CN105949625A - 具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子工程塑料技术领域。该复合材料包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂60～85份、增韧剂5～15份、矿物粉15～30份、色母2～4份、润滑剂0.3～1份、铝粉0.5～1.5份、闪银粉0.25～1份、抗氧剂0.2～0.4份。本发明合理地调节了聚丙烯复合材料的物理性能，加入的铝粉和闪银粉可使合金材料的仿金属效果达到家电产品外观使用要求，具有环保性好、光洁度高等优点。

Description

具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子工程塑料技术领域，具体涉及一种具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯PP是五大通用工程塑料之一，其优良的耐热性、化学温度性、耐候性能及易加工性，广泛应用于电子电器、汽车等行业；随着聚丙烯复合改性技术发展，PP改性复合材料作为重要的以塑代钢材料，越来越多的应用在汽车、家电等外观结构件上。
传统的仿金属质感效果一般采用注塑后通过后处理方式实现，如喷漆、罩光、覆膜、转印等方式，成本高而且不环保；近年来随着材料技术、模具技术发展，免喷涂仿金属质感效果制备技术也随着提高，通过专利检索，现有免喷涂金属质感效果PP复合材料一般采用珠光粉+金属粉(金、银粉)复配方式，添加比例高，在成型过程中不可避免会出现熔接痕现象，影响产品外观。因此，开发一种免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料及其制备方法很有必要。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，该复合材料包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂60～85份、增韧剂5～15份、矿物粉15～30份、色母2～4份、润滑剂0.3～1份、铝粉0.5～1.5份、闪银粉0.25～1份、抗氧剂0.2～0.4份。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述聚丙烯树脂为抗冲击共聚聚丙稀树脂，其熔融指数为20～60g/10min，其悬臂梁缺口冲击强度>8kJ/m2。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述增韧剂为茂金属乙烯-辛烯共聚热塑性弹性体，其比重为0.86～0.91g/cm3，其熔融指数>1g/10min，其断裂伸长率>900％。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述矿物粉为经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理的云母粉、硫酸钡或碳酸钙，其目数为1000～3000目。
优选的，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述矿物粉为经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理的云母粉，其目数为1500～2000目。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述铝粉为丙烯酸树脂包覆的球形铝粉，其粒度为10～75um。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述闪银粉的形状为片状，其粒度为20～180um。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯按质量比1︰2复配得到的；所述润滑剂为硅油。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述聚丙烯复合材料的制备方法，该制备方法如下所述：
将矿物粉、铝粉、闪银粉、抗氧剂、润滑剂依次加料，低速搅拌1～3min，再加入聚丙烯树脂、增韧剂、色母，低速搅拌2～5min后，再高速搅拌3～5min，得到混合物；将上述混合物加入双螺杆挤出机中进行共混，经熔融造粒，得到聚丙烯复合材料；
所述熔融造粒的具体条件为：加热温度为170～220℃，机头温度为200～220℃，熔体温度为210～230℃；主机螺杆转速为30～35r/s，加料转速为25～30r/s。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料的制备方法中，该制备方法还包括采用注塑方式对得到的聚丙烯复合材料进行制样，注塑的具体参数为：
料筒温度：一段温度为170～185℃，二段温度为190～200℃，三段温度为210～230℃，四段温度为210～230℃，五段温度为210～230℃；
热流道温度：210～230℃；
注塑压力：一段压力为70～90kg/m2，二段压力为80～110kg/m2，三段压力为90～120kg/m2；四段压力为90～120kg/m2；五段为压力70～90kg/m2；
注塑速度：一段速度为15～25％，二段速度为20～30％，三段速度为25～45％，四段速度为25～45％，五段速度为10～20％。
本发明的有益效果如下：
本发明合理地调节了复合材料中聚丙烯树脂、矿物粉、增韧剂等原料的比例，满足了不同条件下产品对材料性能的要求；润滑剂的加入，既可改善矿物粉的分散性能，也可改善产品的流动性，提高制品光泽度；铝粉与闪银粉的不同比例组合，有效解决了制品熔接痕问题，而且可以显著提供制品表面金属光泽效果，符合家电制品外观要求。
具体实施方式
本发明提供了一种具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，该复合材料包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂60～85份、增韧剂5～15份、矿物粉15～30份、色母2～4份、润滑剂0.3～1份、铝粉0.5～1.5份、闪银粉0.25～1份、抗氧剂0.2～0.4份。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂，其熔融指数为20～60g/10min，其悬臂梁缺口冲击强度>8kJ/m2。具体的，所述聚丙烯树脂在220℃×10kg试验条件下的流动性为20～45g/10min。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述增韧剂为茂金属乙烯-辛烯共聚热塑性弹性体POE，其比重为0.86～0.91g/cm3，其熔融指数>1g/10min，其断裂伸长率>900％；该增韧剂具备优异的流动特性、耐寒性能，添加后可提高聚丙烯复合材料的抗冲击性能。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述矿物粉为经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理的云母粉、硫酸钡或碳酸钙，其目数为1000～3000目。
优选的，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述矿物粉为经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理的云母粉，其目数为1500～2000目。高光泽细粒径云母粉的加入不仅可以提高聚丙烯复合材料的光泽度，还可以增强聚丙烯复合材料的刚性，提高制品的尺寸稳定性及耐高温蠕变性能。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述铝粉为丙烯酸树脂包覆的球形铝粉，其粒度为10～75um；铝粉的加入能够尽量减少在流动过程中因取向造成的熔接痕现象。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述闪银粉的形状为片状，其粒度为20～180um；闪银粉的片状结构，其反射、折射面更大，从而使得材料的金属质感效果更强。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯按质量比1︰2复配得到的；所述润滑剂为硅油，优选为特种二甲基硅油，其具有良好的润滑性和高温稳定性能，可用于改善填料(矿物粉、铝粉、闪银粉)与高分子体系的相容性；对金属粉及无机材料表面有着很好的润湿与润滑性能，对材料中的铝粉、闪银粉有很好的分散作用；同时也能提高高分子的耐温性和耐氧化性能。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中，所述色母主要用于材料着色，可以根据需求而定，本发明中色母为银白色母。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料中由于填充物(矿物粉、铝粉、闪银粉)的加入会降低材料的物理性能，可以根据产品的特点，加入不同的功能助剂(增韧剂、润滑剂、抗氧剂)，使其满足汽车、家用电器等外观产品的物理性能。
本发明还提供了上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料的制备方法，该制备方法如下所述：
将矿物粉、铝粉、闪银粉、抗氧剂、润滑剂按顺序依次加料，低速搅拌1～3min，再加入聚丙烯树脂、增韧剂、色母，低速搅拌2～5min后，再高速搅拌3～5min，得到混合物；将上述混合物加入双螺杆挤出机中进行共混，经熔融造粒，得到聚丙烯复合材料；所述高速搅拌的转速为650～1300rpm；
所述熔融造粒的条件为：加热温度为170～220℃，机头温度为200～220℃，熔体温度为210～230℃；主机螺杆转速30～35r/s，加料转速25～30r/s。
其中，上述具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料的制备方法中，该制备方法还包括采用注塑成型技术对得到的聚丙烯复合材料进行制样，注塑的具体参数为：
料筒温度：一段温度为170～185℃，二段温度为190～200℃，三段温度为210～230℃，四段温度为210～230℃，五段温度为210～230℃；
热流道温度：210～230℃；
注塑压力：一段压力为70～90kg/m2，二段压力为80～110kg/m2，三段压力为90～120kg/m2；四段压力为90～120kg/m2；五段为压力70～90kg/m2；
注塑速度：一段速度为15～25％，二段速度为20～30％，三段速度为25～45％，四段速度为25～45％，五段速度为10～20％；
进一步的，上述聚丙烯复合材料制备方法中的注塑成型方法，对产品的外观效果有非常重要的影响，在实施过程中需要严格控制生产条件。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，技术人员可以根据本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例和对比例中所用铝粉为丙烯酸树脂包覆的球形铝粉，其粒度为18-50um；片状闪银粉的粒径为55-100um；润滑剂采用特种二甲基硅油；色母为银白色母。
实施例1免喷涂、高刚性金属质感效果PP复合材料的制备
按照表1原料配方称取各种原料，其中PP树脂(200℃/10kg的条件下，其熔融指数在35g/10min，比重为0.905g/cm3)，矿物粉(云母粉，目数为1500～2000目，经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理，其中聚丙烯-马来酸酰接枝物添加量在2％)和增韧剂POE(比重为0.86-0.91g/cm3，熔融指数>1g/10min，断裂伸长率>900％)。
在使用前将矿物粉、铝粉、闪银粉、抗氧剂、特种二甲基硅油依次加入，进行低速搅拌1～3min，然后将PP树脂、增韧剂、色母加入，低速搅拌2～5min后再高速(转速在650～1300rpm)搅拌3～5min；混匀后的材料经熔融造粒即得到免喷涂、高刚性金属质感PP复合材料，产品性质检测数据见表2。
熔融造粒条件为：主机螺杆转速35r/s，加料转速25r/s，加热温度段：一段温度为175℃，二段温度为190℃，三段温度为200℃，四段温度为200℃，五段温度为210℃；机头温度为210℃，熔体温度为210℃。
经共混挤出的材料，通过注塑成型技术进行制样，具体参数为：
料筒温度：一段温度为175℃，二段温度为190℃，三段温度为210℃，四段温度为220℃，五段温度为220℃；
注塑压力：一段压力为80kg/m2，二段压力为90kg/m2，三段压力为90kg/m2，四段压力为100kg/m2，五段压力为80kg/m2；
注塑速度：一段速度为25％，二段速度为25％，三段速度为30％，四段速度为35％，五段速度为15％。
实施例2、3免喷涂、高刚性金属质感效果PP复合材料的制备
实施例2、3的制备方法与实施例1相同，具体原料配比见表1。
对比例1
对比例1的制备方法与实施例1相同，具体原料配比见表1(特别地，矿物粉采用硫酸钡，目数为1500～2000目，经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理，其中聚丙烯-马来酸酰接枝物添加量在2％))；所得产品性能数据如表2所示。
对比例2
对比例2的制备方法与实施例1相同，具体原料配比见表1。所得产品性能数据如表2所示。
本发明中，拉伸强度、断裂伸长率按照国标GB/T1040.2-2006进行测试；弯曲强度、弯曲模量按照国标GB/T9341-2000进行测试；悬臂梁缺口冲击强度按照国标GB/T1843-2008进行测试；按照国标GB/T1634.2-2004进行测试；熔体流动速率按照国标GB/T3682-2000进行测试。
表1免喷涂、高刚性金属质感效果PP复合材料的的原料及配比
(单位：kg)
表2免喷涂、高刚性金属质感效果PP复合材料的性能
从表2中可以看出：实施例1和对比例1在相同配方构成下，不同矿物粉的加入对材料性能影响很大；实施例2和对比例2相对比，铝粉的加入，对材料性能影响非常大，随着铝粉含量提高，材料流动速度、缺口冲击等性能指标会显著下降；综上所述，通过合理控制配方中各组分的比例和成分，选择润滑剂、增韧剂和经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理过的云母粉，同时适当控制铝粉、闪银粉的配比，可以得到一种高刚性、金属质感效果PP复合材料，同时，片状闪银粉的加入，提高了聚丙烯复合材料的金属质感；本发明以较低的成本通过共混改性的方法实现了环保免喷漆、具有金属质感效果的PP复合材料的制备，该方法操作简单，所需原材料易得。
进一步的，本发明保护范围不仅限于此，还包括在金属质感效果的PP复合材料中铝粉与闪银粉组合应用、着色剂等实现方式，都应该涵在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂60～85份、增韧剂5～15份、矿物粉15～30份、色母2～4份、润滑剂0.3～1份、铝粉0.5～1.5份、闪银粉0.25～1份、抗氧剂0.2～0.4份。
2.根据权利要求1所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为抗冲击共聚聚丙稀树脂，其熔融指数为20～60g/10min，其悬臂梁缺口冲击强度>8kJ/m2。
3.根据权利要求1所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为茂金属乙烯-辛烯共聚热塑性弹性体，其比重为0.86～0.91g/cm3，其熔融指数>1g/10min，其断裂伸长率>900％。
4.根据权利要求1所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述矿物粉为经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理的云母粉、硫酸钡或碳酸钙，其目数为1000～3000目。
5.根据权利要求1所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述矿物粉为经聚丙烯-马来酸酰接枝物处理的云母粉，其目数为1500～2000目。
6.根据权利要求1所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述铝粉为丙烯酸树脂包覆的球形铝粉，其粒度为10～75um。
7.根据权利要求1所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述闪银粉的形状为片状，其粒度为20～180um。
8.根据权利要求1所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯按质量比1︰2复配得到的；所述润滑剂为硅油。
9.权利要求1～8任一项所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法如下所述：
将矿物粉、铝粉、闪银粉、抗氧剂、润滑剂依次加料，低速搅拌1～3min，再加入聚丙烯树脂、增韧剂、色母，低速搅拌2～5min后，再高速搅拌3～5min，得到混合物；将上述混合物加入双螺杆挤出机中进行共混，经熔融造粒，得到聚丙烯复合材料；
所述熔融造粒的具体条件为：加热温度为170～220℃，机头温度为200～220℃，熔体温度为210～230℃；主机螺杆转速30～35r/s，加料转速25～30r/s。
10.根据权利要求9所述的具有免喷涂、高刚性金属质感效果的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法还包括采用注塑方式对得到的聚丙烯复合材料进行制样，注塑的具体参数为：
料筒温度：一段温度为170～185℃，二段温度为190～200℃，三段温度为210～230℃，四段温度为210～230℃，五段温度为210～230℃；
热流道温度：210～230℃；
注塑压力：一段压力为70～90kg/m2，二段压力为80～110kg/m2，三段压力为90～120kg/m2，四段压力为90～120kg/m2，五段为压力70～90kg/m2；
注塑速度：一段速度为15～25％，二段速度为20～30％，三段速度为25～45％，四段速度为25～45％，五段速度为10～20％。
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