一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料及制备方法

摘要

本发明公开了一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料及制备方法，属于高分子改性及材料加工领域，聚丙烯复合材料由质量百分数为40％‑45％一类聚丙烯(PP1)、18％‑23％二类聚丙烯(PP2)、7％‑10％增韧剂(POE)、20％‑23％滑石粉、1％‑1.5％润滑剂、纳米多孔吸附材料1％‑2％组成，汽车内饰用低散发、低气味聚丙烯复合材料的制备方法采用常规的双螺杆挤出机来完成；本发明中采用了一种纳米多孔吸附材料，可以有效吸附聚丙烯复合材料在双螺杆挤出机中因剪切产生的小分子，并在材料的后处理过程中对小分子进行脱挥，从而提高了聚丙烯复合材料的气味性和散发性。

说明书

技术领域

本发明涉及高分子改性及材料加工领域，更具体地说，涉及一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料及制备方法。

背景技术

聚丙烯树脂具有优良的物理机械性能，且质量轻、成本低、原材料来源广泛，因此聚丙烯改性材料被广泛应用于汽车内饰材料。而聚丙烯树脂在挤出共混、熔融注塑的过程中容易发生降解，释放气味小分子，从而导致材料气味下降，进而影响汽车内饰的整体使用环境，甚至影响驾驶员的生命安全。

纳米多孔吸附材料因本身具有超高的孔隙率和比表面积，在加入材料中可以有效吸附材料中的低分子挥发物，并且可以在材料的后处理中进行脱附，从而降低聚丙烯复合材料的低分子挥发物含量，并提高材料的气味性。

专利201310666752.7中提到在聚丙烯复合材料加工过程中添加水母粒，而水母粒为聚丙烯树脂的预发泡颗粒，发泡剂为水，该方法以水母粒作为气提剂，在聚丙烯复合物的加工过程中去除各种挥发性小分子和有机化合物。专利201911333547.2中提到通过添加多巴胺改性纳米二氧化硅和多孔硅酸钙来吸附聚丙烯树脂在挤出过程中因降解产生的挥发性小分子，而多巴胺改性纳米二氧化硅高效的抗氧能力减少了常规聚丙烯树脂改性过程中因加入小分子助剂而产生的气味。

上述方法均在不同程度上解决了聚丙烯复合材料的气味性能，然而，上述方法所采用的吸附剂孔隙率较低，较难提供有效的吸附效果，且添加的吸附数量较多，往往会影响到聚丙烯复合材料的综合力学性能及材料的最终使用性能。

因此，本发明中向聚丙烯树脂中加入纳米多孔二氧化硅作为高效吸附剂，可以有效吸附聚丙烯树脂及助剂在挤出加工过程中所产生的气味小分子，并且在聚丙烯复合材料的后处理过程中，有效脱挥，进而很好地提高了聚丙烯复合材料的气味性。而且，纳米多孔二氧化硅通过溶胶-凝胶、超临界二氧化碳萃取得到，超临界二氧化碳具有极高的扩散系数，且本身无味，在萃取过程中可以高效地提取出溶胶-凝胶过程中加入的正硅酸乙酯及其副产物、无水乙醇、氨水等反应物、反应产物和溶剂，同时赋予了纳米多孔二氧化硅极高的孔隙率，已达到高效的吸附效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料及制备方法，本发明采用了一种纳米多孔吸附材料，可以有效吸附聚丙烯复合材料在双螺杆挤出机中因剪切产生的小分子，并在材料的后处理过程中对小分子进行脱挥，从而提高了聚丙烯复合材料的气味性和散发性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料及制备方法，所述聚丙烯复合材料由以下质量百分比的原材料组成：

作为本发明的一种优选方案，所述纳米多孔吸附材料为一种纳米多孔二氧化硅材料。

作为本发明的一种优选方案，所述纳米多孔二氧化硅材料的制备方法为超临界二氧化碳干燥，其具体操作方法如下：

S1：将正硅酸乙酯、无水乙醇、稀释酸溶液按照体积比为2:4:1的比例进行共混，首先将正硅酸乙酯与无水乙醇进行充分共混，然后缓慢加入稀释酸溶液，并加速搅拌，混合完毕后进行23℃、24h的熟化；

S2：向熟化后的混合溶液中加入氨水，可通过控制滴加速率来控制凝胶速率；

S3：待溶液完全凝胶后，将混有凝胶的溶液放入高压反应釜中，通过二氧化碳超临界干燥，最终获得纳米多孔二氧化硅材料。

作为本发明的一种优选方案，所述一类聚丙烯为共聚聚丙烯树脂，在温度为230℃、载荷为2.16kg的测试条件下，所述一类聚丙烯熔体流动速率为 50-60g/10min。

作为本发明的一种优选方案，所述二类聚丙烯为高冲击的共聚聚丙烯树脂，在温度为230℃、载荷为2.16kg的测试条件下，所述二类聚丙烯熔体流动速率为15-20g/10min。

作为本发明的一种优选方案，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-己烯共聚物中的一种或几种，在温度为230℃、载荷为2.16kg的测试条件下，所述增韧剂熔体流动速率为5-10g/10min。

一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料的制备方法，包含以下步骤：

S1：按照所述比例将称取的原材料在高速混料锅中进行共混以得到预混物；

S2:将预混物加入到同向双螺杆挤出机中进行塑化共混、冷却造粒，最终得到低散发、低气味聚丙烯复合材料。

作为本发明的一种优选方案，所述双螺杆挤出机为同向啮合说螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的挤出温度为190℃-210℃，真空度在0.1MPa以上，螺杆转速在550-650r/min。

本发明的有益效果：

(1)本发明中采用的纳米多孔吸附材料为纳米多孔二氧化硅材料，是通过溶胶-凝胶法、超临界二氧化碳干燥后得到一种高孔隙率、高比表面积的纳米多孔吸附材料，少量添加就可以有效吸附聚丙烯材料在挤出改性过程中产生的低分子挥发物，并且在改性聚丙烯材料的后处理中有效脱挥，从而提高了改性聚丙烯材料的气味性和散发性。

(2)本发明使用两种不同熔指的聚丙烯树脂复合使用，能够均衡改性聚丙烯材料的流动性，降低挤出共混改性时的热降解，并且降低材料使用过程中出现外观异常的风险。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料及制备方法，聚丙烯复合材料由以下质量百分比的原材料组成：

纳米多孔吸附材料为一种纳米多孔二氧化硅材料。

纳米多孔二氧化硅材料的制备方法为超临界二氧化碳干燥，其具体操作方法如下：

S1：将正硅酸乙酯、无水乙醇、稀释酸溶液按照体积比为2:4:1的比例进行共混，首先将正硅酸乙酯与无水乙醇进行充分共混，然后缓慢加入稀释酸溶液，并加速搅拌，混合完毕后进行23℃、24h的熟化；

S2：向熟化后的混合溶液中加入氨水，可通过控制滴加速率来控制凝胶速率；

S3：待溶液完全凝胶后，将混有凝胶的溶液放入高压反应釜中，通过二氧化碳超临界干燥，最终获得纳米多孔二氧化硅材料。

一类聚丙烯为共聚聚丙烯树脂，在温度为230℃、载荷为2.16kg的测试条件下，一类聚丙烯熔体流动速率为50-60g/10min。

二类聚丙烯为高冲击的共聚聚丙烯树脂，在温度为230℃、载荷为2.16kg 的测试条件下，二类聚丙烯熔体流动速率为15-20g/10min。

增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-己烯共聚物中的一种或几种，在温度为 230℃、载荷为2.16kg的测试条件下，增韧剂熔体流动速率为5-10g/10min。

一种汽车内饰用低散发低气味聚丙烯复合材料的制备方法，包含以下步骤：

S1：按照比例将称取的原材料在高速混料锅中进行共混以得到预混物；

S2:将预混物加入到同向双螺杆挤出机中进行塑化共混、冷却造粒，最终得到低散发、低气味聚丙烯复合材料。

双螺杆挤出机为同向啮合说螺杆挤出机，双螺杆挤出机的挤出温度为 190℃-210℃，真空度在0.1MPa以上，螺杆转速在550-650r/min。

本发明中采用的纳米多孔吸附材料为纳米多孔二氧化硅材料，是通过溶胶-凝胶法、超临界二氧化碳干燥后得到一种高孔隙率、高比表面积的纳米多孔吸附材料，少量添加就可以有效吸附聚丙烯材料在挤出改性过程中产生的低分子挥发物，并且在改性聚丙烯材料的后处理中有效脱挥，从而提高了改性聚丙烯材料的气味性和散发性。

本发明使用两种不同熔指的聚丙烯树脂复合使用，能够均衡改性聚丙烯材料的流动性，降低挤出共混改性时的热降解，并且降低材料使用过程中出现外观异常的风险。

下列实施例中使用的试剂型号和生产厂家如下：

一类聚丙烯树脂为BX3900(韩国SK集团)或755KNE2(埃克森美孚(中国)投资有限公司广州分公司)；

二类聚丙烯树脂为8285E1(埃克森美孚(中国)投资有限公司广州分公司)或BA238A(韩国巴塞尔集团)；

增韧剂为POE XUS58750(美国陶氏化学集团)或POE 8613L(韩国SK 集团)；

滑石粉为HAR T84(LUZENAC)或HTPultra5L(IMIFABI)；

润滑剂为硅酮MB50-001(美国道康宁有限公司)或耐刮擦剂HG-600S (浙江佳华精化股份有限公司)；

纳米多孔吸附材料为自制产品，使用正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水混合制备凝胶液，通过溶胶-凝胶法得到凝胶后，使用超临界二氧化碳干燥，最终得到纳米多孔二氧化硅材料，具体如下：

(1)将正硅酸乙酯、无水乙醇、稀释酸溶液按照体积比为2:4:1的比例进行共混，首先将正硅酸乙酯与无水乙醇进行充分共混，然后缓慢滴加稀释酸溶液，并加速搅拌，混合完毕后进行23℃、24h的熟化；

(2)向熟化后的混合溶液中加入氨水，可通过控制滴加速率来控制凝胶速率；

(3)待溶液完全凝胶后，将混有凝胶的溶液放入反应釜中，通过二氧化碳超临界干燥，最终获得纳米多孔二氧化硅材料。

上述试剂只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。

一种汽车内饰用低散发、低气味聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照所述比例将称取的原材料在高速混料锅中进行共混以得到预混物，混合机的转速为650r/min，混合时间为4min；

(2)将预混物加入到同向啮合双螺杆挤出机料斗中，然后经过喂料螺杆加入到螺杆直径为65mm的双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各部分的温度分别为70℃、190℃、190℃、200℃、200℃、210℃、210℃、200℃、200℃、 190℃、210℃，模头温度为210℃。经650r/min双螺杆剪切，混炼塑化后，由模头挤出、拉条、水冷、切粒、干燥和打包，获得低气味、低散发聚丙烯改性材料。

各实施例和对比例所用物料配比如下表1所示：

表1各实施例和对比例所用物料配比

备注：上述实施例1中，PP1为BX3900,PP2为BA238A，POE为POE 8613L，滑石粉为HTPultra5L，润滑剂为硅酮MB50-001，纳米多孔吸附材料为自制产品；

上述实施例2中，PP1为BX3900，PP2为7555KNE2，POE为POE 8613L，滑石粉为HART84，润滑剂为耐刮擦剂HG-600S，纳米多孔吸附材料为自制产品；

上述实施例3中，PP1为8285E1，PP2为7555KNE2，POE为POE XUS58750，滑石粉为HART84，润滑剂为硅酮MB50-001，纳米多孔吸附材料为自制产品；

上述实施例4中，PP1为8285E1，PP2为BA238A，POE为POE XUS58750，滑石粉为HTPultra5L，润滑剂为耐刮擦剂HG-600S，纳米多孔吸附材料为自制产品；

上述对比例1中，PP1为BX3900，PP2为BA238A，POE为POE XUS58750，滑石粉为HTPultra5L，润滑剂为硅酮MB50-001；

上述对比例2中，PP1为BX3900，PP2为BA238A，POE为POE XUS58750，滑石粉为HART84，润滑剂为硅酮MB50-001；

在测试材料气味前要对材料粒子进行后处理，后处理条件为120℃/8h；

上述实施例和对比例制得的材料的性能检测及检测条件如下：材料的密度按照ISO 1183-1标准测试，测试条件为23℃，使用酒精密度测试仪；拉伸拉伸按照ISO 527-2标准测试，样条形状为哑铃型样条，其中测试速度为 50mm/min；弯曲性能按照ISO 178标准测试，其中测试速度为2mm/min，样条形状为长方体样条，样条尺寸为80mm×10mm×4mm；悬臂梁缺口冲击按照ISO 180标准测试，缺口深度为2mm，样条形状为长方体样条，样条尺寸为80mm×10mm×4mm；熔融指数按照ISO 1133-1/2标准测试，测试条件为 230℃，2.16kg；气味评估方法为取40g粒子置于1L的气味瓶中，然后将气味瓶放在80℃烘箱内处理2h，具体气味等级如表2所示。

表2气味等级

实施例1-4和对比例1-2中产品性能，见表3所示。

表3产品力学性能及气味测试结果

根据表3中的数据可以看到，在聚丙烯共混材料中加入纳米多孔吸附材料后，材料的气味性得到了有效地提高，并且材料综合性能并未受到影响。这主要是因为，纳米多孔吸附材料在聚丙烯树脂基础共混的过程中可以吸附树脂因受热分解出的小分子物质，而可以在材料的后处理中进行有效脱挥，最终提高了材料的气味性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。