施例1-4和对比例1-2的原料配比(重量份)

其中上述实施例1-4和对比例1-2中使用的共聚聚丙烯为乙烯-丙烯共聚物，1-3％的乙烯无规则的分布在丙烯中。

实施例1-4和对比例1-2制备的改性聚丙烯复合材料注塑成型，使用某公司同一种内外板粘接胶粘剂，将样条制作成剪切试样(参考标准GB/T 7124)，做粘接验证试验；对比力学性能、表面张力、粘接强度(剪切试验结果)和剪切试验中胶粘剂的破坏模式(满足标准要求的破坏模式是70％以上胶粘剂内聚破坏)，其结果如表2所示。

表2实施例1-4和对比例1-2制备的改性聚丙烯复合材料的性能测试

从表2中可以看出：与对比例1-2中传统改性聚丙烯复合材料相比，本发明实施例1-4中的高粘结性能的改性聚丙烯复合材料，保留良好的外观形态、力学性能的同时，具有优良的粘接性能。与使用小粒径滑石粉、不加入长碳链二乙醇胺极性添加剂所得的改性聚丙烯材料(对比例1-2)相比，本发明使用橡胶增韧剂对聚丙烯材料增韧，添加大分子的极性添加剂长碳链二乙醇胺增加改性聚丙烯表面活性基团，采用分子量较大的添加剂避免过多小分子析出在改性聚丙烯表面，同时使用粒径较大的滑石粉力学性能增强的同时增加改性聚丙烯表面粗糙度，使改性聚丙烯注塑成型后具有比较高的表面张力，使粘接强度和粘接性能显著提高；本发明所得是一种综合性能优良的轻量化改性聚丙烯复合材料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高粘结性能的改性聚丙烯复合材料在制备塑料后背门中的应用，其特征在于，

所述高粘结性能的改性聚丙烯复合材料，按质量份数计，包括以下组分：聚丙烯40-80份、滑石粉20-50份、橡胶增韧剂1-10份、相容剂0.5-1.5份、抗氧剂0.1-1.5份、偶联剂0.1-3份、润滑剂0.1-1.5份和极性添加剂0.1-0.2份，其中：

所述滑石粉粒径为3-15μm；

所述极性添加剂为具有长碳链结构的二乙醇胺，所述长碳链结构为碳10以上的碳链结构；

所述聚丙烯为熔融指数为8g/10min~100g/10min的共聚聚丙烯或均聚聚丙烯的一种或者两种以上的掺混物；

所述橡胶增韧剂为三元乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶、乙烯辛烯共聚物中的一种或两种以上组合；

所述高粘结性能的改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将聚丙烯、滑石粉、橡胶增韧剂、相容剂、抗氧剂、偶联剂、润滑剂和极性添加剂一起加入高速混合机中混合均匀，转速为500-3000r/min，时间为5-20分钟，得到混合物料；

(2) 将步骤(1)中的混合物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒即得高粘结性能的改性聚丙烯复合材料；其中，双螺杆挤出机加工温度第一区到第六区温度设定分别为100~120℃、120~140℃、140~160℃、160~180℃、180~200℃、180~200℃，机头温度为180~210℃，双螺杆挤出机的主机转速为300-1000转/min。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，按质量份数计，所述高粘结性能的改性聚丙烯复合材料包括以下组分：聚丙烯45-75份，滑石粉20-45份，橡胶增韧剂1-8份，相容剂0.5-1.5份，抗氧剂0.1-1.5份，偶联剂0.5-1.5份，润滑剂0.1-1.5份，极性添加剂0.1-0.2份。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物、聚丙烯-丙烯酸接枝物或聚丙烯-甲基丙烯酸接枝物中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯类偶联剂中的至少一种；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸、聚乙烯蜡或半精制石蜡中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；其中所述主抗氧剂选自受阻酚中的一种或者几种，所述辅抗氧剂选自亚磷酸盐或硫酯类抗氧剂中的一种或者几种。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述受阻酚为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1330或抗氧剂3114；辅抗氧剂为抗氧剂168或抗氧剂DSTP。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述极性添加剂为十二烷基二乙醇胺或十六烷基二乙醇胺。