本发明涉及高分子材料，尤其是涉及一种低气味轻量化聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、随着社会的发展，近些年来汽车轻量化的主题也不断引起各大汽车塑料改性厂的关注，因此综合性能高、密度低的改性塑料越来越受到重视。汽车内外饰件使用较多的塑料主要有聚丙烯(pp)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(abs)、聚酰胺(pa)等。其中，特别是聚丙烯(pp)材料，由于其具有密度小、性价比高、耐热性及耐化学腐蚀和耐应力开裂优良、易于成型和回收等特点，而被广泛应用于汽车的各个部位，如仪表台、车门内饰板、杂物箱等内饰件。
2、然而，普通的聚丙烯必须经过改性，赋予其高性能，方能满足需要。改性聚丙烯，就需要以聚丙烯为载体，添加一定的无机填料、有机成分，来实现聚丙烯的改性，以达到高性能、高强度来满足汽车制件的应用需求，而添加各种有机、无机成分都会增加材料的比重，那么如何实现聚丙烯原料的减重，成为改性塑料研究者思考和探索的课题。
3、另一方面，随着消费者对汽车产品质量要求的不断提高，对汽车内饰件产品的气味等级提出了更高的要求，因此对降低聚丙烯塑料气味的研究成为本领域的热点。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提供了一种新型聚丙烯复合材料，其通过改进的工艺在聚丙烯基体中均匀掺入气体吸附性物质同时还使得无机填料在其中均匀分布，从而在实现气味的减少的情况下还实现了较低的密度。
2、具体地，本发明提供了一种低气味轻量化聚丙烯复合材料，其包含如下重量份的组分：聚丙烯70-90份、介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合颗粒5-30份、玻璃纤维10-20份和添加剂1-3份。
3、更具体地，所述介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合颗粒通过在β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒上原位生成介孔二氧化硅获得。
4、更具体地，在β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒上原位生成介孔二氧化硅包括以下步骤：
5、1）将十六烷基三甲基溴化铵（ctab）和双十二烷基二甲基溴化铵（ddab）先后溶解在水中并搅拌均匀，然后加入15-30重量份的β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒并搅拌均匀；
6、2）将氨水加入到步骤1）的溶液中并搅拌均匀，然后加入正硅酸四乙酯(teos)，搅拌20-24h后，陈化20-24h，得到介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合前驱体；
7、3）收获步骤2）得到的介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合前驱体，将其在盐酸的乙醇溶液中在60-80℃下回流1-3次，每次1-4h，洗涤烘干后得到介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合颗粒。
8、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，各组分的添加量为1.5重量份的ctab、1.2重量份的ddab、20重量份的teos、15-30重量份的β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒、8重量份的氨水和400重量份的水。
9、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，各组分的添加量为1.5重量份的ctab、1.2重量份的ddab、20重量份的teos、2.5重量份的β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒、8重量份的氨水和400重量份的水。
10、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，氨水的质量浓度为25％。
11、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，步骤1）和2）的搅拌均在25-35℃，优选35℃的条件下进行。
12、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，在步骤2）中在搅拌的情况下缓慢加入teos。
13、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，步骤2）中的陈化是在80-100℃的条件下静置。
14、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，步骤3）中的盐酸的乙醇溶液可以是体积分数为1%的盐酸的乙醇溶液。
15、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，步骤3）中的回流处理是为了通过萃取除去用于生成介孔二氧化硅的表面活性剂，即ctab和ddab。
16、更具体地，在上述原位生成介孔二氧化硅的方法中，在步骤3）中，不通过高温煅烧来除去用于生成介孔二氧化硅的表面活性剂。这是为了保留与ctab和ddab相互作用从而辅助介孔二氧化硅生成的β-环糊精，其在本发明的聚丙烯复合材料中用作气味吸附剂。
17、更具体地，所述β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒通过将马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒与β-环糊精反应来获得。β-环糊精可以通过其羟基与马来酸酐发生反应。反应的条件可以由本领域技术人员常规地选择。例如，可以将马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒和β-环糊精在170℃和80rpm下混合5-30min，从而获得β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒。
18、如本文所用，微细颗粒意指粒径为约1微米至约500微米的聚合物颗粒。微细颗粒可以通过本领域已知的各种用于形成球形或基本上球形的颗粒的微粉化方法制备，例如如美国专利号5,246,779、5,336,731和5,209,977中所述。或者，也可以使用研磨的方式进行微粉化，然而其并非本发明所优选的，因为其倾向于产生非球形的小颗粒，而非球形的颗粒不利于本发明在制备聚丙烯复合材料过程中的均匀分散。
19、作为一个实例，所述马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒可以通过以下步骤获得：
20、s1.将包含45重量份马来酸酐接枝聚丙烯、18重量份环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物和85重量份水的混合物加热至高于马来酸酐接枝聚丙烯熔点的温度（例如加热至170-180℃）以形成液态马来酸酐接枝聚丙烯在水溶液中的分散体，和
21、s2.将步骤s1得到的分散体冷却至低于马来酸酐接枝聚丙烯熔点的温度以产生马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒。
22、更具体地，马来酸酐接枝聚丙烯可以通过本领域熟知的常规方法获得或者可以商购获得。更具体地，马来酸酐接枝聚丙烯可以包含约0.02到5wt％的马来酸酐。
23、更具体地，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂和光稳定剂中的一种或几种。
24、所述抗氧剂的例子可以是受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种；具体地，抗氧剂是抗氧剂168、264、1010、1076、1098中的至少一种。
25、所述润滑剂的例子可以包括硬脂酸钙、硬脂酸、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉、聚乙烯蜡中的至少一种。
26、所述光稳定剂的例子可以包括受阻胺类光稳定剂，如光稳定剂622，化学名称：丁二酸与(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-啶醇的聚合物；光稳定剂770，化学名称：双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
27、在另一方面，本发明还提供了一种制备低气味轻量化聚丙烯复合材料的方法，其包括以下步骤：
28、i）获得马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒，
29、ii）将马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒与β-环糊精反应，以获得β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒，
30、iii）在β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒上原位生成介孔二氧化硅，以获得介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合颗粒，
31、iv）将70-90重量份聚丙烯、5-30重量份介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合颗粒和1-3重量份添加剂加入到高速混合机中混合，然后加入到双螺杆挤出机中进行熔融，将10-20重量份玻璃纤维从侧喂料口加入，一起挤出造粒，得到低气味轻量化聚丙烯复合材料。
32、更具体地，马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒可以使用自制或商购的马来酸酐接枝聚丙烯（更具体地，马来酸酐接枝聚丙烯可以包含约0.02到5wt％的马来酸酐）。使用本领域熟知的各种用于形成球形或基本上球形的颗粒的微粉化方法获得，例如如美国专利号5,246,779、5,336,731和5,209,977中所述。或者，也可以使用研磨的方式进行微粉化，然而其并非本发明所优选的，因为其倾向于产生非球形的小颗粒，而非球形的颗粒不利于本发明在制备聚丙烯复合材料过程中的均匀分散。
33、作为一个例子，马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒可以如下获得：将包含45重量份马来酸酐接枝聚丙烯、18重量份环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物和85重量份水的混合物加热至高于马来酸酐接枝聚丙烯熔点的温度（例如加热至170-180℃）以形成液态马来酸酐接枝聚丙烯在水溶液中的分散体；和将步骤a得到的分散体冷却至低于马来酸酐接枝聚丙烯熔点的温度以产生马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒。
34、更具体地，在步骤ii）中，β-环糊精可以通过其羟基与马来酸酐发生反应。反应的条件可以由本领域技术人员常规地选择。例如，可以将马来酸酐接枝聚丙烯微细颗粒和β-环糊精在170℃和80rpm下混合5-30min，从而获得β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒。
35、更具体地，步骤iii）包括：
36、a.将十六烷基三甲基溴化铵（ctab）和双十二烷基二甲基溴化铵（ddab）先后溶解在水中并搅拌均匀，然后加入β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒并搅拌均匀；
37、b.将氨水加入到步骤a的溶液中并搅拌均匀，然后加入正硅酸四乙酯(teos)，搅拌20-24h后，陈化20-24h，得到介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合前驱体；
38、c.收获步骤b得到的介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合前驱体，将其在盐酸的乙醇溶液中在60-80℃下回流1-3次，每次1-4h，洗涤烘干后得到介孔二氧化硅/β-环糊精接枝聚丙烯复合颗粒。
39、更具体地，各组分的添加量为1.5重量份的ctab、1.2重量份的ddab、20重量份的teos、15-30重量份的β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒、8重量份的氨水和400重量份的水。
40、更具体地，各组分的添加量为1.5重量份的ctab、1.2重量份的ddab、20重量份的teos、2.5重量份的β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒、8重量份的氨水和400重量份的水。
41、更具体地，氨水的质量浓度为25％。
42、更具体地，步骤a和b的搅拌均在25-35℃，优选35℃的条件下进行。
43、更具体地，在步骤b中在搅拌的情况下缓慢加入teos。
44、更具体地，步骤b中的陈化是在80-100℃的条件下静置。
45、更具体地，步骤c中的盐酸的乙醇溶液可以是体积分数为1%的盐酸的乙醇溶液。
46、更具体地，步骤c中的回流处理是为了通过萃取除去用于生成介孔二氧化硅的表面活性剂，即ctab和ddab。
47、更具体地，在步骤c中，不通过高温煅烧来除去用于生成介孔二氧化硅的表面活性剂。这是为了保留与ctab和ddab相互作用从而辅助介孔二氧化硅生成的β-环糊精，其在本发明的聚丙烯复合材料中用作气味吸附剂。
48、更具体地，马来酸酐接枝聚丙烯可以通过本领域熟知的常规方法获得或者可以商购获得。更具体地，马来酸酐接枝聚丙烯可以包含约0.02到5wt％的马来酸酐。
49、更具体地，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂和光稳定剂中的一种或几种。
50、所述抗氧剂的例子可以是受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种；具体地，抗氧剂是抗氧剂168、264、1010、1076、1098中的至少一种。
51、所述润滑剂的例子可以包括硬脂酸钙、硬脂酸、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉、聚乙烯蜡中的至少一种。
52、所述光稳定剂的例子可以包括受阻胺类光稳定剂，如光稳定剂622，化学名称：丁二酸与(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-啶醇的聚合物；光稳定剂770，化学名称：双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
53、本发明的有益效果
54、本发明发现，通过将β-环糊精接枝在聚丙烯微细颗粒上，然后分散在聚丙烯基体中，能够实现β-环糊精在聚丙烯材料中的均匀分布，从而实现良好的气味吸附功效，获得低气味的聚丙烯材料。
55、本发明还发现，可以利用β-环糊精在聚丙烯微细颗粒上原位生成介孔二氧化硅，由此在将β-环糊精掺入聚丙烯基体的过程中同时将介孔二氧化硅也均匀分布在聚丙烯基体中，这不仅避免了本领域在用介孔二氧化硅改性聚丙烯材料时常常遇到的介孔二氧化硅团聚的问题，而且还改善了介孔二氧化硅与聚丙烯基体的相容性，从而不但减小了聚丙烯材料的密度还改善了其机械性能。
56、利用β-环糊精在聚丙烯微细颗粒上原位生成介孔二氧化硅的原理是β-环糊精能够与通常用于制备介孔二氧化硅的表面活性剂（尤其是十六烷基三甲基溴化铵（ctab）和双十二烷基二甲基溴化铵（ddab））相互作用而形成胶束体系，从而用作生成介孔二氧化硅的模板。
57、本发明还出人意料地发现，在利用β-环糊精在聚丙烯微细颗粒上原位生成介孔二氧化硅的过程中，β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒与表面活性剂之间的重量比例的改变会影响最终制备的聚丙烯复合材料的密度。这可能是由于不同的β-环糊精接枝聚丙烯微细颗粒与表面活性剂重量比例会影响生成的介孔二氧化硅的形态从而进一步影响介孔二氧化硅在聚丙烯基体中的分布状态从而改变其密度。