一种发泡聚丙烯组合物及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子工程塑料，尤其涉及一种发泡聚丙烯组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚丙烯作为一种高性价比的通用塑料，通过改性后具有高强度和高韧性的优秀力学性能及耐化学、高耐热等特点，广泛应用于家电及汽车产品。随着全球对环保、节能降耗的呼声越来越强烈，汽车轻量化成为汽车行业的重大趋势。将聚丙烯与微发泡技术结合，得到的微发泡聚丙烯材料具有密度小、热稳定性好、耐化学腐蚀等优点，被广泛应用于汽车门板、仪表板等汽车部件材料中，已成为车辆轻量化和新能源热衷的轻质材料之一。

2、聚丙烯属于半结晶材料，熔体强度低，容易造成并泡、串泡等缺陷，同时对于汽车内饰门板制件，由于一体化制件尺寸大，形状复杂，同时结合薄壁化技术，目前应用于门板的聚丙烯材料对材料的流动性有更高的需求，而聚丙烯的熔体强度通常随着材料流动性的提高而明显下降，导致了材料的发泡效果不佳。同时化学发泡由于使用过程方式是通过在注塑过程中混入发泡剂，并在注塑机螺杆及加热下实现与聚丙烯材料的熔融混合及分散，其分解产生的气体易在聚丙烯熔体中积聚而导致最终的材料泡孔粗大的问题。

3、因此本领域尚需开发一种具有高流动性，同时具有优异的发泡性能的聚丙烯组合物。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有优异的流动性能和发泡性能的发泡聚丙烯组合物及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种发泡聚丙烯组合物，所述发泡聚丙烯组合物包括以下质量份的组分：pp树脂52-98份、高比表面积填料0.3-3.2份、多羟基化合物0.3-2.2份、熔体弹性调节剂0.3-2.2份；

3、所述高比表面积填料的平均比表面积＞40m2/g；

4、所述多羟基化合物中羟基含量＞6％；

5、所述山梨醇类化合物与pp树脂混合后使pp树脂的粘弹温度增加20℃以上；

6、所述pp树脂在230℃，2.16kg下的熔体质量流动速率为55-105g/10min。

7、本发明提供的一种发泡聚丙烯组合物通过选择一定的熔体质量流动速率的pp树脂复配高比表面填料、多羟基化合物和熔体弹性调节剂，从而能够实现组合物可发性的提升，同时能够降低组合物泡孔尺寸，实现最终产品的高流动性，有利于注塑发泡的快速成型。具体地，通过添加合适的高比表面积填料以及熔体弹性调节剂作为气泡的异相成核剂，改善了材料的可发性及泡孔尺寸；进一步地通过多羟基化合物改善发泡剂在熔体当中的分散与分布，同时结合熔体弹性调节剂对于材料粘弹性的调节，整体改善了材料的泡孔结构。

8、高比表面积填料的平均比表面积的测试方法为参考gb-t19587-2004进行测试。

9、所述多羟基化合物中羟基含量为羟基的质量百分比含量，通过化学式计算(计算公式为：羟基含量＝17*n/m*100％，其中，n为分子结构中的羟基数，m为分子质量)计算得到。

10、熔体弹性调节剂与pp树脂混合后使pp树脂的粘弹温度的变化量的计算方法为：粘弹温度变化量＝pp树脂与熔体弹性调节剂混合后混合物的粘弹温度-pp树脂的粘弹温度，其中粘弹温度的测试方法为：将熔体弹性调节剂以0.5wt％的比例添加于pp树脂bx3920(厂商为韩国sk)中，并通过螺杆挤出造粒获得改性塑料粒子，并将粒子通过190℃热压成1mm样板，并裁出25mm的圆片用于旋转流变测试，旋转流变仪测试参数如下：25mm平板1mm间距，应变2％，频率1rad/s，测试温度200℃-120℃，降温速度-5℃/min。

11、pp树脂在230℃，2.16kg下的熔体质量流动速率的测试方法为参照iso1133-2005进行测试；pp树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。

12、示例性地，所述高比表面积的平均比表面积可为＞40m2/g的任意值，如可为46-75m2/g、46-85m2/g、75-85m2/g等，或可为＞40m2/g的任意点值或任意两点组成的范围值，如可为41m2/g、45m2/g、48m2/g、50m2/g、52m2/g、55m2/g、58m2/g、60m2/g、62m2/g、65m2/g、68m2/g、70m2/g、72m2/g、75m2/g、78m2/g、80m2/g、82m2/g、85m2/g、88m2/g、90m2/g、92m2/g、95m2/g、98m2/g、100m2/g等，限于篇幅，此处不一一列举，在本发明给出的平均比表面积可为＞40m2/g的范围内都能取得优异的综合效果。

13、优选地，所述高比表面积的平均比表面积为46-75m2/g。发明人研究发现，当进一步选择高比表面积的平均比表面积为46-75m2/g时，得到的产品的综合效果更为优异。

14、示例性地，所述多羟基化合物的羟基含量可为＞6％的任意值，如可为9.4-11.8％、9.4-12.5％、11.8-12.5％等，或可为＞6％的任意点值或任意两点组成的范围值，如可为6.1％、6.3％、6.5％、6.8％、7.0％、7.2％、7.5％、7.8％、8.0％、8.2％、8.5％、8.8％、9.0％、9.2％、9.5％、9.8％、10.0％、10.2％、10.5％、10.8％、11.0％、11.2％、11.5％、11.8％、12.0％、12.2％、12.5％、12.8％、13.0％等，限于篇幅，此处不一一列举，在本发明给出的多羟基化合物中羟基含量＞6％的范围内都能取得优异的综合效果。本发明研究推测，由于羟基具有亲水性，将发泡聚丙烯组合物与发泡剂混合注塑制备发泡制件时，注塑过程中添加的发泡剂会分解产生二氧化碳和水，在注塑机螺杆的压力下，分解产生的二氧化碳容易溶解于水中，因此，通过调节亲水性的羟基含量能够调节二氧化碳在熔体中的分散和分布情况，进而影响发泡效果。

15、优选地，所述多羟基化合物的羟基含量为9.4-11.8％。发明人研究发现，当进一步选择高多羟基化合物的羟基含量为9.4-11.8％时，得到的产品的综合效果更为优异。

16、示例性地，所述熔体弹性调节剂与pp树脂混合后使pp树脂的粘弹温度增加可为31-36℃、35-45℃、25-45℃、25-35℃等，或增加20℃以上的任意点值或任意两点组成的范围值，如可为20℃、22℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃、40℃、42℃、45℃、48℃、50℃等，限于篇幅，此处不一一列举，只要选择的熔体弹性调节剂与pp树脂混合后使pp树脂的粘弹温度增加20℃以上，都能取得优异的效果。本发明研究推测，在将发泡聚丙烯组合物与发泡剂混合后用于发泡制件的制备时，由于在熔体的粘弹温度转变点处，材料的熔体强度显著提高，有利于限制泡孔成长，在发泡剂充分分散的情况下，限制泡孔成长有利于降低泡孔尺寸和抑制泡孔合并，因此，选择的熔体弹性调节剂与pp树脂混合后使pp树脂的粘弹温度增加的幅度会对发泡效果带来影响。

17、优选地，所述熔体弹性调节剂与pp树脂混合后使pp树脂的粘弹温度增加31-36℃，在此增加幅度范围内，得到的产品的综合效果更优异。

18、示例性地，所述pp树脂在230℃，2.16kg下的熔体质量流动速率可为60-100g/10min、60-80g/10min、60-90g/10min等，或可为55-105g/10min的任意点值或任意两点组成的范围值，如可为55g/10min、60g/10min、65g/10min、70g/10min、75g/10min、80g/10min、85g/10min、90g/10min、95g/10min、100g/10min、105g/10min等，限于篇幅，此处不一一列举；在本发明给出的55-105g/10min的范围内，都能取得优异的效果。

19、优选地，所述pp树脂在230℃，2.16kg下的熔体质量流动速率为80-90g/10min，在给出的该熔体质量流动速率范围内，得到的产品的综合效果更优异。

20、所述pp树脂在发泡聚丙烯组合物中的质量百分数不低于65％。

21、作为本发明所述发泡聚丙烯组合物的优选实施方式，所述熔体弹性调节剂为山梨醇类化合物。

22、发明人研究发现，当选择的熔体弹性调节剂是山梨醇类化合物时，能够更好的减少泡孔的尺寸，增加最大减重率。

23、作为本发明所述发泡聚丙烯组合物的优选实施方式，所述高比表面填料选自二氧化钛、气相氧化铝、二氧化硅、有机粘土、多孔硅胶中的至少一种。

24、所述高比表面积填料的d50粒径为≤50nm。所述高比面积填料d50粒径的测试方法为通过激光粒度仪测试，参考iso 13320-1-1999。

25、作为本发明所述发泡聚丙烯组合物的优选实施方式，所述多羟基化合物选自单硬脂酸甘油酯、山梨糖醇酐单硬脂酸酯、山梨糖醇酐单月桂酸酯、油酸二乙醇酰胺、聚乙二醇中的至少一种。

26、作为本发明所述发泡聚丙烯组合物的优选实施方式，所述山梨醇类化合物选自1,3-2,4-二(对甲基苯亚甲基)山梨醇、1,3-2,4-二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇中的至少一种。

27、发明人研究发现，当进一步选择高比面积填料、多羟基化合物、山梨醇类化合物为上述物质时，得到的产品的综合效果更为优异。

28、作为本发明所述发泡聚丙烯的优选实施方式，所述发泡聚丙烯组合物还包括填料0-20份、增韧剂0-20份、助剂0-1份。

29、作为本发明所述发泡聚丙烯组合物的优选实施方式，所述填料选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、玻璃纤维中的至少一种；

30、和/或，所述增韧剂选自poe、sebs、epdm中的至少一种；

31、和/或，所述助剂选自抗氧剂、光稳定剂中的至少一种。

32、示例性地，所述抗氧剂可为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述光稳定剂可为受组胺类光稳定剂。

33、在本发明的第二方面，本发明提供了一种发泡聚丙烯组合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将干燥后的各原料称重后混合后熔融混炼，随后挤出、造粒，得发泡聚丙烯组合物。

34、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述熔融混炼的温度为200-210℃，螺杆转速为350-450r/min。

35、在本发明的第三方面，本发明提供了一种发泡制件，所述发泡制件采用本发明所述发泡聚丙烯组合物制备而成。

36、作为本发明所述发泡制件的优选实施方式，所述发泡剂包括碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、磺酰肼中的至少一种。所述发泡剂也可以母粒形式添加，发泡剂母粒中，以发泡剂母粒计，发泡剂的质量百分数为15-30％。

37、作为本发明所述发泡制件的一种实施方式，以发泡制件计，发泡剂的质量百分数为0.2-3％。优选地，以发泡制件计，发泡剂的质量百分数为0.25-1％。

38、在本发明的第四方面，本发明提供了所述发泡聚丙烯组合物在汽车领域上的应用。

39、示例性地，所述发泡聚丙烯组合物可用于制备汽车门板、仪表板。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

41、本发明提供的一种发泡聚丙烯组合物通过选择一定的熔体流动速率的pp树脂复配高比表面积填料、多羟基化合物和熔体弹性调节剂，从而能够实现组合物可发性的提升，同时能够降低组合物泡孔尺寸，实现最终产品的高流动性，有利于注塑发泡的快速成型。本发明所提供的制备方法简单便于实行，具有成本优势，设计自由度高，且得到的产品用于化学发泡时可发性高、泡孔细密、流动性高，适合注塑发泡的高速成型。