一种高强度低气味低VOC聚丙烯复合材料的研究

刘凯，崔恩有，黄家齐，程健

(1.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230001；2.宁波汽车零部件检测中心，浙江宁波 315104)

一种高强度低气味低VOC聚丙烯复合材料的研究

刘凯1，崔恩有2，黄家齐1，程健1

(1.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230001；2.宁波汽车零部件检测中心，浙江宁波 315104)

在用POE等增韧剂、滑石粉对PP进行改性的基础上，探讨聚丙烯基料、滑石粉、增韧剂、偶联剂对聚丙烯复合材料的强度、气味、VOC(Volatile Orgnic Compounds)等的影响，以得到一种高强度、低气味、低VOC的PP合金。结果表明：使用PP EA5074S/WF-D6.5/POE 8200/KH550能得到高强度、低气味、低VOC的聚丙烯复合材料。

聚丙烯；滑石粉；物理性能；气味；VOC

0　引言

聚丙烯(PP)是产量仅次于聚乙烯(PE)和聚氯乙烯的通用塑料，PP 具有密度小、硬度高、热变形温度高等优点，且易加工，价格低廉，广泛应用于各个领域。汽车的部分部件对材料的强度要求很高，且随着国家VOC(Volatile Orgnic Compounds)强标的即将推出，在汽车环保材料领域内对PP材料的VOC和气味也要求越来越高。针对这种情况，文中制备了一种同时具备很好的物理性能及较低VOC与气味的PP专用料，目前鲜有相关的文献报道[1-5]。

1　实验部分

1.1主要原料

PP，K7926,上海赛科石油化工有限责任公司；PP，K9020，中石化燕山石化有限责任公司；PP，EA5074S，韩国聚美莱公司；PP，F401，中石化扬子石化有限责任公司；滑石粉，AH51210，辽宁艾海滑石有限公司；滑石粉，WF-D6.5，上海三成；滑石粉，9131Y ，辽宁谦和矿业有限公司；增韧剂，POE 8200，美国陶氏集团；增韧剂，POE 8842，美国陶氏集团；增韧剂，POE DF710，日本三井化学；偶联剂，KH550，武汉高创有机硅新材料；偶联剂，AC-201，南京奥诚化工有限公司；偶联剂，DN-828，南京道宁化工有限公司。

1.2主要仪器与设备

ZSK30型双螺杆挤出机，德国W & P公司生产；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；7697A 型顶空仪，美国安捷伦科技公司生产；7890B型气相质谱仪，美国安捷伦科技公司生产；戴安U3000型高效液相色谱仪，森谱仪器；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司生产。

1.3试样的制备

先将PP与不同种类的增韧剂及偶联剂按比例进行混合；再用双螺杆挤出机挤出造粒；最后用注射成型机注塑标准样条。将造粒得到的合金通过注塑机和模具制成汽车零部件，测试其VOC和气味性。

1.4性能测试

缺口悬臂梁冲击测试按GB/T1843-2002进行,VOC测试按照VDA 277执行，只测试TVOC(C6～C16)，气味性测试按大众标准PV3900进行。

2　结果与讨论

2.1聚丙烯的选择

为了比较PP基料，滑石粉统一选择WF-D6.5，增韧剂统一选择POE8200，偶联剂统一选择KH550，且wPP∶w滑石粉∶w增韧剂∶w偶联剂=72∶20∶8∶0.2。

从表1可以看出：从材料强度方面考虑，加入EA5074S悬臂梁缺口冲击强度均略好于K9020、F401。这是因为K9020和F401是通过降解法制得的聚丙烯，而EA5074S则是通过氢调法制得的聚丙烯，其乙烯含量大于前两者。冲击强度与聚丙烯中的乙烯含量成正比关系，所以EA5074S的强度比K9020、F401好。

表1　不同聚丙烯综合性能的比较

另外从表1还可以看出EA5074S的VOC和气味性均好于K9020、F401。这是因为氢调法是采用氢气作为分子量调节剂而降解法是采用过氧化物作为分子量调节剂，过氧化物不可能100%反应掉，残留的过氧化物气味大且对聚丙烯分子量产生负面影响。且氢调法在合成过程后期对小分子的抽离更加彻底，从而生产出低气味和低VOC的聚丙烯。

综合来讲，就高强度、低气味、低VOC来选择PP基料的话，PP EA5074S更优。

2.2滑石粉的选择

在固定PP基料为EA5074S的前提下，增韧剂统一选择POE8200，偶联剂统一选择KH550，且wPP∶w滑石粉∶w增韧剂∶w偶联剂=72∶20∶8∶0.2，比较包含不同种类滑石粉配方的强度、气味性、VOC。

由表2可以看出：从材料强度方面考虑，加入滑石粉WF-D6.5的悬臂梁缺口冲击强度强于另外两种滑石粉，这是因为WF-D6.5的粒径比另两种较小，在材料体系中能更加良好地分散，从而使材料的强度更好。

表2　不同滑石粉综合性能的比较

另外从表2还可以看出WF-D6.5的VOC和气味性均好于AH51210、9131Y。这是因为WF-D6.5的硅含量高于另外两种滑石粉，说明它纯度比另两种高，杂质也少，所以VOC和气味性也偏好。

综合来讲，就高强度、低气味、低VOC来选择滑石粉的话，滑石粉WF-D6.5更优。

2.3增韧剂的选择

在固定PP基料为EA5074S，滑石粉为WF-D6.5的前提下，偶联剂统一选择KH550，且wPP∶w滑石粉∶w增韧剂∶w偶联剂=72∶20∶8∶0.2，比较包含不同种类增韧剂配方的强度、气味性、VOC。

由表3可以看出：从材料强度方面考虑，加入增韧剂POE8200的悬臂梁缺口冲击强度强于另两种增韧剂；加入不同的增韧剂对气味、TVOC影响不大。

表3　不同增韧剂综合性能的比较

综合来讲，就高强度、低气味、低VOC来选择增韧剂的话，POE 8200更优。

2.4偶联剂的选择

在固定PP基料为EA5074S，滑石粉为WF-D6.5，增韧剂为POE 8200的前提下，且wPP∶w滑石粉∶w增韧剂∶w偶联剂=72∶20∶8∶0.2，比较包含不同种类偶联剂配方的强度、气味性、VOC。

由表4可以看出：从材料强度方面考虑，加入偶联剂KH550的悬臂梁缺口冲击强度强于另两种偶联剂。 这是由于硅烷偶联剂KH550中的可水解基团乙氧基—(OC2H5)，经水解后得H2NC3H6Si(OH)3，它与羟基形成氢键，而其氨丙基—(H2NC3H6)则与PP基体链发生物理缠结，从而提高了复合材料的冲击性能。从表3还可以看出：加入不同的偶联剂对气味、TVOC影响不大。

表4　不同偶联剂综合性能的比较

综合来讲，就高强度低气味、低VOC来选择偶联剂的话，KH550更优。

2.5高强度、低气味、低VOC 聚丙烯合金

从第2.1节至第2.4节得出：采用PP EA5074S、滑石粉WF-D6.5、POE 8200、KH550(简称配方1)可得到高强度、低

气味、低VOC聚丙烯合金。为了进一步验证此结论，在固定wPP∶w滑石粉∶w增韧剂∶w偶联剂=72∶20∶8∶0.2的前提下，拿它和配方2(PP F401、滑石粉9131Y 、POE 8842、AC-201)做对比，比较包含不同种类聚丙烯合金配方的强度、气味性、VOC，具体见表5。

表5　不同配方的综合性能的比较

由表5可以看出：从高强度、低气味、低VOC方面来讲，配方1最佳。

3　结论

综合来讲，采用PP EA5074S、滑石粉WF-D6.5、POE 8200、KH550可得到高强度、低气味、低VOC的聚丙烯合金。

【1】余鹏，郝源增.汽车内饰件用低VOC聚丙烯复合材料的制备及性能研究[J].精细石油化工进展，2009，10(12)：24-26.

【2】罗忠富，李永华，杨燕，等.车用聚丙烯复合材料气味分析研究[J].工程塑料应用，2010,38(7)：51-53.

【3】张力，张恒.制造汽车制动缸的新型复合材料[J].汽车工艺与材料，2004，9(2)：31-33.

【4】郑学森.国内汽车复合材料应用现状与未来展[J].玻璃纤维，2010(3)：35-42.

【5】王兰兰.张铎改性塑料在汽车行业中的发展状况化学推进剂与高分子材料[J].化学推进剂与高分子材料， 2012，10(5):41-44.

Study on Polypropylene Composite Material with High Toughness, Low Odor and Low VOC

LIU Kai1，CUI Enyou2，HUANG Jiaqi1，CHENG Jian1

(1.Technology Center, Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230001,China;2.Ningbo Automobile Parts Inspection Center, Ningbo Zhejiang 315104,China)

In order to obtain a high strength，low odor and low VOC PP alloy,on the basis that flexibilizer such as POE，talcum powder were used to improve PP，the influences of polypropylene base，talcum powder，flexibilizer and coupling agent to its strength were discussed. The results indicate that PP EA5074S/WF-D6.5/POE 8200/KH550 can be used to get a kind of polypropylene alloy with high toughness, low odor and low VOC.

Polypropylene; Talcum powder; Physical performance; Odor; VOC

2015-06-04

刘凯,男，硕士，研究方向为汽车复合材料。E-mail:86987008@qq.com。