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CN1302065C - 一种聚烯烃热塑性弹性体 - Google Patents

一种聚烯烃热塑性弹性体 Download PDF

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Abstract

一种新型聚烯烃热塑性弹性体(TPO)，其主要组分是聚丙烯、乙烯—辛烯共聚弹性体和苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三元嵌段共聚物，添加硫化剂、助交联剂，然后再经双螺杆机动态硫化交联而成种子母料，再加入纳米滑石粉和助剂，经双螺杆机出机挤出造粒而成。本发明TPO力学性能和加工性能优良，产品没有气味，成本较低，适用于制造汽车零部件或其它领域，是一种新型的用途广泛的弹性体材料。

Description

一种聚烯烃热塑性弹性体
技术领域
本发明涉及一种聚烯烃热塑性弹性体。
背景技术
聚烯烃热塑性弹性体(TPO)是高性能的热塑性弹性体材料，具有优良的弹性体特性和良好的加工性能以及优良的耐候性，它作为橡胶的替代产品广泛应用于汽车、电缆、轻纺、建筑和家电等领域。TPO主要由橡胶和聚烯烃构成。橡胶主要有三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)和丁基橡胶，聚烯烃主要是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，目前最常用的是EPDM/PP体系的TPO，对于这一体系的研究比较多，特别是通过动态硫化使EPDM/PP体系弹性体的综合性能不断提高，已有各种机械性能良好、回弹性优异的弹性体产品投放市场。但是，在这一体系中，EPDM碎胶有一定困难，加工流动性能不够好，在一定程度上限制了它的发展。
随着汽车及相关工业的发展，对其零部件所用材料的要求也越来越高，对热塑性弹性体的研究也越来越深入，特别是聚烯烃热塑性弹性体TPO，目前其产量已占热塑性弹性体产量的29％。据报道，采用乙烯—辛烯共聚弹性体(POE)代替EPDM具有明显的优点，因为POE的加工流动性比EPDM橡胶好，它在和PP共混的过程中，很容易和PP混合均匀，而且，不存在碎胶困难的问题。POE/PP体系的TPO已有产品投放市场，如Polyone公司的ElastmaxTPO系列产品。POE/PP体系的/TPO的制造工艺可通过简单共混或动态硫化法，后者比前者制造的产品力学性能更好，特别是拉伸强度有所提高。但是，POE价格较贵，使POE/PP体系的TPO产品成本较高，而且，因为动态硫化法采用过氧化物作为交联剂，在材料加工过程中产生气味，对环境有一定的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的聚烯烃热塑性弹性体TPO材料，主要成分是POE和PP，通过动态硫化交联而成，产品加工流动性好，具有优良的力学性能，成本较低，而且产品没有残留气味，适合用作汽车零部件或其它领域的应用。
本发明是一种新型聚烯烃热塑性弹性体TPO，以聚丙烯(PP)、乙烯—辛烯共聚弹性体(POE)为基本组分，加入苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三元嵌段共聚物(SBS)作为另一组分，添加硫化剂、助交联剂，然后在双螺杆挤出机中动态硫化交联而成种子母料，再加入纳米滑石粉、抗氧化剂和光稳定剂等助剂，经双螺杆挤出机挤出造粒而成。其组分含有(重量百分比)：
聚丙烯(PP)                   10-45％
乙烯—辛烯共聚弹性体(POE)    10-65％
苯乙烯—丁二烯—苯乙烯(SBS)    2-30％
硫化剂                         0.1-0.4％
助交联剂                       0.1-0.3％
纳米滑石粉                     1-5％
抗氧化剂                       0.1-0.3％
光稳定剂                       0.1-0.2％
其中，PP为均聚PP，最佳选择熔融指数为20g/10min(230℃/2.16kg)的均聚PP，最佳用量是25-35％；POE选用熔融指数为0.5g/10min的牌号，最佳用量是55-65％；SBS优先选用星型的型号，最佳用量是4-10％；硫化剂优先选用2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，代号101，最佳用量是0.15％；助交联剂选用三烯丙基异氰脲酸酯，代号TAIC，最佳用量为0.15％；抗氧化剂优选四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，代号1010；光稳定剂选用双(2，2，6，6-四甲基—哌啶基)癸二酸酯，代号770。
本发明使用均聚PP为原料，它在制品中形成海—岛结构的连续相，赋予制品良好的力学性能和耐热性能。适量的SBS的加入可以提高整个体系的交联程度，它和POE形成了复配增韧体系，赋予体系良好的力学性能和回弹性，因为SBS较POE更容易交联，它使橡胶相在塑料相中分散更加均匀，更加细化。用SBS代替部分的POE作为橡胶相的一部分，不仅可以改善制品的力学性能，而且由于SBS价格比较便宜，可以降低产品的原料成本。当然，SBS的加入不是越多越好，如果加入的量太多，会导致过分交联，从而使橡胶相不能很好地分散在塑料相中，这样会产生相分离，使综合性能反而下降。下面举例说明当TPO中的POE有一部分用SBS代替时对力学性能的影响(TPO-1#是没有加入SBS的TPO，TPO-2#是加入SBS的TPO)：
配方：
          PP     POE    SBS   101     TAIC    滑石粉  助剂
TPO 1#   29.36   8.3    0     0.15    0.15    1.9     0.2
TPO-2#   29.3    58.5   9.8   0.15    0.15    1.9     0.2
性能比较：
从表中可以看出，在相同的条件下，用SBS代替部分的POE，可使产品的拉伸强度有明显的提高。
用动态硫化法制备本发明TPO材料的过程中，必须采用有较大剪切力螺杆组合的双螺杆机，使橡胶相和塑料相细化，并能够均匀地混合，这样，在硫化剂的作用下，橡胶相的分子链和塑料相的分子链相互交联而形成网络体系。由于硫化剂的加入，在加工过程中会产生气味，因此，本发明加入纳米填料滑石粉，利用纳米材料的尺寸效应，高表面能，能消除气味和提高制品耐候性。
本发明聚烯烃热塑性弹性体(TPO)，是一种新型的弹性体材料。其力学性能和加工性能优良，而且成本较低，可用于汽车和其它领域，应用范围广。
具体实施方式
实施例一                 重量百分比(％)
PPZ30S                   29.3
POE8180                  58.5
SBS(791)                 9.8
硫化剂101                0.15
助交联剂TAIC             0.15
纳米滑石粉               1.9
抗氧化剂1010             0.1
光稳定剂770              0.1
其中PPZ30S是指熔融指数为20g/10min(230℃/2.16kg)的均聚PP，其牌号为PPZ30S，POE8180是指熔融指数为0.5g/10min的POE，其牌号8180，SBS(791)指牌号为791的星型SBS.，将上述配方中的硫化剂101和助交联剂TAIC先用丙酮溶解，加入已混合均匀的PPZ30S、POE8180和星型SBS(791)的混合物中并混匀，等丙酮挥发后，加入双螺杆挤出机中(温度190-200℃，双螺杆机转速500转/分钟)，经动态硫化交联而成种子母料，再加入纳米滑石粉和抗氧化剂1010与光稳定剂770，经双螺杆机挤出造粒而成本发明聚烯烃热塑性弹性体TPO。产品加工性能与力学性能优良，产品没有气味，而且由于加入成本较低的SBS代替部分价格较高的POE，可以降低产品的制造成本和价格，适用于制造汽车零部件或其它领域。本实施例TPO主要性能指标见下表：
  拉伸强度MPa   断裂伸长率(％)  熔融指数(g/10min)   肖氏硬度   定伸应力
  A   D   100％  200％  300％
  11.3   558  0.685   85   25   5.8  6.8  8.0
熔融指数的测试条件为190℃/2.16Kg，下同。
实施例二                 重量百分比(％)
PPZ30S                   29.3
POE8180                  63.5
SBS(791)                 4.8
硫化剂101                0.15
助交联剂TAIC             0.15
纳米滑石粉               1.9
抗氧化剂1010               0.1
光稳定剂770                0.1
制备方法与实施例一相同，产品主要性能指标见下表：
  拉伸强度MPa   断裂伸长率(％)  熔融指数(g/10min)   肖氏硬度          定伸应力
  A   D   100％  200％  300％
  9.7   577   0.7   88   26   5.6  6.5  7.4
实施三                 重量百分比(％)
PPZ30S                 29.3
POE8180                48.5
SBS(791)               19.8
硫化剂101              0.15
助交联剂TAIC           0.15
纳米滑石粉             1.9
抗滑剂1010             0.1
光稳定剂770            0.1
制备方法与实施例一相同，产品主要性能指标见下表：
  拉伸强度MPa   断裂伸长率(％)   熔融指数(g/10min)   肖氏硬度            定伸应力
  A   D   100％   200％   300％
  8.2   484   0.62   90   26.5   4.9   5.7   6.6
实施例四               重量百分比(％)
PPZ30S                 39.3
POE8180                28.5
SBS(791)               29.8
硫化剂101              0.15
助交联剂TAIC           0.15
纳米滑石粉             1.9
抗氧化剂1010           0.1
光稳定剂770            0.1
制备方法与实施例一相同，产品主要性能性能见下表：
  拉伸强度MPa   断裂伸长率(％)   熔融指数(g/10min)   肖氏硬度              定伸应力
  A   D   100％   200％   300％
  9.7   343   0.83   98   29   6.5   7.5   8.6
可以根据用户的要求调节各原料的配比，生产性能符合需要的各种规格的TPO产品。

Claims (6)

1、一种聚烯烃热塑性弹性体，含有聚丙烯和乙烯-辛烯共聚物，其特征是主要由聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物弹性体、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物为主要成分，加入硫化剂和助交联剂，在双螺杆挤出机中动态硫化而成种子母料，然后添加纳米滑石粉、抗氧化剂和光稳定剂，在双螺杆机中挤出造粒而成，其各组分的重量百分比为：
聚丙烯                                  10-45％
乙烯-辛烯共聚弹性体                     10-65％
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物      2-30％
硫化剂                                  0.1-0.4％
助交联剂                                0.1-0.3％
纳米滑石粉                              1-5％
抗氧化剂                                0.1-0.3％
光稳定剂                                0.1-0.2％
其中硫化剂是2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，助交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯，抗氧化剂是四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，光稳定剂是双(2，2，6，6-四甲基-哌啶基)癸二酸酯。
2、根据权利要求1所述的聚烯烃热塑性弹性体，其特征是聚丙烯为均聚聚丙烯，其熔融指数为20g/10min。
3、根据权利要求1或2所述的聚烯烃热塑性弹性体，其特征是聚丙烯的含量占总重量的25-35％。
4、根据权利要求1所述的聚烯烃热塑性弹性体，其特征是乙烯-辛烯共聚弹性体的熔融指数是0.5g/10min。
5、根据权利要求1或4所述的聚烯烃热塑性弹性体，其特征是乙烯-辛烯的含量占总重量的55-65％。
6、根据权利要求1所述的聚烯烃热塑性弹性体，其特征是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物采用星型的型号，其含量占总重量的4-10％。
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