本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，具体涉及一种具有释放负离子功能的长纤维增强聚丙烯复合材料，以及该长纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术：
与短纤维增强聚丙烯复合材料相比，长纤维增强聚丙烯复合材料的玻纤保留长度大，具有强度高、耐冲击性能好、使用温度高等优点。长纤维增强聚丙烯复合材料在生产和使用性能上的优势使其在汽车、机电、家电、建筑等领域有广泛的应用前景。
负离子粉末被广泛应用于纺织、涂料、陶瓷建材、饮水净化、污水处理、日用化工、食品包装、保健品及电子产品等领域。通过加入负离子粉末使产品具有能产生负离子、远红外线、抗静电、消除异味以及杀菌等功能。
随着长纤维增强聚丙烯复合材料在汽车、家电产品上的广泛应用，以及人们提高了相关材料中对身体健康、生活环境影响的关注，具有有利身体健康、环境友好的材料已成为目前材料开发的方向之一。专利文献CN201110443076.8通过反应挤出方法制备了一种低挥发性有机化合物(VOC)的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，满足了对汽车做为内饰材料的要求。专利文献CN201310660155.3使用以高熔体发泡聚丙烯(PP)为载体的水母粒作为气提剂，有效的去除了加工中产生的各种挥发性小分子和有机化合物，使得复合材料具有低气味、机械强度高等特点。
但是，这些高性能复合材料虽具有较低的VOC含量，却不能满足对人体产生健康功效的更高要求。专利文献CN201110379381.5在空调出风口的栅栏叶片中涂覆含有电气石功能材料物质，形成电气石功能层，并且通过与风扇气流的摩擦产品大量的负离子，起到了抗菌、抑菌以及除味的作用，对人体能产生环保健康的功效。然而，通过栅栏叶片中涂覆的方式增加了制作的复杂性，且存在粘结不足的风险，在长期使用和反复清洗过程容易脱落，无法达到长期使用的效果。
现有在汽车、家电领域使用的长纤维增强聚丙烯复合材料中虽能满足低VOC含量要求，但无法满足复合材料对人体能产生健康功效的更高要求。因此，急需一种健康型、能释放负离子功效的长纤维增强聚丙烯复合材料，所述长纤维增强聚丙烯复合材料在风轮产品的应用中能通过自身负离子主动释放功效及气流摩擦被动释放效应的叠加，在空调、新风系统的风轮以及风扇部件中使用尤佳，并且具有长效性。
技术实现要素：
本发明示例实施方式的目的在于解决现有技术中存在的上述和其它的不足。本发明的技术目的是克服目前技术中存在的不足，通过加入负离子粉末使得长纤维增强聚丙烯材料在保持较高机械性能的同时具有释放负离子功能，使得在汽车、家电的应用中更加环保健康。
一方面，本发明的示例实施方式涉及一种聚丙烯复合材料，以重量份计，所述复合材料包含：
在一些实施方式中，所述长纤维选自玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的一种或多种，或者所述长纤维选自玻璃纤维，或者所述长纤维选自无碱玻璃纤维。
在一些实施方式中，所述负离子粉末选自电气石粉、笼芯陶白碳粉、桂宝石粉和稀土元素类矿粉中的至少一种；优选地，所述负离子粉末经过表面改性剂改性处理，改性负离子粉末的平均粒径小于等于20μm。
在一些实施方式中，所述聚丙烯熔体流动速率在230℃温度和2.16kg力的压力下大于等于10克/10分钟。
在一些实施方式中，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯和丙烯酰胺接枝聚丙烯中的至少一种。
在一些实施方式中，所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类和硫代酯类中的至少一种。
在一些实施方式中，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺类、硬脂酸类、硅酮粉和聚烯烃蜡的至少一种。
另一方面，本发明的示例实施方式涉及一种制备本发明所述聚丙烯复合材料的方法，所述方法包括：
(1)将聚丙烯、任选的润滑剂以及任选的抗氧剂均匀混合，提供预混料1；
(2)将任选的相容剂、任选的润滑剂及负离子粉末均匀混合，提供预混料2；
(3)将预混料1和预混料2再次均匀混合后，进行熔融挤出、浸渍连续纤维；和
(4)冷却后切粒，提供粒料；其中，所述粒料的纤维含量为20wt％～60wt％，粒料的纤维长度为5mm～15mm。
在一些实施方式中，所述熔融挤出在温度区间为180～250℃，浸渍模头温度区间为180～250℃的挤出机中进行。
在一些实施方式中，所述负离子粉末经过表面改性剂改性处理，其中，所述表面改性剂选自偶联剂、液体石蜡和有机硅中的至少一种。在本发明中，所述表面改性处理改善了本发明负离子粉末与复合材料的相容性，可以提高聚丙烯复合材料的力学性能及负离子释放的均匀性和长效性。
相比现有技术中的聚丙烯复合材料，本发明长纤维增强聚丙烯复合材料具有良好的机械性能以及具有释放负离子功能，可应用于汽车配件、家电配件等，尤其在风轮产品的使用更佳。
通过下面的详细描述以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。
具体实施方式
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“预混料1”、“预混料2”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
术语“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
术语“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。如本文所使用，“有”、“具有”、“包括”、“正包括”、“包含”、“正包含”等用在其开口端的意义，并且通常意思是“包括，但不限于”。将理解的是：“基本上由...组成”、“由......组成”等被归入在“包含”等中。例如，“包括”聚丙烯、长纤维和负离子粉末的聚丙烯复合材料可能是“由”聚丙烯、长纤维和负离子粉末“组成”或“基本上由”聚丙烯、长纤维和负离子粉末“组成”的聚丙烯复合材料。
词语“优选的”和“优选地”指的是在某些情况下可能提供某些优势的实施例。然而，在相同或其它情况下，其它实施例也可能是优选的。此外，一个或多个优选的实施例的叙述并不暗示其它实施例没有用，并且不旨在从包括权利要求的公开的范围中排除其它实施例。
在本文中，术语“长纤维”是指复合材料中纤维的长度至少约为1mm～25mm、3mm～20mm或者5mm～15mm。在一些实施方式中，所述长纤维包括，但不限于玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维。在一些实施方式中，所述长纤维选自玻璃纤维。在优选的实施方式中，所述长纤维选自无碱玻璃纤维。
在一些实施方式中，以重量份计，所述聚丙烯复合材料包含40～80份、40～70份、40～60份、40～50份、50～80份、60～80份、70～80份、35～75份、45～75份、55～65份或60～70份的聚丙烯。在本发明中，所述聚丙烯可以是市售的，例如，商品名为Sabic B100ML的聚丙烯。
在一些实施方式中，所述聚丙烯熔体流动速率在230℃温度和2.16kg力的压力下大于等于10克/10分钟、大于等于15克/10分钟、大于等于20克/10分钟、大于等于25克/10分钟、或大于等于30克/10分钟。
在一些实施方式中，以重量份计，所述聚丙烯复合材料包含20～60份、20～50份、20～40份、20～30份、30～60份、30～50份、30～40份或40～50份的长纤维。在本发明中，所述长纤维可以是市售的，例如，商品名为PPGTufrov 4575的无碱玻璃纤维。
在一些实施方式中，所述长纤维选自玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的一种或多种，或者所述长纤维选自玻璃纤维，或者所述长纤维选自无碱玻璃纤维。
在一些实施方式中，以重量份计，所述聚丙烯复合材料包含0.5～10份、0.5～8份、0.5～6份、0.5～4份、0.5～3份、0.5～1份、1～10份、1～8份、1～6份、1～4份、1～3份、3～10份、3～8份、3～6份、3～4份、4～10份、4～8份或4～6份的负离子粉末。
在一些实施方式中，所述负离子粉末选自电气石粉、笼芯陶白碳粉、桂宝石粉和稀土元素类矿粉中的至少一种。
在一些实施方式中，所述负离子粉末可以经过偶联剂、液体石蜡和有机硅中的至少一种进行表面改性。由于负离子粉末为无机物，而基体树脂聚丙烯为有机物，根据相似相容的原理，负离子粉末与聚丙烯相容性差。通过负离子粉末的表面改性后，使得改性负离子粉末含有有机基团，改善了负离子粉末与复合材料的相容性，从而提高了复合材料的力学性能及负离子释放的均匀性和长效性。
在一些实施方式中，所述改性的负离子粉末的平均粒径小于等于20μm、小于等于18μm、小于等于15μm或小于等于10μm。
为了实现本发明聚丙烯复合材料中各组分的相容，在一些实施方式中，以重量份计，所述聚丙烯复合材料包含0.5-10份、0.5～8份、0.5～6份、0.5～4份、0.5～3份、0.5～1份、1～10份、1～8份、1～6份、1～4份、1～3份、3～10份、3～8份、3～6份、3～4份、4～10份、4～8份或4～6份的相容剂。
在一些实施方式中，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯和丙烯酰胺接枝聚丙烯中的至少一种。在本发明中，所述相容剂可以是市售的，例如，商品名为杜邦P613的马来酸酐接枝聚丙烯相容剂。
为了实现本发明聚丙烯复合材料的抗氧化性、避免材料发黄变色，在一些实施方式中，以重量份计，所述聚丙烯复合材料包含0.1～5份、0.1～4份、0.1～3份、0.1～2份、0.1～1份、0.5～5份、0.5～4份、0.5～3份、0.5～2份、0.5～1份、1～5份、1～4份、1～3份、1～2份、2～5份、2～4份、2～3份、3～5份、3～4份或4～5份的抗氧剂。
在一些实施方式中，所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类和硫代酯类中的至少一种。在本发明中，所述抗氧剂可以是市售的，例如，购自巴斯夫的受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168等。
为了便于熔融挤出，在一些实施方式中，以重量份计，所述聚丙烯复合材料包含0.1～2份、0.1～1.5份、0.1～1份、0.1～0.5份、0.5～2份、0.5～1.5份、0.5～1份、1～2份、1～1.5份或1.5～2份的润滑剂。
在一些实施方式中，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺类、硬脂酸类、硅酮粉和聚烯烃蜡的至少一种。在一些实施方式中，所述润滑剂选自硬脂酸钙。在本发明中，所述抗氧剂可以是市售的，例如，购自日本三井的聚乙烯蜡HI-WAX420P。
在一些实施方式中，以重量份计，所述聚丙烯复合材料由以下材料组成：聚丙烯；长纤维；负离子粉末；任选的相容剂；任选的抗氧剂和任选的润滑剂。在一些实施方式中，各组分的含量可以从本发明以上所述的含量范围内任意取值。
在本发明中，所述聚丙烯复合材料的制备方法包括：
(1)将聚丙烯、任选的润滑剂以及任选的抗氧剂均匀混合，提供预混料1；
(2)将任选的相容剂、任选的润滑剂及负离子粉末均匀混合，提供预混料2；
(3)将预混料1和预混料2再次均匀混合后，进行熔融挤出、浸渍连续纤维；和
(4)冷却后切粒，提供粒料；其中，所述粒料的纤维含量为20wt％～60wt％，粒料的纤维长度为5mm～15mm。
在一些实施方式中，预混料1和预混料2再次均匀混合后，经过计量称定量加入至挤出机，例如双螺杆挤出机中。所述挤出机的温度区间为180～250℃，浸渍模头温度区间为180～250℃。
在一些实施方式中，浸渍连续纤维之后，所述纤维再经牵引、冷却后切粒，提供粒料。在一些实施方式中，所述粒料的纤维含量为20wt％～60wt％、20wt％～50wt％、20wt％～40wt％、30wt％～60wt％、30wt％～50wt％或30wt％～40wt％。在一些实施方式中，粒料的纤维长度为1mm～25mm、3mm～20mm或者5mm～15mm。
结合以下实施例可见，本发明实施例中制得的聚丙烯聚合材料相比常规的聚丙烯复合材料具有更好负离子释放功能。
实施例
实施例1
将重量份为66.6份聚丙烯(Sabic B100ML)、0.6份受阻酚类抗氧剂1010(巴斯夫)、0.4份亚磷酸酯类抗氧剂168(巴斯夫)和0.1份硬脂酸钙经高混机混合5分钟，得到预混料1。
与此同时，将重量份为2份马来酸酐接枝聚丙烯相容剂(杜邦P613)、0.1份聚乙烯蜡(日本三井HI-WAX420P)及0.2份改性电气石高混机混合5分钟，得到预混料2。
将预混料2倒入预混料1中再高速混合10分钟后，加入到双螺杆挤出机中熔融混合，挤出机的温度区间为180～230℃。
将熔融的聚丙烯混合物在温度为180～230℃的浸渍槽内浸渍重量份为30份连续的无碱玻璃纤维(PPG Tufrov 4575)。经牵引、冷却和切粒之后，得到长纤维增强的聚丙烯粒料。在该粒料中，玻璃纤维含量为30wt％，长度为12mm。
实施例2
将重量份为66.6份聚丙烯(Sabic B100ML)、0.6份受阻酚类抗氧剂1010(巴斯夫)、0.4份亚磷酸酯类抗氧剂168(巴斯夫)和0.1份硬脂酸钙经高混机混合5分钟，得到预混料1。
与此同时，将重量份为2份马来酸酐接枝聚丙烯相容剂(杜邦P613)、0.1份聚乙烯蜡(日本三井HI-WAX420P)、0.1份改性电气石及0.1份改性稀土元素矿物质粉高混机混合5分钟，得到预混料2。
将预混料2倒入预混料1中再高速混合10分钟后，加入到双螺杆挤出机中熔融混合，挤出机的温度区间为180～230℃。
将熔融的聚丙烯混合物在温度为180～230℃的浸渍槽内浸渍重量份为30份连续的无碱玻璃纤维(PPG Tufrov 4575)。经牵引、冷却和切粒之后，得到长纤维增强的聚丙烯粒料。在该粒料中，玻璃纤维含量为30wt％，长度为12mm。
实施例3
将重量份为65.8份聚丙烯(Sabic B100ML)、0.6份受阻酚类抗氧剂1010(巴斯夫)、0.4份亚磷酸酯类抗氧剂168(巴斯夫)和0.1份硬脂酸钙经高混机混合5分钟，得到预混料1。
与此同时，将重量份为2份马来酸酐接枝聚丙烯相容剂(杜邦P613)、0.1份聚乙烯蜡(日本三井HI-WAX420P)、0.5份改性电气石及0.5份改性稀土元素矿物质粉混机混合5分钟，得到预混料2。
将预混料2倒入预混料1中再高速混合10分钟后，加入到双螺杆挤出机中熔融混合，挤出机的温度区间为180～230℃。
将熔融的聚丙烯混合物在温度为180～230℃的浸渍槽内浸渍重量份为30份连续的无碱玻璃纤维(PPG Tufrov 4575)。经牵引、冷却和切粒之后，得到长纤维增强的聚丙烯粒料。在该粒料中，玻璃纤维含量为30wt％，长度为12mm。
实施例4
将重量份为64.8份聚丙烯(Sabic B100ML)、0.6份受阻酚类抗氧剂1010(巴斯夫)、0.4份亚磷酸酯类抗氧剂168(巴斯夫)和0.1份硬脂酸钙经高混机混合5分钟，得到预混料1。
与此同时，将重量份为2份马来酸酐接枝聚丙烯相容剂(杜邦P613)、0.1份聚乙烯蜡(日本三井HI-WAX420P)、1份改性电气石及1份改性稀土元素矿物质粉高混机混合5分钟，得到预混料2。
将预混料2倒入预混料1中再高速混合10分钟后，加入到双螺杆挤出机中熔融混合，挤出机的温度区间为180～230℃。
将熔融的聚丙烯混合物在温度为180～230℃的浸渍槽内浸渍重量份为30份连续的无碱玻璃纤维(PPG Tufrov 4575)。经牵引、冷却和切粒之后，得到长纤维增强的聚丙烯粒料。在该粒料中，玻璃纤维含量为30wt％，长度为12mm。
对比例1
将重量份为66.8份聚丙烯(Sabic B100ML)、0.6份受阻酚类抗氧剂1010(巴斯夫)、0.4份亚磷酸酯类抗氧剂168(巴斯夫)和0.1份硬脂酸钙经高混机混合5分钟，得到预混料1。
与此同时，将重量份为2份马来酸酐接枝聚丙烯相容剂(杜邦P613)、0.1份聚乙烯蜡(日本三井HI-WAX420P)高混机混合5分钟，得到预混料2。
将预混料2倒入预混料1中再高速混合10分钟后，加入到双螺杆挤出机中熔融混合，挤出机的温度区间为180～230℃。
将熔融的聚丙烯混合物在温度为180～230℃的浸渍槽内浸渍重量份为30份连续的无碱玻璃纤维(PPG Tufrov 4575)。经牵引、冷却和切粒之后，得到长纤维增强的聚丙烯粒料。在该粒料中，玻璃纤维含量为30wt％，长度为12mm。
在本发明中，采用日本ECO EB-15型负离子测试仪测试复合材料的静态表面负离子浓度。以上实施例1-4和对比例1制得的聚丙烯复合材料的力学性能以及表面负离子浓度数据列于下表1中。
表1：
虽然结合特定的实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。