[发明专利]一种轻量化改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种轻量化改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，该聚丙烯复合材料由以下组分按重量份制备而成：聚丙烯85‑93.6份、改性纳米纤维素3‑10份、增韧剂3‑12份、润滑剂0.1‑0.4份、光稳剂0.2‑0.4份、抗氧剂0.1‑0.3份；所述改性纳米纤维素由纳米纤维素经过柠檬酸三乙酯表面改性处理所得。本发明在双螺杆挤出加工前，用乙醇和柠檬酸三乙酯对纤维素进行表面处理，减少其表面活性，使得纳米纤维素材料在聚丙烯基料中分散更为均匀，得到的改性材料具有更为优异的机械性能。与传统增强填料相比，改性纳米纤维素具质轻的优点，所得的聚丙烯复合材料可用于汽车轻量化项目中，具有广阔的市场价值。

技术领域

本发明涉及高分子材料改性领域，具体涉及一种轻量化改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯(PP)由于来源丰富、价格便宜、加工性能好、机械性能平衡、电绝缘性好等特点，已广泛作为制造汽车零部件的常用原料。随着环保问题和能源问题越来越受到关注，当前汽车行业“以塑代钢”的轻量化趋势日益高涨，而聚丙烯及其复合材料成为轻量化复合材料的最为理想选择之一。通过不同改性手段得到的改性聚丙烯可满足多种汽车零部件的要求，适应汽车轻量化需求。由于现代汽车工艺的改性和客户要求提高，汽车件的设计壁厚减薄、尺寸复杂、功能性提高，传统轻量化材料很难满足当前的使用要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种轻量化改性聚丙烯复合材料，该目的是通过以下技术方案来实现的：

一种轻量化改性聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份制备而成：聚丙烯85-93.6份、改性纳米纤维素3-10份、增韧剂3-12份、润滑剂0.1-0.4份、光稳剂0.2-0.4份、抗氧剂0.1-0.3份；

所述改性纳米纤维素由纳米纤维素经过柠檬酸三乙酯表面改性处理所得，其制备方法如下：将纳米纤维素、柠檬酸三乙酯加入乙醇中，搅拌混匀后，固液分离得到固态物料，固态物料经过干燥得改性纳米纤维素。进一步优选的，所述纳米纤维素：柠檬酸三乙酯：乙醇的质量比为1：2-5:20-40。

作为优选的技术方案，所述聚丙烯为乙烯、丙烯合成的二元嵌段共聚聚丙烯；所述增韧剂为乙烯-辛烯无规共聚物或乙烯-辛烯嵌段共聚物。所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂中的至少一种。所述光稳剂为受阻胺类光稳剂。所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。

本发明的另一个目的是提供上述所述的轻量化改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按配比称取聚丙烯、改性纳米纤维素、增韧剂、润滑剂、光稳剂、抗氧剂后，将其混合均匀得到混合料；所述混合料加入双螺杆挤出机中，进行熔融共混、挤出造粒即得。

本发明的第三个目的是提供上述轻量化改性聚丙烯复合材料在汽车领域中的应用，所述轻量化改性聚丙烯复合材料用于制造汽车零部件。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

(1)纳米纤维素本身具有质轻、超高的强度和较大的长径比、超细的纤维直径，作为增强填料加入聚丙烯中，制得的改性聚丙烯材料具有低密度、优异的刚性和韧性的优点。与传统填料，如碳酸钙、滑石粉、玻纤等填料加入聚丙烯中，由于普通矿物来源不可控、需加表面处理剂等问题，导致改性聚丙烯的气味性较差，本发明制备的改性聚丙烯复合材料具有优异的气味性。

(2)普通的纳米纤维素由于其表面具有丰富的羟基，在非极性基料中较难分散，易造成团聚等问题，影响改性材料的机械性能。本发明在双螺杆挤出加工前，用乙醇和柠檬酸三乙酯对纤维素进行表面处理，柠檬酸三乙酯中的酯基与纳米纤维素表面的羟基有较强的作用力，以减少纤维素之间的相互作用力，减少其表面活性，使得纳米纤维素材料在聚丙烯基料中分散更为均匀，得到的改性材料具有更为优异的机械性能。