本發明涉及高分子材料改性配方及加工
技術領域：
，尤其涉及一種聚丙烯專用低揮發、耐遷移納米復合防老化母粒及制備工藝。
背景技術：
：聚丙烯材料因其具有良好的剛性和優良的力學性能、耐熱、耐化學腐蝕、易成型加工，良好的表面光澤度，可循環利用等優點，被廣泛的應用在汽車、家電等結構零部件。但聚丙烯(聚丙烯)的耐候性特別差。因為聚丙烯主鏈上的叔碳結構，聚丙烯極易在加工、存儲、使用的過程中因環境中的熱、氧、光、水蒸氣等綜合作用下老化降解，失去光澤、理化性能和使用價值。防老化母粒因其有效成分是受阻胺類光穩定劑，殘存的有機溶劑不可避免的會影響整個聚丙烯材料的voc指標，會存在一些存在污染環境和危害人體健康等問題。《乘用車內空氣質量評價指南》(gb/t27630)于2012年3月1日正式實施，2014年4月24日被正式納入政府環保車型的基本要求。目前，國家環保部開始啟動gb/t27630轉為強制性標準的修訂工作，為應對車內空氣強標的實施，各汽車主機廠也推出相應的企業標準。因此解決防老化母粒揮發，遷移等問題是亟待解決。目前主要通過降低母粒中有效成分的含量或添加大量分散劑解決遷移問題。此種方法的會導致母料使用量增加，增加客戶配方成本。且高濃度防老化母粒需要添加大量的分散劑方能解決因分散不均導致的遷移問題，也未見抑制母粒中殘存揮發性有機物的有效方法。無機納米zno因其具有極小的粒徑，納米粒子具有極高的比表面積和原子配位不足，使納米粒子的具有極強的吸附作用，可以有效吸附母料和聚丙烯配方體系中低分子揮發物，其次納米級的氧化鋅顆粒對uva，uvb波段的紫外線都有很強的屏蔽效果，目前國內只見有復合的無機納米粒子在聚碳酸酯的陽光板中有所應用，但在聚丙烯領域還未見具體使用方法及效果。技術實現要素：針對上述存在的問題，本發明目的在于提供一種適用于汽車內飾用聚丙烯材料的低揮發、耐遷移納米復合防老化母粒及制備工藝。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種聚丙烯專用低揮發、耐遷移納米復合防老化母粒，所述的母粒中各組分的重量份數如下：載體樹脂聚丙烯35～45份，光穩定劑a35～45份，光穩定劑b0～10重量份，紫外線吸收劑20～30重量份，納米氧化鋅1～2重量份，分散潤滑劑0.5～2重量份，表面處理劑0.5～5重量份，其中光穩定劑a為2,2,6,6-四甲基-4-哌啶硬脂酸酯，所述的光穩定劑b為n,n'-雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺與2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪和n-丁基-1-丁胺和n-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的反應產物的聚合物。其中，光穩定劑a的結構為納米氧化鋅在本發明的母粒中主要用于提高材料的紫外線屏蔽效果，防菌，介電性能。納米氧化鋅當尺寸小于50nm時其比表面積高達35m2/g，超高的比表面積給納米氧化鋅帶來超強的吸附功能，本發明利用納米氧化鋅的超強吸附功能，有效控制配方體系低分子有機物的揮發。本發明的載體樹脂聚丙烯為均聚型聚丙烯或共聚型聚丙烯中的一種或幾種的混合物，所述載體樹脂聚丙烯的熔指為5～30g/10min。當熔指低于5時，擠出時熔體壓力過大，增加喂料量容易導致排氣孔位置冒料，影響生產效率；熔指高與30時，由于熔體粘度過低，對助劑的包裹性差，且熔指過高，擠出加工穩定性也很差。本發明的紫外線吸收劑為3，5-二叔丁基-4-羥基-苯甲酸十六烷基酯，其結構式為2908是一種受阻酚類紫外線吸收劑，其的分子鏈段上有個c16h33的聚烯烴碳鏈，分子結構式和3853極為相似，和3853共同使用具有良好的協同作用。使用2908可以有效增加3853和聚丙烯樹脂的相容性，降低加工粘度，減少3853的析出。本發明的納米氧化鋅的粒徑為10～50nm。納米粒子隨著尺寸的縮小，會產生嚴重的團聚現象，而尺寸過大，因納米尺寸帶來的特殊效應又會減弱，因此綜合考慮優選10～50nm本發明的分散潤滑劑為硬脂酸鹽、聚乙烯蠟和n,n’－乙撐雙硬脂酰胺中的一種或幾種的混合物。該三種類型潤滑劑，分子碳鏈主要在c14～c18，分子鏈長度和3853及2908的長度相似，添加這三類潤滑劑效果最佳。本發明的表面處理劑為鈦酸酯類偶聯劑，鋁酸酯類偶聯劑，硅烷偶聯劑中的一種或幾種的混合物。該類型偶聯劑可以有效修飾無機粒子表面，使其表面產生一種有機膜，可以有效的和樹脂結合。一種聚丙烯專用低揮發、耐遷移納米復合防老化母粒的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟：1)將納米氧化鋅粉末在80～120℃的條件下干燥4h后，將納米氧化鋅粉末與表面處理劑按照1:1～3:1的比例投入高速混合機中進行表面修飾，混合速度800～1200rpm/min，溫度為40～60℃，混合時間15～30min后再用超聲波處理15～30min；2)將一定重量比的穩定劑b、紫外線吸收劑和潤滑劑投入高速混合機中混合，混合時間為2～5min，混合速度為800～1200rpm/min；3)將聚丙烯樹脂，步驟2所述混合助劑，加熱至液體狀態的3853分別加入至對應失重計量稱的料斗內；4)利用多段tme結構的同向嚙合型雙螺桿擠出機進行熔融擠出，加工溫度為150～200℃，利用熔體泵增壓技術，配合接入冷水機的水下循環式切粒系統造粒，通過離心甩干機進行水分脫離后，進入三層震動分離機進行合格粒徑篩選，分離出合格母粒，冷卻包裝。本發明所述的步驟4)同向嚙合型雙螺桿擠出機的螺桿長徑比為40～45。本發明限定了擠出機的螺桿長徑比；其中，當螺桿長徑比偏小時，樹脂及助劑機器內塑化相容時間段，塑化混合效果差，擠出的產品相容性不好容易析出；當長徑比過長時，會導致樹脂分子鏈因塑化過度，分子鏈斷裂，樹脂包裹性能差，最終產品容易析出。本發明的同向嚙合型雙螺桿擠出機采用10～15段嚙合剪切區，每區采用45/30，45/60，45/30組合，根據本發明的母粒配方中各組分的組合性能，采用該種組合的剪切方式，其剪切能力更強，塑化混合效果更好。本發明的水下循環式切粒系統造粒的過程中，利用冷水機保證切粒的循環水溫在15～25℃。本發明采用的熔體泵增壓主要針對大組分助劑添加配方系統生產壓力不穩定設置，切粒方式和傳統的擠出冷卻方式不同，使用水下循環切粒系統，通過限定水下切粒的溫度，方便均勻切粒和出料，提高最終產品的成型效果。本發明的優點在于：1)引用了納米氧化鋅的寬波段，高效、長效紫外光屏蔽的能力，其與有機光穩定劑發生協同作用，大大提高了目標產品的耐候能力。2)通過納米氧化鋅的高比表面積，帶來的超強的吸附作用，有效的減少了母粒及后續塑料制品的揮發物含量，滿足產品的低voc需求，符合國家標準。3)通過改性擠出技術的改進，提高助劑和基礎樹脂的相溶性，提高基礎樹脂對助劑包裹能力，通過合適的相容分散劑的選用，有效的改善產品的存儲溫度和耐析出性。4)本發明母粒穩定助劑含量是傳統防老化母粒的兩倍左右。同等添加量情況下，防老化效果好；可以有效降低運輸成本，存儲成本和客戶使用成本。具體實施方式下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細的描述。實施例：步驟一：將平均粒徑為20-40nm的氧化鋅粉末在90～100℃溫度下干燥4h后，按1:1的比例和表面處理劑kh570在50～60℃的溫度下，以800r/min的速度高速混合30min后用超聲波處理30min待用。步驟二：將配方表一、二所述的紫外線吸收劑2908和光穩定劑2020以及ebs潤滑劑按比例在室溫條件下以800r/min的速度高速混合5min后待用。配方表一(無填充聚丙烯材料專用母粒)配方表二(填充聚丙烯材料專用母粒)步驟三：將步驟一、二所制及聚丙烯樹脂分別加入失重稱1、2、3，將加熱融化后的3853加入液體失重稱內，在長徑比為44的雙螺桿擠出機以160～190℃溫度熔融擠出后，通過水下切粒(水溫15～20℃)制備得母粒a(配方一)，母粒b(配方二)。步驟四：制備對比母粒：將上述配方表一、二內除納米氧化鋅粉末和表面處理劑的剩余組分按重量稱取后在15～20℃以800r/min的速度混合5min后，用長徑比為40的普通雙螺桿以160～190℃熔融擠出后，通過傳統水拉條式切粒，制備得母粒c(配方一)，母粒d(配方二)。步驟五：所需材料：注塑級未穩定聚丙烯樹脂，滑石粉，上述步驟三、四制備的穩定母粒a、穩定母粒b、穩定母粒c、穩定母粒按下述配方制得注塑用光穩定聚丙烯顆粒1、光穩定聚丙烯顆粒2、光穩定聚丙烯顆粒3、光穩定聚丙烯顆粒4。表三、注塑用光穩定聚丙烯顆粒配方配方組分聚丙烯樹脂滑石粉色粉包穩定母粒a穩定母粒b穩定母粒c穩定母粒d1(％)70112(％)7028113(％)70114(％)702811步驟六、在相同條件下，將上述注塑用光穩定聚丙烯顆粒注塑成標準色板1、標準色板2、標準色板3、標準色板4，尺寸為140mm*70mm*3.2mm。評價：一、將上述步驟六制備的標準色板1、2、3、4按照某汽車公司標準(pv1303)進行五個周期的光老化實驗后按照(dinen20105-a05)測試色板誤差色差△e，按照(din67530)測量不同色板的光澤度，并計算保留率結果如下(表四)：樣品色差△e光澤度保留率(％)外觀變化10.299.1無開裂，無粉化，無析出20.298.7無開裂，無粉化，無析出30.494.6無開裂，無粉化，無析出40.495.2無開裂，無粉化，無析出二、將上述步驟五制備的光穩定聚丙烯顆粒1、光穩定聚丙烯顆粒2、光穩定聚丙烯顆粒3、光穩定聚丙烯顆粒4，按照某汽車公司檢驗標準(pv3341)對產品的有機化合物排放量進行測試，結果如下(表五)：樣品總碳排放量eg(ugc/g)116.4220.3331.6435.3三、取200g上述步驟三、四制備母粒a、b、c、d裝入1000ml燒杯內，放入50℃鼓風烘箱內一周后取出觀察，結果如下所示：樣品顆粒情況a顆粒干燥，無結塊b顆粒干燥，無結塊c顆粒發黏，表面有明顯析出，杯底少量積液d顆粒發黏，表面有明顯析出，杯底少量積液四、取200g上述步驟三、四制備母粒a、b、c、d裝入1000ml燒杯內，放入105℃鼓風烘箱內2小時后取出，計算揮發分含量，結果如下(表六)：樣品揮發物含量(％)a0.22b0.18c0.42d0.36由上述實施例可以得出以下結論：1)通過表四可得添加少量的納米氧化鋅可以有效的吸收對塑料老化影響最大的紫外光，提高母粒的防老化效果；2)通過表五、表七可得添加少量的納米氧化鋅可以有效的吸附配方體系中的低分子揮發物，降低配方體系的voc含量，滿足國家車輛室內空氣指標。3)通過表一、表二可得本發明設計的防老化母粒有效助劑含量高達55～65％。通過延長加工設備螺桿的長徑比、采取多段嚙合塊剪切、以及采用先進的水下切粒技術和工藝的優化改進，提高了助劑的分散效果，提高了樹脂的包裹性，從而提高了產品的耐溫存儲性和耐析出性，確保母粒在50℃的環境下運輸，存儲及使用的便利性。需要說明的是，上述僅僅是本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的保護范圍，在上述實施例的基礎上所做出的任意組合或等同變換均屬于本發明的保護范圍。當前第1頁12