本发明涉及一种高分子材料领域，特别涉及一种环保型-低气味车用聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术：
聚丙烯复合材料具有密度低、耐挠曲、耐化学腐蚀、绝缘性好、环保、易加工、价格低廉、可回收、机械性能好等优点，故其在汽车领域具有广泛的应用。目前，聚丙烯复合材料作为汽车内饰件使用量最多的材料，其合成过程中的单体残留以及加工过程中加入的助剂分解、材料光热降解产生烃类、醛酮等挥发性有机物，导致车内空气污染问题严重，车辆使用过程中，不同程度地散发voc(volatileorganiccompounds，挥发性有机化合物)和刺激性气味，引起皮肤、呼吸道以及神经系统等方面的疾病，严重影响车内空气质量和驾乘人员的身体健康。
现有技术降低聚丙烯复合材料气味和voc的方法包括以下三类，第一类为真空抽提，在挤出过程中保持高的真空度，同时高温烘烤切好的粒子来脱除气味和voc。第二类为在聚丙烯中添加低沸点液体制作成的除味剂、气提剂、除味母粒，其在挤出过程中，在聚丙烯熔体产生大量泡沫，利用真空脱挥去除低沸点液体携带的voc。第三类为在聚丙烯中引入分子筛、硅胶、硅藻土、沸石、粉末橡胶等气体吸附剂。
但现有技术降低聚丙烯复合材料气味和voc的方法存在工艺复杂，不利于大规模生产，存在团聚等现象，严重影响机械性能和加工性能。虽然可以采用表面改性剂解决微细气体改性剂在聚丙烯的团聚问题，但在使用表面改性剂的过程中引入的有机溶剂会导致高气味、高voc的释放，极大地提高了聚丙烯复合材料的气味和voc等级。故在保证材料物理性能的情况下，现有技术难以解决聚丙烯复合材料散发voc和刺激性气味的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的聚丙烯复合材料散发voc和刺激性气味的不足，提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明提供的聚丙烯复合材料，在保证复合材料物理性能的前提下，具有低气味释放特点，环保型优势大，适用于车内装饰器件制备。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种聚丙烯复合材料，含有以下重量份的配方组分：
聚丙烯44～70份；
层状硅酸盐矿物填料15～40份；
增韧剂10～20份；
抗氧剂0.1～1份；
稳定剂0.1～1份；
所述层状硅酸盐矿物填料为滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母中的两种或以上的混合物。
在本发明聚丙烯复合材料中层状硅酸盐矿物填料为滑石粉、高岭土、蒙脱土、云母，具有较大的层间距，很强的小分子吸附能力，良好的分散性能，既能降低聚丙烯的气味和voc，又能增加聚丙烯复合材料的抗冲击、抗疲劳、耐高温蠕变性、尺寸稳定性及耐热性的性能。向聚丙烯中填充两种及以上层状硅酸盐矿物填料混合物，通过对不同填充物种类及其配比的筛选，能达到协同降低气味和voc的效果。
进一步，本发明的聚丙烯复合材料中，所述聚丙烯为均聚或者嵌段共聚物，所述聚丙烯熔体流动速率为0.5～60g/10min。将聚丙烯原料在230℃，2.16kg的条件下进行测试，确定其熔体流动速率，筛选适宜的聚丙烯原料，保证复合材料加工成型以后品质。
本发明中均聚或嵌段共聚物型聚丙烯均具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性，且均聚聚丙烯具有较好强度，嵌段共聚物型聚丙烯抗冲击性能好。在230℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为0.5～60g/10min，能使选用的原材料更好地适应加工工艺的要求，达到提高聚丙烯复合材料成型可靠性和质量的效果。
进一步，所述层状硅酸盐矿物填料粒径是5～100微米。
本发明中，控制层状硅酸盐矿物填料粒径在5～100微米范围内，能提高聚丙烯复合材料的综合性能。
进一步，所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、聚烯烃嵌段共聚物中的一种或几种的混合物，熔体流动速率为0.2～10g/10min。将增韧剂原料在230℃，2.16kg的条件下进行测试，筛选优质增韧剂，以实现更好的复合材料综合性能。
本发明中增韧剂，起到增加胶黏剂膜层柔韧性的作用，达到减低聚丙烯复合材料脆性，增加韧性的效果。选用三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、聚烯烃嵌段共聚物中的一种或几种不仅能协同增加聚丙烯复合材料的韧性，还能增加聚丙烯复合材料的耐老化性能、加工性能，乙烯-辛烯共聚物与乙烯-丁烯共聚物良好的流动性可改善填料的分散效果。在190℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为0.2～10g/10min，能使选用的原材料更好地适应加工工艺的要求，达到提高聚丙烯复合材料综合性能的效果。
进一步，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂dltp中的一种或几种的混合物。
本发明中抗氧剂可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，达到阻止聚合物的老化并延长其使用寿命的效果。抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂dltp中几种混用具有协同效应。
进一步，所述稳定剂为热稳定剂和/或光稳定剂。
本方面中稳定剂能增加混合物的稳定性能，能起到减慢反应,保持化学平衡,降低表面张力,防止光、热分解或氧化分解等的效果。
进一步，所述光稳定剂为v703、塑诺稳5589、uv-531中的一种或几种的混合物。
本发明中光稳定剂能屏蔽或吸收紫外线的能量，猝灭单线态氧及将氢过氧化物分解成非活性物质等功能，使高分子聚合物在光的辐射下，能排除或减缓光化学反应可能性，阻止或延迟光老化的过程，达到延长聚丙烯复合材料使用寿命的效果。使用v703、塑诺稳5589、uv-531作为光稳定剂得到的聚丙烯复合材料具有耐候性优良的特性，几种光稳定剂同时使用具有良好的协同效应。
进一步，还包括其他助剂，所述其它助剂为润滑剂、增溶剂、增塑剂、色母粒的至少一种，所述的润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺。
优选地，所述增溶剂是peg40。
优选地，所述增塑剂是增塑剂dehp、增塑剂dnop、增塑剂bbp。
本发明中润滑剂能降低摩擦副的摩擦阻力，达到减缓其磨损的效果。增溶剂是具有增溶能力的表面活性剂，能达到增加溶解度的效果。增塑剂是工业上被广泛使用的高分子材料助剂，可以增加聚丙烯复合材料的柔韧性。色母粒使颜料在聚丙烯复合材料中具有更好的分散性，有利于保持颜料的化学稳定性，能达到保证聚丙烯复合材料颜色稳定的效果。
本发明的另一目的是提供一种制备上述聚丙烯复合材料的方法，以更好的保证各种原料之间的相互配合效果，达到更优的复合材料综合性能。
一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一、将聚丙烯、层状硅酸盐矿物填料一起加入搅拌机搅拌均匀，搅拌时间为8min～15min；
步骤二、将步骤一中混匀的物料用双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度加料段控制在170℃～180℃，输送段控制在180℃～190℃，熔融段控制在190℃～200℃，机头温度为180℃～190℃，水槽温度为20℃～40℃，冷却、造粒、干燥得到改性聚丙烯母粒；
步骤三、将步骤二中得到的改性聚丙烯母粒与增韧剂，抗氧剂，热稳定剂一起加入搅拌机搅拌均匀，搅拌时间为8min～15min；
步骤四、将步骤三中得到的混合料加入双螺杆挤出机进行二次挤出，挤出温度加料段控制在160℃～170℃，输送段控制在170℃～180℃，熔融段控制在180℃～190℃，机头温度为180℃～190℃，水槽温度为20℃～40℃，冷却、造粒、干燥，得到聚丙烯复合材料。
本发明聚丙烯复合材料的制备方法选用二次熔融挤出混合，二次加工工艺能解决填料团聚及分散不均的问题，同时避免表面改性过程中带入有机溶剂而提高材料气味以及voc等级的可能，从而达到降低刺激性气味和voc的技术效果。
进一步，所述搅拌机的转速为300～500r/min，所述螺杆的转速为25～50r/min。
本发明中搅拌机的转速为300～500r/min，螺杆的转速为25～50r/min，能达到提高塑化质量的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明向聚丙烯中填充两种及以上高吸附能力的层状硅酸盐矿物填料混合物，通过对不同填充物种类及其配比的筛选，达到协同降低气味和voc的效果。
(2)本发明提供的复合材料制备方法，独特的二次加工工艺能解决填料团聚及分散不均的问题，同时避免了表面改性过程中带入有机溶剂进而提高材料气味以及voc等级的可能。
(3)本发明提供的复合材料能起到降低气味的同时保持聚丙烯的综合物理性能的作用。
(4)本发明中的工艺简单高效，适用于大规模生产。
具体实施方式
抗氧剂1010，又称四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，分子式是c73h108o12。
抗氧剂1076，又称β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯，分子式是c35h62o3。
抗氧剂dltp，又称硫代二丙酸双月桂酯，分子式是c30h58o4s。
光稳定剂v703，品牌为氰特，cas号为12356312，其为新一代光稳定体系，专注于汽车领域的聚丙烯、聚烯烃热塑性弹性体等聚烯烃材料。
光稳定剂塑诺稳5589，广泛应用于聚烯烃、聚丙烯等等，车用聚烯烃热塑性弹性体改性材料的光稳定剂。建议复配使用，具有良好的协同效应。
光稳定剂uv-531，又称2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮；外观：淡黄色结晶片状；分子量：326；熔融温度：47℃～50℃(最大误差1℃/参考值)。
增溶剂是peg40，又称氢化蓖麻油聚氧乙烯醚co40。
增塑剂dehp，又称邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯，邻苯二甲酸二辛酯，酞酸双(2-乙基己)酯，分子式是c6h4(co2c8h17)2[c24h38o4.]。
增塑剂dnop，又称邻苯二甲酸二正辛酯，分子式是c24h38o4。
增塑剂bbp，又称邻苯二甲酸丁基苄酯，分子式为c19h20o4。
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，65份聚丙烯m2600r、12份滑石粉、16份增韧剂epdm、5份高岭土、7份蒙脱土、0.4份主抗氧剂zm-1010、0.1份辅抗氧剂dltp、0.4份光稳定剂v703。
实施例2
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，62份聚丙烯m2600r、10份滑石粉、15份增韧剂epdm、6份高岭土、6份蒙脱土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs。
(2)按重量份数，将聚丙烯，层状硅酸盐矿物填料一起加入高速搅拌机搅拌均匀，在300r/min的转速下搅拌10min；
(3)将步骤中(2)混匀的物料在长径比为25:1的双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒、干燥。螺杆的转速为35r/min，挤出温度从加料段到机头温度分别为170℃，175℃，180℃，185℃，195℃，195℃，185℃，冷却水槽温度为28℃；
(4)将步骤(3)中得到的改性聚丙烯母粒与增韧剂，抗氧剂，光稳定剂以及其他助剂等一起加入高速混料机中，在300r/min的转速下混合10min。
(5)将步骤(4)中得到的混合料加入双螺杆挤出机进行二次挤出、冷却、造粒、干燥，螺杆的转速为35r/min，挤出温度从加料段到机头温度分别为165℃，175℃，180℃，185℃，190℃，190℃，185℃，冷却水槽温度为28℃。
实施例3
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，66份聚丙烯m2600r、10份滑石粉、15份增韧剂epdm、6份高岭土、2份蒙脱土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs。
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
实施例4
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，69份聚丙烯m2600r、10份滑石粉、15份增韧剂epdm、5份烧高岭土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs；
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
实施例5
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，56份聚丙烯m2600r、15份滑石粉、15份增韧剂epdm、8份烧高岭土、5份蒙脱土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs；
采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
实施例6
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，59份聚丙烯m2600r、10份滑石粉、15份增韧剂epdm、5份烧高岭土、10份蒙脱土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs；
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
实施例7
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，54份聚丙烯m2600r、15份滑石粉、20份增韧剂epdm、2份烧高岭土、8份蒙脱土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs；
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
实施例8
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，70份聚丙烯m2600r、10份增韧剂epdm、9份烧高岭土、10份蒙脱土、0.2份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.2份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs；
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
实施例9
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，44份聚丙烯m2600r、20份滑石粉、15份增韧剂epdm、10份烧高岭土、10份蒙脱土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.3份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.3份润滑剂ebs；
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
实施例10
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，44份聚丙烯m2600r、20份滑石粉、15份增韧剂epdm、10份烧高岭土、10份蒙脱土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs；
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
对比例1
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，59份聚丙烯m2600r、20份增韧剂epdm、20份滑石粉、0.2份主抗氧剂zm-1010、0.1份辅抗氧剂dltp、0.2份光稳定剂v703、0.1份润滑剂ebs；
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
对比例2
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，62份聚丙烯m2600r、15份增韧剂epdm、10份滑石粉、6份蒙脱土、6份烧高岭土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs；
(2)将上述的聚丙烯、增韧剂、层状硅酸盐矿物填料、抗氧剂、润滑剂、光稳定剂等加入高速搅拌机中，在300r/min的转速下混合15min；
(3)将步骤(2)所得的产物加入双螺杆挤出机中，将步骤中混匀的物料在长径比为25:1的双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，螺杆的转速为35r/min，挤出加工温度依次为165℃，175℃，180℃，185℃，190℃，190℃，185℃，水槽温度为28℃。
对比例3
(1)一种环保型-低气味聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分组成，59份聚丙烯m2600r、5份滑石粉、15份增韧剂epdm、8份高岭土、0.3份主抗氧剂zm-1010、0.2份辅抗氧剂dltp、0.3份光稳定剂v703、0.2份润滑剂ebs。
(2)采用同实施例2相同的工艺制备环保型-低气味聚丙烯复合材料。
性能评价方式及参考标准：
将按上述方法制备的粒子材料，在80℃的鼓风烘箱中干燥5小时，然后再将干燥好的粒子材料用注塑机制成标准测试样条。
拉伸性能测试：按gb/t1040.2-2006标准进行，拉伸速度为50mm/min；
弯曲性能测试：按gb/t9341-2008标准进行，弯曲速度为2mm/min；
简支梁缺口冲击强度：按gb/tgb/t1043.1-2008标准进行；
熔体流动速率测试：按gb/t3682-2000标准进行，温度230℃，加载砝码重量2.16kg；
热变形温度测试：按gb/t1634.2-2004标准进行，升温速率120℃/h，负载0.45mpa；
维卡软化温度测试：按gb/t1633-2000标准，进行升温速率50℃/h，负载1kg；
总挥发性有机物测试按照vda277-1995标准进行，采用hs-gc-fid仪器测试；
气味等级测试依据vda270-1992方法进行，其中条件1为湿态50ml去离子水，温度40±2℃，时间24±1h；条件2为干态，温度80±2℃，时间2h±10min。
将上述实施例与对比例所制备得到的聚丙烯组合物进行性能测试检测，结果见以下列表：
表1实施例和对比例的测试数据
表格1
表格1(续)
从实施例1-10和对比例1-3的数据可以看出，本发明制备的聚丙烯复合材料利用层状硅酸盐矿物填料的高吸附能力、高分散性能，可提高聚合物材料的抗冲击、抗疲劳、高温下抗蠕变、尺寸稳定性及耐热性等特点。通过填充两种及以上填料，起到协同增强的作用。此外，本发明独特的二次熔融共混工艺，可有效地控制及降低聚丙烯合成、加工、长期光热老化过程中气味以及voc的产生，避免了大量添加表面改性剂、助剂所带来的降解、吸附平衡、挥发污染的问题。本发明制备的聚丙烯复合材料满足汽车主机厂对气味≤3.0级别的要求，且具有低voc、高耐热性及优异的冲击强度、弯曲强度等综合性能。实施例1-10的聚丙烯复合材料的气味等级及voc明显低于对比例1中只添加一种层状硅酸盐矿物填料得到的聚合物、对比例2中采用传统加工工艺得到的聚合物及对比例3中层状硅酸盐矿物填料重量份低于本发明要求最小重量份得到的聚合物。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。