专利名称：一种低气味玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
一种低气味玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法技术领域
本发明属于材料改性技术领域，具体涉及一种低气味玻璃纤维增强聚丙烯(PP) 复合材料，属于高分子复合材料技术领域。该材料主要应用于气味性能和物理性能要求较 高的车用制件、家电制件等。
背景技术：
改性聚丙烯材料在满足汽车美观、舒适、安全、防腐、轻量化及设计自由度大等方 面起着其它材料无法替代的作用。在众多填充级聚丙烯材料中，玻璃纤维增强PP复合材 料具有高刚性、耐热性、耐化学腐蚀性、耐候及尺寸稳定性等优点，可在一定范围内替代铜、 钢、尼龙等，广泛应用于汽车、电器、电机、家电等领域。玻纤增强聚丙烯复合材料作为汽车 内饰件及部分家电制件使用时，除了要求具有良好的力学性能、加工性能、耐候性能外，还 要有良好的低气味性能。
为了限定内饰件材料气味，世界上各大汽车制造商也着手进行了这方面的研究 工作，并分别形成了对这些挥发性有害物质加以规范和控制的标准，如德国大众汽车公司 VW SPV3900标准，其采用1 6级评价，级别越高，气味越大，小于等于3级才能满足要求。 本专利即采用PV3900对气味进行评级。
玻璃纤维增强聚丙烯复合材料与传统滑石粉等矿物填充的聚丙烯复合材料相比， 其气味来源更加广泛。首先，为提高玻璃纤维与树脂的相容性，市售玻璃纤维表面一般都会 经偶联剂或相应酸酐改性，经改性处理的玻璃纤维带有一定的酸性气味，而市售的滑石粉 则没有气味；同时，为了进一步保证玻璃纤维与聚丙烯树脂基体的相容性，提高力学性能， 在玻纤增强聚丙烯复合物中，经常会添加相容剂，如马来酸酐接枝聚丙烯，此类相容剂中必 然含有未反应的马来酸酐小分子，而且玻璃纤维含量不同，添加的相容剂的比例也不一致， 含有马来酸酐小分子的量也不同，所带来的气味影响也不同；其次，玻纤增强聚丙烯复合材 料在加工过程中，由于玻璃纤维有较高的长径比，其与螺杆之间的摩擦较滑石粉更加剧烈， 所带来的剪切热使得玻纤增强聚丙烯体系温度更高，远远超过滑石粉填充聚丙烯体系，使 得聚丙烯树脂的分解更加剧烈，聚丙烯树脂在较高温度下的热氧化降解产物包括CO，H2O, 甲醛、乙醛、丙酮等其它的醛类和酮类，这些醛酮类化合物带有较为强烈的刺激性气味。再 次，聚丙烯树脂由于引发剂和催化剂体系的存在，以及在加工过程中为了降低聚丙烯树脂 的分解，某些功能助剂，如抗氧剂、耐候剂等的加入，也会引入一定的气味，这部分气味来源 与传统的滑石粉填充体系来源类似。以上多方面共同作用使得玻璃纤维增强聚丙烯复合材 料与滑石粉体系相比，有更多的带有气味性VOC分子的来源，具有更加强烈的刺激性气味， 气味等级往往达到6级，影响其作为汽车内饰件及部分家电制件的使用。
现有技术中降低气味一般采取两种措施1.用低气味替代品来替代那些难闻的 添加剂；2.加入气味抑制剂或吸收剂，包括化学反应及物理吸附方法。
化学反应方法是指一些能与有气味小分子物质反应的添加剂，这些添加剂和小分 子反应，产生分子链大、在一般环境中不能挥发出来的另一种化合物，从而达到抑制气味的目的，例如蓖麻油酸锌是通过螯合醛、酮分子来抑制气味的。对于物理抑制来说，理论上讲， 大量的孔状空洞结构可以对产生气味或其他挥发份的小分子有抑制作用，因此可能对产生 气味的产出各个方面都有抑制效果。而且，随着物理吸附工业的发展，吸附或抑制种类越来 越多。包括活性炭、硅胶、凹凸棒、粘土矿物体系、分子筛、沸石、硅灰石、膨润土等，当它们均 勻分散于树脂体系时，能抑制孔径小于自身微孔的小分子物质从材料中挥发，从而降低气 味。
围绕上述因素，人们做了不少工作，大部分工作集中在解决聚丙烯本身带有 的气味和滑石粉等矿物粉体填充及改性过程中的添加剂所带来的气味问题。专利 USP. 5，106，056中提到采用高温挤出造粒过程中抽真空，并把生产出的造粒料于高温下烘 燥的方法解决在聚丙烯聚合过程中催化体系所带来的气味负面影响；专利USP5，023，286 中提出用氧化锌、二氧化钛解决填充改性聚丙烯中添加的滑石粉的气味问题。检索的专利 中，解决玻璃纤维增强聚丙烯复合材料气味问题的专利却很少见，而且大部分集中在通过 改变注塑工艺或通过物理吸附的方法来达到低气味的目的，如专利KR20070014490提出通 过改善加工方法来得到低气味玻璃纤维增强高分子复合材料；专利200810039827. 8提出 用疏水性分子筛的方法来得到一种低气味的增强尼龙复合材料，效果都不甚理想。发明内容
本发明针对物理吸附及仅改善加工工艺的局限性，采用物理吸附和化学吸附相结 合的方式，有针对性地引入复配气味抑制剂体系，提供了一种低气味玻璃纤维增强聚丙烯 复合材料，其组成按重量百分比计如下
PP 树脂32-91%
玻璃纤维 5 50%
相容剂2 8%
气味抑制剂 1-6%
其它助剂 1_4%。
所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料中PP为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯的一种或 它们的混合物，其熔指为5 60g/10min ；
所述的玻璃纤维公制号为1000-2500特克斯，直径为10_16微米；
所述的相容剂为聚丙烯与不饱和酸或酸酐接枝的低聚物，其熔指为40 130g/10min ；
所述的其它助剂包括抗氧剂、润滑剂、分子量调节剂、光稳定剂中的一种或几种；
由于本发明是针对PP+玻璃纤维增强体系，该体系除了滑石粉填充聚丙烯体系等 常见的气味来源外，还有三个重要的气味来源(1)经过改性的玻纤纤维，其表面必然带有 残留的气味小分子；( 为了提高玻璃纤维和聚丙烯树脂的相容性而添加到体系中的相容 剂，相容剂中含有未反应的酸酐等气味小分子；C3)由于玻璃纤维含有较高的长径比，粒子 较大，在加工过程中与螺杆之间的摩擦所产生的剪切热也更多，使得玻纤增强聚丙烯体系 温度更高，远远超过滑石粉填充聚丙烯体系，聚丙烯树脂在较高温度下的热氧化降解产物 包括CO，H20、甲醛、乙醛、丙酮等其它的醛类和酮类，这些醛酮类化合物带有较为强烈的刺 激性气味。因此，本发明选用的气味抑制剂为蓖麻油酸锌(PY88)、金属氧化物和粘土矿物体系的复配体系，三者质量比例如下
蓖麻油酸锌30%-50%
金属氧化物20%-40%
粘土矿物体系10 % -30 %。
粘土矿物体系为硅藻土、硅石等中的一种或几种；金属氧化物为氧化镁、氧化锌、 氧化铝中的一种或几种。只有该复配气味抑制剂才能大幅度降低玻纤增强聚丙烯材料的气 味，最低气味等级达到3级。
本发明提供的低气味玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法是首先，将制备 玻璃纤维增强聚丙烯复合材料中玻璃纤维以外的其它组分和气味抑制剂预混(预混时间 优选1-3分钟)，然后将混好的料置于双螺杆挤出机主喂料口中，玻璃纤维可从主喂料口与 其它原料共混后一起熔融挤出，或单独从侧喂料口进入，温度控制在220°C 240°C温控条 件下熔融挤出，造粒干燥。
本发明与现有玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比，具有以下优点
1.有针对性地引入复配气味抑制剂来抑制玻纤增强聚丙烯体系的气味，有代表 性地选择蓖麻油酸锌来螯合高温产生的醛酮类小分子物质，选择金属氧化物抑制相容剂及 玻璃纤维中的酸性小分子，并选择粘土矿物体系的物理吸附作用来抑制其它气味物质的挥 发，从而组成蓖麻油酸锌、金属氧化物和粘土矿物体系的复配体系，三种气味抑制剂协同作 用，从而大幅度降低玻纤增强聚丙烯材料的气味，最低气味等级达到3级。
2、本发明复配气味抑制剂的引入对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的机械性能没 有造成影响。
具体实施方式
下面给出实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用 于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人 员根据本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
我们通过对比例1-3考察玻璃纤维增强聚丙烯体系与滑石粉填充聚丙烯体系力 学性能及气味等级，来说明玻纤增强聚丙烯体系与滑石粉填充体系不同，并考察玻纤增强 聚丙烯体系添加相容剂前后力学性能及气味等级，具体配方组成如表1所示，
表1对比例1-3配方组成
权利要求
1.一种低气味玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于由如下组分和重量百分比组成PP 树脂 32-91% 玻璃纤维 5 50% 相容剂 2 8% 气味抑制剂1-6% 其它助剂 1_4%。
2.根据权利要求1所述的低气味玻纤增强复合材料，其特征在于所述的玻璃纤维增 强聚丙烯复合材料中PP为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或它们的混合物，其融指为 5 60g/10mino
3.根据权利要求书1所述的低气味玻纤增强复合材料，其特征在于所述的玻璃纤维 公制号为1000-2500特克斯，直径为10-16微米。
4.根据权利要求书1所述的低气味玻纤增强复合材料，其特征在于所述的相容剂为 聚丙烯与不饱和酸或酐接枝的低聚物，其熔指为40 130g/10min。
5.根据权利要求书1所述的低气味玻纤增强复合材料，其特征在于所述的其它助剂 包括抗氧剂、润滑剂、分子量调节剂、光稳定剂中的一种或几种。
6.根据权利要求书1所述的低气味玻纤增强复合材料，其特征在于气味抑制剂为蓖 麻油酸锌、金属氧化物和粘土矿物体系的复配体系，三者质量配比如下蓖麻油酸锌30%-50% 金属氧化物20%-40% 粘土矿物体系10% -30%。
7.根据权利要求书1所述的低气味玻纤增强复合材料，其特征在于所述金属氧化物 为氧化镁、氧化锌、氧化铝中的一种或几种；粘土矿物体系为硅藻土、硅石中的一种或几种。
8.权利要求书1所述低气味玻纤增强复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步 骤首先，将玻璃纤维以外的其它组分和气味抑制剂预混，然后将混好的料置于双螺杆挤出 机主喂料口中；玻璃纤维从主喂料口与其它原料共混后一起熔融挤出，或单独从侧喂料口 进入，温度控制在220°C 240°C条件下熔融挤出，造粒干燥。
全文摘要
本发明公开了一种低气味玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，由32-91％聚丙烯树脂、5-50％玻璃纤维、2-8％相容剂、1-6％气味抑制剂和1～4％其它助剂组成，经双螺杆挤出机在220～240℃温控条件下熔融挤出造粒，制成低气味增强聚丙烯材料。所述气味抑制剂由蓖麻油酸锌30％-50％；金属氧化物20％-40％和粘土矿物体系10％-30％组成，可通过物理和化学相结合的方法来抑制玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的气味。该方法制备得到的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料气味性能优良，气味等级可降低到3级以内，而且添加气味抑制剂后不影响玻璃纤维增强聚丙烯复合材料本身的物理性能，可拓宽玻璃纤维增强聚丙烯材料的在车用内饰件及部分家电制件应用领域。
文档编号C08K3/34GK102030945SQ20101054346
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者吴国峰, 宁凯军, 杨燕, 罗忠富, 黄达 申请人:上海金发科技发展有限公司, 天津金发新材料有限公司, 绵阳东方特种工程塑料有限公司, 金发科技股份有限公司