高翔
上海智联易才人力资源顾问有限责任公司外派金旸（厦门）新材料科技有限公司 200040
摘要：研究了改性聚丙烯体系中主料和低气味低散发助剂对聚丙烯复合材料流动性、气味和挥发性有机物的影响。结果表明：采用BX3920(PP基体树脂)、聚烯烃弹性体DF8200(增韧剂)和低气味低散发助剂C作为配方体系，采用液注脱挥工艺制备了熔体流动速率和气味分别为69g/10min和6.5分、低挥发性有机物聚丙烯复合材料。低气味低散发助剂C明显降低了聚丙烯复合材料的挥发性有机物含量，材料的气味性也得到明显改善，且经过长期储存后，复合材料的挥发性有机物含量和气味性并未发生明显改变。
关键词：聚丙烯；低气味；高流动；内饰材料；液注
汽车内空气质量和轻量化近年来成为汽车行业的热点话题[1-2]，高流动聚丙烯(PP)具有良好的加工性能、优异的综合力学性能，能大幅提升批量化生产效率，实现汽车用内饰产品薄壁轻量化。但是，高流动PP材料释放的挥发性有机物危害人体健康，近年来，国内外学者已开始对高流动PP树脂及其复合材料中气味和挥发性有机物的释放问题进行了大量研究[3-5]。添加无机吸附剂，利用其多孔结构吸附挥发性有机物是常用改性手段，但挥发性有机物很难高效去除，随着时间和温度会逐步缓释出来。本文研究了改性聚丙烯体系中主料和低气味低散发助剂对PP复合材料流动性、气味、挥发性有机物等方面的影响。
1 试验部分
1.1 主要原来料
原料PP，EP640V，MFR为 110 g/10min(230℃，2.16 kg)，中海壳牌石油化工有限公司；
原料PP，K7100，MFR为110 g/10min(230℃，2.16 kg)，中国石化燕山石化公司；
原料PP，BX3920，MFR 为110 g/10min(230℃，2.16 kg)，韩国SK公司；
滑石粉(Talc)，HTP Ultra5L，意米法比；
增韧剂(POE)，DF605，MFR为0.5 g/ 10min (190℃，2.16 kg)，日本三井化学；
增韧剂POE，DF640，MFR为3.6 g/10min(190℃，2.16 kg)，日本三井化学；
增韧剂POE，DF8200，MFR为18g/10min(190℃，2.16 kg)，日本三井化学；
低气味低散发助剂A，固体粉末，市售；
低气味低散发助剂B，固体含水母粒，市售；
低气味低散发助剂C，液体，市售。
1.2 主要设备
高速混合机：SHR-50型，张家港亿利机械公司；
双螺杆挤出机：SHJ-35型，南京瑞亚高聚物装备有限公司；
注塑机：B-920型，浙江海天注塑机有限公司；
气相色谱质谱联用仪：7697A-7890B，美国安捷伦仪器公司;
液相色谱仪：U-3000，美国戴安公司。
万能试验机：AGS-X-20KN，岛津企业管理（中国）有限公司；
复合冲击试验机：HIT-2492，承德市金建检测仪器有限公司；
熔体流动速率仪：MFI-2322S，承德市金建检测仪器有限公司；
1.3试样制备
按一定比例称量原料，在高速混合机中充分混合，然后在190℃-200℃条件下通过双螺杆挤出机挤出造粒，粒料在80℃烘箱中烘干2h，在200℃温度条件下注塑ISO标准样条。其中低气味低散发助剂C在共混造粒过程中使用液注工艺，液注工艺是指从双螺杆挤出机的机筒中高压注入。
1.4性能测试
常规力学性能测试：样条放置于恒温恒湿（23℃±2℃，50%±5%）条件下72小时，MFR依据ISO 1133测试；拉伸强度依据ISO 527测试；弯曲模量依据ISO 178测试；简支梁缺口冲击强度依据ISO 179测试；总碳TVOC依据标准VDA277测试，VOC 测试依据吉利汽车标准Q/ JLY J711016A-2016 进行测试，气味性能依据吉利汽车标准Q/ JLY J7110538D-2018① 进行测试。
2结果与讨论
2.1基料PP对复合材料的影响
选定POE为DF640，Talc为HTP Ultra5L，优选气味VOC优的氢调法合成高流动PP，表1为不同基料PP对应的聚丙烯复合材料力学性能。
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注：材料配方为质量分数63%PP，17%POE，20%滑石粉。
由表1可以看出，BX3920综合性能较优，K7100次之，EP640V最差。三种聚丙烯原材料熔体流动速率和乙烯含量相近，但BX3920分子链规整度最高，结晶度最高，对应的复合材料的综合性能表现最好。
2.2增韧剂对复合材料的影响
选定基料BX3920，Talc为HTP Ultra5L，研究不同 MFR的POE对 PP复合材料性能的影响，表2为不同POE对应的聚丙烯复合材料力学性能。
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注：材料配方为质量分数63%PP，17%POE，20%滑石粉。
由表2中数据可知，复合材料的MFR相差很大，DF8200对应的复合材料流动性最大，DF640对应的复合材料流动性次之，DF605对应的复合材料流动性最小。这是因为不同的POE本身流动性差异比较大，而POE在配方中的占比为17%，POE占比很大，POE的MFR对聚丙烯复合材料的MFR有正相关作用。同时从表2还可以看出，POE的流动性增大，聚丙烯复合材料的缺口冲击强度也增大，这是与POE在复合材料中的分散性有关的。聚丙烯基料BX3920与POE的黏度越相近，越利于POE在复合材料基体中的分散。MFR最高的DF8200对应的聚丙烯复合材料的韧性效果最好。
2.3低气味低散发助剂对复合材料的影响
在固定PP基料为BX3920，POE为DF8200，Talc为HTP Ultra5L，表3为不同低气味低散发助剂下低气味低散发高流动聚丙烯复合材料力学性能、气味以及散发性能。
注：材料配方为质量分数62%PP，17%POE，20%滑石粉，1%低气味低散发助剂。
由表3数据可知，相比较于未添加低气味低散发助剂的样品，三种低气味低散发助剂对复合材料流动性和力学性能影响不大，这是由于三种低气味低散发助剂的添加比例不大。但是，三种低气味低散发助剂对TVOC、VOC、气味差异均很大。添加低气味低散发助剂A的TVOC含量最高，VOC含量最高，气味等级最低；添加低气味低散发助剂B的TVOC较好，VOC含量较好，VOC的8项物质中，醛类下降明显，苯类下降不明显，气味等级较好；添加低气味低散发助剂C的TVOC含量最低，VOC含量最低，VOC的8项物质中，醛类下降明显，苯类下降明显，气味等级最高；这是由于三种低气味低散发助剂各自去除TVOC、VOC和气味的机理不同。低气味低散发助剂A是无机吸附剂，可以在挤出过程中利用表面的多孔结构来物理吸附小分子物质，而小分子的吸附和脱附是一个动态平衡过程，较难有效地降低聚丙烯复合材料的TVOC、VOC含量。低气味低散发助剂B为含水性萃取溶液的低气味低散发助剂，在挤出过程中，低气味低散发助剂B中的水蒸气会和熔体中小分子物质形成气泡，气泡转移到表面时，辅助的真空抽提将小分子进行脱除，脱除效果较好，低气味低散发助剂B中含有极性溶剂，对于醛类物质的捕集明显，而对于非极性物质如苯类捕集效果不明显，因此VOC实验结果中醛类下降明显，苯类下降有限。低气味低散发助剂C含有极性和非极性两种成分，通过从双螺杆挤出机机筒注入来实现，低气味低散发助剂C注入瞬间雾化形成蒸汽，随着螺杆的剪切和推动，捕捉了极性和非极性分子并形成气泡，这些气泡逐渐迁移至熔体表面，经过真空负压抽提，PP复合材料的TVOC、VOC和气味下降明显。因此，从表3的数据可知，添加1％的低气味低散发助剂C可制备出低气味、低散发高流动的聚丙烯内饰材料。
2.4储存周期对复合材料的影响
选择PP基料为BX3920，POE为DF8200，Talc为HTP Ultra5L，低气味低散发助剂C生产的材料制备样条密封后分别在室温条件下分别储存0天、30天、60天、90天，每到一个周期，把样条放置在 23 ℃、50% RH 的环境中至少放置 24 h然后测试不同方案材料样条的性能，检测结果见表4。
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注：复合材料配方为质量分数62%PP，17%POE，20%滑石粉，1%低气味低散发助剂。
从表4中的数据可以看到，采用低气味低散发助剂C生产的聚丙烯材料综合性能优良，在经过长期的储存之后，聚丙烯复合材料的综合力学性能、TVOC、VOC、气味都很稳定的，说明低气味低散发助剂C生产的聚丙烯材料可靠性好。
3 结论
a) BX3920，K7100，EP640V 三种高流动聚丙烯树脂，BX3920树脂对应的聚丙烯复合材料综合性能最好。
b) 相比较DF605、DF640和DF8200，本实验中MFR最高的DF8200对应的聚丙烯复合材料的韧性和刚性效果最好。
c) 采用BX3920，DF8200和低气味低散发助剂C除味母粒，可制得熔体流动速率、气味分别为69g/10min和6.5分的低气味低挥发性聚丙烯复合材料。
d) 低气味低散发助剂C降低了复合材料的挥发性有机物含量，材料的气味性也得到明显改善，且经过长期储存后，复合材料的挥发性有机物含量和气味性并未发生明显改变。
参 考 文 献
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