CN101704974B - 一种含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其是由颗粒状均聚聚丙烯、均聚聚丙烯粉、无机填料、炭黑、润滑剂、白矿油及其他助剂加工而成，所述的颗粒状均聚聚丙烯是指经过造粒处理的均聚聚丙烯，均聚聚丙烯粉是指未经过造粒处理的均聚聚丙烯，无机填料是指硫酸钡、碳酸钙及滑石粉中的一种或一种以上的混合物。本发明产品的制备是先将炭黑预分散，然后预混各组分，最后利用双螺杆挤出机在170～230℃进行挤出造粒而得。本发明解决了添加炭黑着色剂的改性聚丙烯不能满足家电制品的外观光泽和颜色要求的难题，实现了炭黑和各组分之间的最大程度的均匀混合，制得的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的表面光泽度高达85。
Description
技术领域
本发明是涉及一种含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料及其制备方法，具体说，是涉及一种用于制作产品外观件的添加炭黑助剂的高光泽聚丙烯材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
聚丙烯(PP)具有非常好的物理加工性能和廉价的成本，通过添加不同的助剂进行改性可以获得优异性能，已被越来越多的用于家电产品。目前大部分家电制品的外观要求有很好的光泽性和特定的颜色。炭黑着色能力强，通过添加不同份量的炭黑可以调节改性聚丙烯的白度，所以炭黑对有颜色要求的家电用改性聚丙烯来说是一种必不可少的着色剂；由于家电制品光泽度、成本和密度等方面的要求，大部分高光泽聚丙烯添加了硫酸钡、滑石粉、碳酸钙等矿物粉；大部分的改性聚丙烯是通过双螺杆挤出机进行造粒，而双螺杆造粒过程中工艺的选择对改性聚丙烯的外观起着至关重要的作用。虽然部分改性高光泽聚丙烯可以满足一些产品对高光泽和颜色的要求，但添加炭黑助剂的改性聚丙烯仍然无法满足客户的需求，主要问题如下：1)由于炭黑的粒径在10～500nm之间，粒子为球型，多个球型粒子聚集到一起成为聚集体，在聚丙烯中分散困难；2)由于炭黑具有很强的吸附性，容易和矿物粉吸附在一起，很难在聚丙烯中分散，造成改性聚丙烯制品表面凹凸不平的分散有炭黑与矿物粉的粉体团，影响制品表面的光泽；3)在双螺杆造粒中，不合适的工艺造成粉体被压实，树脂、矿物粉、炭黑及各种助剂不能均匀的混合。
虽然现有技术中有高光泽聚丙烯的相关专利技术报道，例如：CN00117199.2公开了一种家电用高光泽耐老化聚丙烯复合材料，CN200510010539.6公开了一种高光泽低收缩率纳米聚丙烯改性复合物及其制备方法，CN200610027888.3公开了一种高光泽耐冲击填充改性聚丙烯及制法和应用，CN200610029852.9公开了一种高光泽低表面析出阻燃聚丙烯复合物及其制备方法，CN200810039829.7公开了一种耐热型高光泽增强聚丙烯及其制备方法等，但上述现有技术均未公开添加难分散的炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料及其制备方法的研究报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料及其制备方法，以满足家电制品对外观的光泽和颜色的高要求，填补现有技术的空白。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其组成及各组成的重量百分比如下：
颗粒状均聚聚丙烯 55％～80％
均聚聚丙烯粉 10％～25％
无机填料 5％～30％
炭黑 0.1～1％
润滑剂 0.1～1％
白矿油 0.1～0.6％
其他助剂 0～2％
上述各组成的配比之和为100％；所述的颗粒状均聚聚丙烯是指经过造粒处理的均聚聚丙烯；所述的均聚聚丙烯粉是指未经过造粒处理的均聚聚丙烯；所述的无机填料是指硫酸钡、碳酸钙及滑石粉中的一种或一种以上的混合物。
所述的硫酸钡优选粒度分布为：D50是0.4～0.9微米、D90是1.2～2.0微米；所述的碳酸钙优选粒度分布为：D50是2.5～3.0微米、D90是9～10.5微米；所述的滑石粉优选粒径为1250目或3000目的滑石粉，其中：粒径为1250目的滑石粉以粒度分布为：D50是10～13微米、D90是26～30微米的最佳，粒径为3000目的滑石粉以粒度分布为：D50是5～6微米、D90是10～11微米的最佳。
所述的炭黑优选粒径在13～70微米的无尘炭黑。
所述润滑剂优选硬脂酸盐或硬脂酸酯；所述润滑剂的用量优选为炭黑用量的0.1～1倍。
所述其它助剂包括除炭黑以外的其它色粉、抗氧剂、成核剂等配方中必备的助剂。
本发明所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
A)将炭黑和润滑剂或炭黑、其它色粉和润滑剂按配比进行混合均匀；
B)首先将颗粒状均聚聚丙烯、均聚聚丙烯粉和白矿油按配比混合均匀，再加入步骤A)制备的混合物料和非色粉的其它助剂进行混合均匀，最后加入无机填料进行混合均匀；
C)利用双螺杆挤出机在170～230℃进行挤出造粒。
所述双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机，长径比为40∶1，每节螺筒一个温区、机头单独一个温区，熔融塑化段的剪切元件的厚度小于或等于螺杆公称直径的20％，剪切片之间的错列角为小于或等于45度，在物料熔融和半熔融状态加入拉伸能力大的螺纹元件(如S型螺纹元件)。
与现有技术相比，本发明解决了添加炭黑着色剂的改性聚丙烯不能满足家电制品的外观光泽和颜色要求的难题，实现了炭黑和各组分之间的最大程度的均匀混合，制得的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的表面光泽度高达85，具有广阔的市场应用前景。另外，本发明的制备方法简单，适合工业化生产要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明是如何实现的做进一步详细、清楚、完整地说明，所列实施例仅对本发明予以进一步的说明，并不因此而限制本发明。实施例中选用的：
颗粒状均聚聚丙烯是由上海福鑫塑胶原料有限公司生产，牌号为PP J700；
均聚聚丙烯粉是由茂名市隆晟石化有限公司生产，牌号为PP 140粉；
硫酸钡的粒度分布为：D50是0.838微米、D90是1.861微米；
碳酸钙的粒度分布为：D50是2.732微米、D90是9.851微米；
滑石粉的粒度分布为：D50是10.782微米、D90是27.963微米；
炭黑为粒径在13～70微米的无尘炭黑；
双螺杆挤出机是由南京瑞亚高聚物装备有限公司提供的型号为TSE-75D/600-250-36的同向双螺杆挤出机，长径比为40∶1，每节螺筒一个温区、机头单独一个温区，熔融塑化段的剪切元件的厚度小于或等于螺杆公称直径的20％，剪切片之间的错列角小于或等于45度，在物料熔融和半熔融状态加入拉伸能力大的螺纹元件。
实施例1
本实施例的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其组成及各组成的重量百分比如下：
颗粒状均聚聚丙烯 55％
均聚聚丙烯粉 18％
硫酸钡 13％
滑石粉 12％
炭黑 0.5％
润滑剂-硬脂酸钙 0.5％
白矿油 0.6％
酞菁蓝色粉 0.4％
本实施例的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的制备方法如下：
A)将炭黑、酞菁蓝色粉和润滑剂-硬脂酸钙按配比放在密封的塑料袋子里，用手揉匀备用；
B)首先将颗粒状均聚聚丙烯、均聚聚丙烯粉和白矿油按配比在800rpm的高速混合机中混3～5秒，再加入步骤A)制备的混合物料在800rpm的搅拌速度下继续混合5～10秒，最后加入无机填料-硫酸钡和滑石粉，在800rpm的搅拌速度下再混合20～30秒；
C)利用同向双螺杆挤出机进行挤出造粒，双螺杆挤出机的各温区温度(℃)设定如下：140/180/200/200/200/180/180/180/180/210。
螺杆在熔融塑化段加入S型螺纹元件，熔融塑化段的剪切元件的厚度为螺杆公称直径的20％，剪切片之间的错列角为45度和30度。
所制备的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其表面光泽度为80。
实施例2
本实施例的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其组成及各组成的重量百分比如下：
颗粒状均聚聚丙烯 59％
均聚聚丙烯粉 25％
硫酸钡 15％
炭黑 0.3％
润滑剂-硬脂酸锌 0.3％
白矿油 0.4％
本实施例的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的制备方法如下：
A)将炭黑和润滑剂-硬脂酸锌按配比在打粉机中进行混合1～2min备用；
B)首先将颗粒状均聚聚丙烯、均聚聚丙烯粉和白矿油按配比在800rpm的高速混合机中混3～5秒，再加入步骤A)制备的混合物料在800rpm的搅拌速度下继续混合5～10秒，最后加入无机填料-硫酸钡，在800rpm的搅拌速度下再混合20～30秒；
C)利用同向双螺杆挤出机进行挤出造粒，双螺杆挤出机的各温区温度(℃)设定如下：140/180/200/200/200/180/180/180/180/210。
螺杆在熔融塑化段加入S型螺纹元件，熔融塑化段的剪切元件的厚度为螺杆公称直径的16％，剪切片之间的错列角为45度和30度
所制备的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其表面光泽度为85。
实施例3
本实施例的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其组成及各组成的重量百分比如下：
颗粒状均聚聚丙烯 80％
均聚聚丙烯粉 10％
碳酸钙 7％
炭黑 1％
润滑剂-硬脂酸钙 0.1％
白矿油 0.1％
成核剂 1.8％
本实施例的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的制备方法如下：
A)将炭黑和润滑剂-硬脂酸钙按配比在打粉机中进行混合1～2min备用；
B)首先将颗粒状均聚聚丙烯、均聚聚丙烯粉和白矿油按配比在800rpm的高速混合机中混3～5秒，再加入步骤A)制备的混合物料和成核剂在800rpm的搅拌速度下继续混合5～10秒，最后加入无机填料-碳酸钙，在800rpm的搅拌速度下再混合20～30秒；
C)利用同向双螺杆挤出机进行挤出造粒，双螺杆挤出机的各温区温度(℃)设定如下：140/180/200/200/200/180/180/180/180/210。
螺杆在熔融塑化段加入S型螺纹元件，熔融塑化段的剪切元件的厚度为螺杆公称直径的20％，剪切片之间的错列角为45度和30度
所制备的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其表面光泽度为80。
Claims (10)
1.一种含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，其组成及各组成的重量百分比如下：
上述各组成的配比之和为100％；所述的颗粒状均聚聚丙烯是指经过造粒处理的均聚聚丙烯；所述的均聚聚丙烯粉是指未经过造粒处理的均聚聚丙烯；所述的无机填料是指硫酸钡、碳酸钙及滑石粉中的一种或一种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，所述的硫酸钡的粒度分布为：D50是0.4～0.9微米、D90是1.2～2.0微米。
3.根据权利要求1所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，所述的碳酸钙的粒度分布为：D50是2.5～3.0微米、D90是9～10.5微米。
4.根据权利要求1所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，所述的滑石粉的粒径为1250目，其粒度分布为：D50是10～13微米、D90是26～30微米。
5.根据权利要求1所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，所述的滑石粉的粒径为3000目，其粒度分布为：D50是5～6微米、D90是10～11微米。
6.根据权利要求1所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，所述的炭黑是指粒径在13～70微米的无尘炭黑。
7.根据权利要求1所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，所述的润滑剂是指硬脂酸盐或硬脂酸酯。
8.根据权利要求7所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料，其特征在于，所述的润滑剂的用量为炭黑用量的0.1～1倍。
9.一种权利要求1所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A)将炭黑和润滑剂或炭黑、其它助剂和润滑剂按配比进行混合均匀；所述的其他助剂为除炭黑以外的其它色粉；
B)首先将颗粒状均聚聚丙烯、均聚聚丙烯粉和白矿油按配比混合均匀，再加入步骤A)制备的混合物料和其它助剂进行混合均匀，最后加入无机填料进行混合均匀；本步骤所述的其他助剂为抗氧剂、成核剂。
C)利用双螺杆挤出机在170～230℃进行挤出造粒。
10.根据权利要求9所述的含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机，长径比为40∶1，每节螺筒一个温区、机头单独一个温区，熔融塑化段的剪切片的厚度小于或等于螺杆公称直径的20％，剪切片之间的错列角小于或等于45度，在物料熔融和半熔融状态下使用S型螺纹元件。
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