CN102351462A - 昆仑晶石复合材料，昆仑晶石复合材料卫浴设备及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种昆仑晶石复合材料，昆仑晶石复合材料卫浴设备及其制备方法，该昆仑晶石复合材料包含以下按重量份数计原料：50~80份的昆仑晶石、15~65份的热塑性聚合物、0.2~10份的高效助剂、0.4~0.8份的抗氧剂1010；该昆仑晶石包含硅灰石、凹凸棒土、碳酸钙、白炭黑、钛白粉的任意一种以上的组合，采用粒度级配的方式混合，并经改性处理；该热塑性聚合物包含PP、PE、POE、PA、ABS、PC/ABS、POM；该高效助剂包含流动改性剂、增强剂、光亮剂中的任意一种以上。本发明提供的昆仑晶石复合材料原料来源丰富、机械加工性能好，通过注塑工艺制备卫浴设备，工艺简便，条件温和，方便工业上大规模生产，得到的卫浴设备具有陶瓷的表面光泽和质感，硬度高，自洁性好。

Description

昆仑晶石复合材料,昆仑晶石复合材料卫浴设备及其制备方法

技术领域

本发明涉及卫浴设备领域，具体地，涉及一种昆仑晶石复合材料，采用该昆仑晶石复合材料制备的卫浴设备及其用于制备卫浴设备的方法。 

背景技术

目前，市场上的卫浴设备，包括浴缸、台盆、座便器、小便斗，大都是采用陶瓷制成的，即采用陶土烧制而成。先把陶土制成洁具产品进行烧制，成型后表面上釉再进行烧结，其烧制过程需消耗大量煤炭或天然气，造成大量的碳排放和能源消耗，碳排放量大，尤其是对空气的污染；而其在烧制过程中由于温度的不对称使产品开裂和变形导致产品大量的次品和报废，产生的废料多、能耗大、形成二次污染，并使得成本提高。同时生产中用的陶土资源也日益稀少，一旦资源枯竭，将无法再用陶土生产洁具产品，不能可持续发展。 

为找到陶瓷替代品，人们采用人造玛瑙或亚克力来制备卫浴洁具。该方法采用树脂和玛瑙粉混合物实心浇注在夹层空壳中的方式来制备卫浴洁具，所得产品虽然具有陶瓷制品的一般特性，但相对工艺复杂，产品观感差，自洁性不佳，不实用，并大量消耗石油副产品。

另外，又出现亚克力和玻璃钢复合结构的卫浴洁具的报道，但这种材料的卫浴洁具外观似塑料制品，感观、耐用性和使用性都较差。

中国发明专利申请号为96106392.0的中国发明专利，申请公开了《人造大理石制品及其制备方法》（公开号:CN1167741A),该申请以大理石粉、不饱和聚酯树脂、氢氧化铝及硅灰石为主要原料通过浇注工艺完成，产品性能和制备过程虽然有所提高，但产品笨重、工艺实用性差、平整度和光洁度较差，劳动效率低，尤其不能形成工业化大规模生产的条件。

因此，需要开发一种具有类陶瓷的观感、质感，硬度高、自洁性好，原料来源丰富，能替代陶瓷材料的新型复合材料，而且该复合材料用于制备卫浴洁具容易大规模生产加工。

发明内容

  本发明的目的是提供一种新型复合材料，该材料具有类陶瓷的观感、质感，硬度高、韧性强，自洁性好，原料来源丰富，能替代陶瓷材料制备卫浴设备，而且该材料的机械加工性能良好，易于大规模生产卫浴设备。

为了达到上述目的，本发明提供了一种昆仑晶石复合材料，该复合材料包含以下按重量份数计原料：

昆仑晶石                           50 ~ 80份；

热塑性聚合物                       15 ~ 65份；

高效助剂                            0.2~10份；

抗氧剂1010                         0.4~0.8份；

所述的昆仑晶石包含硅灰石、凹凸棒土、碳酸钙、白炭黑、钛白粉的任意一种以上的组合并通过粒度级配的方式混合；所述的粒度级配是指不同类型的颗粒，以不同的粒度、不同比例混合，其目的是显示出不同类型颗粒的特性和组合后的协同特性，获得更高的堆积密度和相关的物理性能，如表面硬度、抗压强度、密度等。

所述的热塑性聚合物包含PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、POE(聚乙烯辛烯共聚物)、PA（聚酰胺）、ABS（丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）/ABS、POM（聚甲醛）中的任意一种以上。 

所述的高效助剂包括流动改性剂、增强剂、光亮剂等助剂中的任意一种以上。

上述的昆仑晶石复合材料，其中，所述的昆仑晶石经表面改性处理过，使得填料（昆仑晶石）的相容性更好，填充量提高，制得的复合材料强度高、韧性强、表面光洁、平整、自洁性好，不易沾污。所述的改性处理方法是将昆仑晶石与助剂在高搅机中于80℃搅拌30-45分钟，该助剂为硬脂酸。

上述的昆仑晶石复合材料，其中，所述的高效助剂包含按重量份数计为0.2~1.5份的流动改性剂，所述的流动改性剂为改性乙撑双脂肪酸酰亚胺（TAF）。

上述的昆仑晶石复合材料，其中，所述的高效助剂还包含按重量份数计为0.2~8份的增硬剂，所述的增硬剂包含无机微纤维和特种聚合物纤维；所述的无机微纤维是指经加工改性的、天然的无机纤维状物质，如长径比为6~12：1的硅灰石、凹凸棒土等，所述的特种聚合物纤维是指人工合成的高刚性纤维状化合物，具体来说，该特种聚合物纤维包含芳香族聚酰胺纤维，更优选地，该特种聚合物纤维是指芳纶纤维。

上述的昆仑晶石复合材料，其中，所述的高效助剂还包含按重量份数计为0.1份的光亮剂，所述的光亮剂为1,4-2(苯并恶唑基-2-基)萘(O1)。

本发明还提供了一种采用上述的昆仑晶石复合材料，通过注塑成型工艺制备的卫浴设备。采用该昆仑晶石复合材料制备的卫浴设备具有天然石材的质感、强度和韧性，还具有陶瓷洁具没有的薄和轻的优点，而且具有低碳环保、节能节水、抗折压、耐磨损、不易碎、报废率低、材料可重复使用、无污染等优点，具有非常大的经济效益和市场前景。而传统的陶瓷卫浴产品在生产工艺方面具有高能耗、高排放、高污染、次品和报废率高、易碎易裂的缺陷。

本发明还提供了一种上述昆仑晶石复合材料用于制备卫浴设备的方法，该方法包含以下具体步骤：

步骤1，将50 ~ 80份以粒度级配方式组合的昆仑晶石、0.2 ~ 10份高效助剂、0.4 ~ 0.8份抗氧剂1010与15 ~ 65份热塑性聚合物共混，然后，经挤出机挤出造粒，得到昆仑晶石复合材料粒子；

步骤2，上述得到的昆仑晶石复合材料粒子利用卫浴设备模具，注塑成型；

步骤3，对成型的卫浴设备进行表面处理，得到类陶瓷的昆仑晶石卫浴洁具。

上述的昆仑晶石复合材料用于制备卫浴设备的方法，其中，该方法还包含：在所述的步骤1之前，将昆仑晶石通过助剂进行表面改性处理。

上述的昆仑晶石复合材料用于制备卫浴设备的方法，其中，所述的改性处理步骤为：将昆仑晶石与助剂在高搅机中于80℃搅拌30-45分钟，该助剂为硬脂酸。改性后的昆仑晶石能与聚丙烯充分结合，大大提高了材料之间的相容性，大幅度提高了昆仑晶石的添加比例，使昆仑晶石复合材料具有高填充的优点，同时降低了昆仑晶石表面的吸油性，使得采用该昆仑晶石复合材料制备的洁具具有不易沾污的优点。

本发明对这类高充填材料（昆仑晶石）进行改性，这类经改性的昆仑晶石与热塑性聚合物复合的昆仑晶石复合材料，具有高填充的特点，采用该复合材料生产的卫浴洁具产品具有仿陶瓷的特征，诸如高的表面铅笔硬度、类陶瓷的表面光泽、类陶瓷的敲击声响、自洁性等，同时保持了良好的热塑可加工性。

本发明以高比例的硅灰石、凹凸棒土、碳酸钙、白炭黑、钛白粉等微粒组合并进行粒度级配，关键性地引入特种有机纤维，与热塑性聚合物PP、PE、POE、PA、ABS等复合，所得注塑产品的表面铅笔硬度达到5-6H，具有自洁性，不易结垢，呈现类似陶瓷的敲击声响。

本发明的另一种技术方案，以硅灰石、凹凸棒土、碳酸钙、白炭黑、钛白粉等微粒组合并进行粒度级配，关键性地引入特种有机纤维和高效的流动改性剂，与热塑性聚合物PP、PE、POE、PA、ABS等复合，虽然体系的微粒和聚合物纤维总含量达到70-80%，但仍保持着良好的热塑可加工性，230℃，2.16千克砝码条件下，熔融指数大于3，可一次注塑20-30千克形状多样的大型制品，而现有的注塑工艺只能一次注塑最大10千克的产品，而且，其固体填料的填充量还远小于本发明。

本发明的另一种技术方案，以高比例的硅灰石、凹凸棒土、碳酸钙、白炭黑、钛白粉等微粒组合并进行粒度级配，关键性地引入特种有机纤维、流动改性剂和新型的光亮剂体系，与热塑性聚合物PP、PE、POE、PA、ABS等复合，无论产品是否进一步表面处理，产品都显示出类似陶瓷制品的光泽。

通常，多组分高填充复合体系，特别是固含量高达70-80%的复合体系，流动性和可注塑性极差，难以采取注塑工艺加工，通常只能采取手糊、压制的工艺加工，而本发明的多组分高填充复合体系保持良好的流动性和可注塑性，能采用注塑工艺加工，其原因在于：

1）主要增强剂（即昆仑晶石）是经过良好加工改性的硅灰石、凹凸棒土、碳酸钙等，本身具有很好的流动性；

2）增强剂有适合的粒径级配，流动性更佳；

3）含有区别于一般玻璃纤维的聚合物原纤或无机微纤维作为增硬剂，对流动性和注塑性不构成危害；

4）添加了高效的流动改性剂。

本发明以昆仑晶石与热塑性聚合物复合得到的昆仑晶石复合材料，原料来源丰富，机械加工性能好，可以通过注塑工艺制备卫浴设备，得到的卫浴设备具有陶瓷的表面光泽和质感，硬度高，自洁耐磨，高强高韧，肤感舒适、保温。 

传统的陶瓷卫浴产品在生产工艺方面具有高能耗、高排放、高污染、次品和报废率高、易碎易裂的缺陷。而本发明的复合材料制成的产品则具有低碳环保、节能节水、抗折压、耐磨损、不易碎、自洁、报废率低、材料可重复使用、无污染等优点。而且，本发明提供的复合材料高达60~80%的填充量，可加工成20~30千克的大型注塑件，工艺简便，反应条件温和，节能环保，方便工业大规模生产。而现有技术中，如此高的填充量的复合材料只能通过浇铸或压制工艺成型，能耗高，报废率高，条件苛刻；而通常的注塑工艺只能加工比较薄的产品，最大10千克，且材料的填充量低，制成的产品档次低，质感差。 

因此说，本发明具有非常大的社会效益和经济效益。针对当今世界气候变暖，各国都在积极研究低碳、降耗的关键时刻，本发明的应用和推广对全球节能减排、循环经济和低碳经济有着非常重要的意义。包含本发明的项目不仅是全国节能减排方面的一个示范项目，也完全可以成为全球节能减排的一个示范项目，对全球卫浴行业也是一项颠覆性的革命，同时对工业产品的创新具有十分重要的示范意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步地说明。

以下实施例中所用的昆仑晶石均经过改性预处理：将将重量百分数为1~5%的硬脂酸和95~99%的昆仑晶石，在高搅机中于80℃搅拌30-45分钟。

浴缸的生产

实施例1  

首先，将25份PP、5份POE、0.5份抗氧剂1010、0.3份流动改性剂TAF、0.1份荧光增白剂1,4-2(苯并恶唑基-2-基)萘(O1)、2.1份芳纶纤维、5份1000目钛白粉与63份300目硅灰石与6份600目的白炭黑，经高混机共混20分钟，然后经挤出机挤出造粒，干燥，得到昆仑晶石粒子。然后，将浴缸模具安装在注塑机上，将上述制备的昆仑晶石粒子经注塑成型，得到成品浴缸。

实施例2

首先，将25份PP、5份POE、0.5份抗氧剂1010、0.5份流动改性剂TAF、4份芳纶纤维、5份1000目钛白粉与56份300目硅灰石19份600目的碳酸钙，经高混机共混20分钟，然后经挤出机挤出造粒，干燥，得到昆仑晶石粒子。然后，将浴缸模具安装在注塑机上，将上述制备的昆仑晶石粒子经注塑成型。最后，经表面处理得到成品浴缸。

上述实施例1~2所得的成品浴缸具有类陶瓷的表面光泽，敲击呈现类似陶瓷的声响，表面能低，不沾污，具有自洁性，经检测表面铅笔硬度达到5-6H。

台盆的生产

实施例3 

首先，将40份PA、0.8份抗氧剂1010、0.5份流动改性剂TAF、0.1份荧光增白剂1,4-2(苯并恶唑基-2-基)萘(O1)、1.1份芳纶纤维、5.5份800目钛白粉与32份1200目碳酸钙、20份600目凹凸棒土，经高混机共混20分钟，然后经挤出机挤出造粒，干燥，得到昆仑晶石粒子。将台盆模具安装在注塑机上，将上述制备的昆仑晶石粒子经注塑成型，得到成品台盆。

实施例4

首先，将31份PE、0.7份抗氧剂1010、1.0份流动改性剂TAF、67.3份粒度级配的硅灰石（其中，含重量百分数为60%的500目硅灰石粉，30%的800目硅灰石粉，及10%的1100目硅灰石粉），经高混机共混20分钟，然后经挤出机挤出造粒，干燥，得到昆仑晶石粒子。将台盆模具安装在注塑机上，将上述制备的昆仑晶石粒子经注塑成型。最后，经表面处理，得到成品台盆。

上述实施例3~4所得的成品台盆具有类陶瓷的表面光泽，敲击呈现类似陶瓷的声响，表面能低，不沾污，具有自洁性，经检测表面铅笔硬度达到5-6H。

马桶的生产

实施例5  

首先，将65份PC/ABS、0.4份抗氧剂1010、0.8份流动改性剂TAF、0.1份荧光增白剂1,4-2(苯并恶唑基-2-基)萘(O1)、0.7份长径比为6：1的凹凸棒土作为增强剂、13份1000目钛白粉与20份400目硅灰石、47份800目碳酸钙，经高混机共混20分钟，然后经挤出机挤出造粒，干燥，得到昆仑晶石粒子。将马桶模具安装在注塑机上，将上述制备的昆仑晶石粒子经注塑成型，得到成品马桶。

实施例6  

首先，将45份PA、0.6份抗氧剂1010、1份流动改性剂TAF、8份长径比为12：1的硅灰石作为增硬剂、5份1000目钛白粉与35份800目硅灰石、15份400目碳酸钙，经高混机共混20分钟，然后经挤出机挤出造粒，干燥，得到昆仑晶石粒子。将马桶模具安装在注塑机上，将上述制备的昆仑晶石粒子经注塑成型。最后，经表面处理，得到成品马桶。

上述实施例5~6所得的成品马桶具有类陶瓷的表面光泽，敲击呈现类似陶瓷的声响，表面能低，不易结垢，不易沾污，具有自洁性，经检测表面铅笔硬度达到5-6H。

本发明以高填充量的昆仑晶石与热塑性聚合物复合得到的昆仑晶石复合材料，原料来源丰富，机械加工性能好，可以通过注塑工艺制备卫浴设备，工艺简便，条件温和，节能环保，方便工业上大规模生产，得到的卫浴设备具有陶瓷的表面光泽和质感，硬度高，自洁耐磨，高强高韧，肤感舒适、保温。 

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种昆仑晶石复合材料，其特征在于，该复合材料包含以下按重量份数计原料：

昆仑晶石                           50 ~ 80份；

热塑性聚合物                       15 ~ 65份；

高效助剂                           0.2 ~ 10份；

抗氧剂1010                         0.4 ~ 0.8份；

所述的昆仑晶石包含硅灰石、凹凸棒土、碳酸钙、白炭黑、钛白粉的任意一种以上的组合并采用粒度级配方式混合；所述的昆仑晶石经表面改性处理过；  

所述的热塑性聚合物包含PP、PE、POE、PA、ABS、PC/ABS、POM中任意一种以上；

所述的高效助剂包含流动改性剂、增强剂、光亮剂中的任意一种以上。

2.如权利要求1所述的昆仑晶石复合材料，其特征在于，所述的改性处理是指将昆仑晶石与助剂在高搅机中于80℃搅拌30~45分钟，该助剂为硬脂酸。

3.如权利要求1或2所述的昆仑晶石复合材料，其特征在于，所述的高效助剂包含按重量份数计为0.2~1.5份的流动改性剂，所述的流动改性剂为改性乙撑双脂肪酸酰亚胺。

4.如权利要求1或2所述的昆仑晶石复合材料，其特征在于，所述的高效助剂还包含按重量份数计为0.2~8份的增硬剂，所述的增硬剂包含无机微纤维和特种聚合物纤维；所述的无机微纤维是指经加工改性的、天然的无机纤维状物质，所述的特种聚合物纤维是指芳香族聚酰胺纤维。

5.如权利要求4所述的昆仑晶石复合材料，其特征在于，所述的无机微纤维是指长径比为6~12：1的硅灰石、凹凸棒土。

6.如权利要求1或2或5所述的昆仑晶石复合材料，其特征在于，所述的高效助剂还包含按重量份数计为0.1份的光亮剂，所述的光亮剂为1,4-2(苯并恶唑基-2-基)萘。

7.一种采用权利要求1或2或5所述的昆仑晶石复合材料经注塑成型工艺制备的卫浴设备。

8.一种如权利要求7所述的昆仑晶石复合材料卫浴设备的制备方法，其特征在于，该方法包含以下具体步骤：

       步骤1，将50 ~ 80份经粒度级配方式组合的昆仑晶石、0.2 ~ 10份高效助剂、0.4 ~ 0.8份抗氧剂1010与15 ~ 65份热塑性聚合物共混，然后，经挤出机挤出造粒，得到昆仑晶石复合材料粒子；

步骤2，上述得到的昆仑晶石复合材料粒子利用卫浴设备模具，注塑成型；

步骤3，对成型的卫浴设备进行表面处理，得到类陶瓷的昆仑晶石卫浴设备。

9.如权利要求8所述的昆仑晶石复合材料卫浴设备的制备方法，其特征在于，该方法还包含：在所述的步骤1之前，将昆仑晶石通过助剂进行表面改性处理。

10.如权利要求9所述的昆仑晶石复合材料卫浴设备的制备方法，其特征在于，所述的改性处理步骤为：将昆仑晶石与助剂在高搅机中于80℃搅拌30~45分钟，该助剂为硬脂酸。