CN107722359A - 一种仿金属功能的塑料母料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提出一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，通过电化学形成多孔铝粉颗粒，使铝粉颗粒与树脂两者的密度相近，避免混合过程中发生沉积、团聚，能够均匀分散，提升材料的性能和表观质量。将多孔铝粉颗粒由表面活性剂活化后与透明树脂等一起通过反应挤出，在多孔铝粉颗粒表层均匀包覆与基体树脂相容性良好的透明树脂，制得所述述仿金属母料。更有利于铝粉与塑料一体化结合，可获得具有较高结合强度的塑料组件，环保、高效地实现金属粉体与塑料的一体化复合。

Description

一种仿金属功能的塑料母料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种仿金属功能的塑料母料的制备方法。
背景技术
随着自然资源的日益短缺，而人们对资源的需求日益变大，很多应用钢材、木材的领域被可回收利用的塑料代替。随着塑料的应用越来越广泛，塑料表面的保护与装饰也越来越重要。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。
目前，市场上已经出现金属质感母粒、金属色塑料制品，但总体来讲市场上出售的金属母粒都是针对某种特定的塑料基料，而不是通用的类型，且市场上出售的金属色母粒在制品的制造过程中出现颜色偏暗偏灰以及流痕情况的出现。而市场上出现的金属制品一般都是通过在塑料基料中直接加入金属粉、珠光粉、润滑剂直接制备而成。
所谓金属粉，又称金属颜料，典型的有铝粉，亦称为铝银浆、铝银粉、片状铝粉，它具有平滑且极薄的鳞片状结构，是应用最多的金属效应颜料之一。铝粉具备良好的防腐性能，还能反射可见光，具有银白色的金属光泽，同时随着角度的不同反射的光的强度也在变化，所以铝粉具有很好的装饰效果；铝粉也能反射红外光和紫外光，因而还具有保温性能和延缓涂层以及橡胶和塑料老化的作用。随着国家和社会关注程度的提高，低碳与环保的话题已不再是一个概念，而是已转化为实实在在的行动。随着材料和模具工艺的发展，免喷涂成为改性塑料发展的新趋势，树脂直接注塑成零件即可满足哑光、高光或者闪烁珠光等生产厂家要求的效果。免去了喷漆的工艺，就免去了对环境的伤害，而且大大降低了制造成本。家电、汽车、电子产品行业塑料件的涂装一般是通过工人手工来完成的，随着消费水平和物价的提高，在家电产品利润急剧降低的同时，工资大幅上涨，用工成本的上升已成为企业难以承担但是又必须承担的包袱。制备具有珠光效果、金属质感的塑料材料直接用于家电塑料外观件的加工成型可减少环境污染、提高产品外观档次、降低产品成本，提高产品竞争力。
行业中的技术人员为实现产品的仿金属效果或仿珠光效果，将金属颜料直接与树脂混合挤出制备仿金属材料，但是颗粒表面只有很少的羟基或羧基，而通常的树脂材料一般不具有能与其反应的基团，两者相容性差。在注塑强剪切条件下，由于塑料与金属密度相差极大，两者很难达到流动性一致，金属容易沉积、团聚，形成流痕，导致性能和表观质量下降。
综上，本专利提供一种仿金属功能的塑料母料，克服上述难点，以获得低成本、高品质的仿金属功能塑料，满足实际生产的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提出一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，获得了低成本、高品质的仿金属功能的塑料母料，避免后续母料使用过程中发生沉积、团聚，能够均匀分散，避免高温下铝颜料容易变色或氧化，从而避免工件表面金属色变暗，提升材料的性能和表观质量。
为实现上述目的,采用具体方案如下:
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其技术特征是，利用电化学的手段把金属铝粉体颗粒表面侵蚀出孔洞，通过刻蚀，使金属表面出现类似于珊瑚礁状的多孔。将多孔铝粉颗粒由表面活性剂活化后与透明树脂等一起通过反应挤出，在多孔铝粉颗粒表层均匀包覆与基体树脂相容性良好的透明树脂，制得仿金属母料。其技术点主要在于通过反应挤出多孔铝粉接枝改性使其表面包覆透明树脂，使分散颗粒低密度化，改善分散性和抗氧化性。
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其详细制备工艺步骤如下：
（1）铝粉表面处理，将铝粉作为阳极放入含有盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸和缓蚀剂的电解液中进行直流电化学腐蚀，使铝合金表面腐蚀形成多孔铝粉；
（2）仿金属母料的制备，先将多孔铝粉与表面活性剂混合，获得表面活化的多孔铝粉，再加入透明树脂粉体材料混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
优选的，所述盐酸的浓度为1.0~2mol/L；所述硫酸的浓度为0.2~1.0mol/L；所述草酸的浓度为0.4~0.8mol/L；所述柠檬酸的浓度为0.1~0.4mol/L。
优选的，所述缓蚀剂为柠檬酸钠、硫脲、丁胺，环己胺、环己醇、乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或多种。
优选的，所述直流电化学腐蚀，腐蚀温度为40~60℃，通电腐蚀时间为100~150s；所述直流电化学腐蚀过程，施加电压时以0.05~0.1V/s的速率升高电压，直至腐蚀电流强度为2.5~3A。直流电化学腐蚀过程中，可在阴、阳两极之间施加逐步升高的电压，使铝合金表孔的形成和腐蚀程度随时间、电压和电流的变化动态调节，实现孔道的形成和孔顶部孔壁部分局部过腐蚀，形成了孔顶部带有纳米突出的复合阵列结构，能够增强铝孔表面与塑料之间的结合稳固性。
优选的，所述多孔铝粉的用量为60~91重量份，透明树脂用量为7~38重量份，表面活性剂用量为1-3重量份。
所述混合，其混合时间为10~30min，机械混合转速为200~300r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却。
所述表面活性剂为常规表面活性剂，优选液体表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺中的一种。表面活化使表面活性剂的溶液与铝粉机械混合，活化后表面活性剂在多孔铝粉表面和孔内壁充分分散。
所述透明树脂优选为聚乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯树脂中的一种，透光率大于75%。选择主要根据仿金属母料的使用环境，母料中的透明树脂尽量选择与要改色的塑料相同或者相近的树脂；也即应用于聚乙烯的仿金属母料应采用聚乙烯及相近的透明树脂。
所述螺杆挤出造粒，采用单螺杆挤出机，挤出机温度控制在 150~280℃之间，挤出机转速为50~150r/min。
与现有技术相比，本发明中一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，具有的有益效果为：
1、本发明采用通过电化学形成多孔铝粉颗粒，使铝粉颗粒与树脂两者的密度相近，避免混合过程中发生沉积、团聚，能够均匀分散，提升材料的性能和表观质量。
2、本发明在金属铝粉表面形成的孔结构，更有利于铝粉与塑料一体化结合，可获得具有较高结合强度的塑料组件，环保、高效地实现金属粉体与塑料的一体化复合。
3、本发明中一种仿金属功能的塑料母料，生产工艺中主要设备都是常用设备，并且设备投资少，工艺简单，容易控制，成本低廉，制备过程和使用过程均无有毒有害废水废气，完全符合环保要求。
附图说明
图1 实施例5的母料扫描电镜图；
图2 对比例1的母料扫描电镜图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其详细制备工艺步骤如下：
（1）铝粉表面处理，将铝粉作为阳极放入含有盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸和缓蚀剂柠檬酸钠的电解液中进行直流电化学腐蚀，腐蚀温度为40~60℃，通电腐蚀时间为100s；施加电压时以0.1V/s的速率升高电压，直至腐蚀电流强度为3A，使铝合金表面腐蚀形成多孔铝粉；其中，所述盐酸的浓度为1.0mol/L；所述硫酸的浓度为0.2mol/L；所述草酸的浓度为0.8mol/L；所述柠檬酸的浓度为0.4mol/L；
（2）仿金属母料的制备，先将60重量份多孔铝粉与1重量份表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚混合，其混合时间为30min，机械混合转速为200r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却；获得表面活化的多孔铝粉，再加入20重量份透光率大于75%透明树脂粉体材料聚乙烯树脂混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到单螺杆挤出机，挤出机温度控制在 150℃，挤出机转速为150r/min，挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
本实施例制备的仿金属功能的塑料母料以2wt%的比例掺入聚乙烯塑料，制备仿金属板材，性能如表1。
实施例2
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其详细制备工艺步骤如下：
（1）铝粉表面处理，将铝粉作为阳极放入含有盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸和缓蚀剂丁胺的电解液中进行直流电化学腐蚀，腐蚀温度为40~60℃，通电腐蚀时间为150s；施加电压时以0.05V/s的速率升高电压，直至腐蚀电流强度为2.5A，使铝合金表面腐蚀形成多孔铝粉；其中，所述盐酸的浓度为2mol/L；所述硫酸的浓度为0.2mol/L；所述草酸的浓度为0.4mol/L；所述柠檬酸的浓度为0.4mol/L；
（2）仿金属母料的制备，先将60重量份多孔铝粉与3重量份表面活性剂混合，其混合时间为10min，机械混合转速为200r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却；获得表面活化的多孔铝粉，再加入25重量份透光率大于75%透明树脂粉体材料聚酰胺树脂混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到单螺杆挤出机，挤出机温度控制在 200℃，挤出机转速为100r/min，挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
本实施例制备的仿金属功能的塑料母料以2wt%的比例掺入聚乙烯塑料，制备仿金属板材，性能如表1。
实施例3
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其详细制备工艺步骤如下：
（1）铝粉表面处理，将铝粉作为阳极放入含有盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸和缓蚀剂环己醇的电解液中进行直流电化学腐蚀，腐蚀温度为40~60℃，通电腐蚀时间为150s；施加电压时以0.1V/s的速率升高电压，直至腐蚀电流强度为3A，使铝合金表面腐蚀形成多孔铝粉；其中，所述盐酸的浓度为2mol/L；所述硫酸的浓度为1.0mol/L；所述草酸的浓度为0.8mol/L；所述柠檬酸的浓度为0.1mol/L；
（2）仿金属母料的制备，先将70重量份多孔铝粉与2重量份表面活性剂混合，其混合时间为20min，机械混合转速为300r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却；获得表面活化的多孔铝粉，再加入30重量份透光率大于75%透明树脂粉体材料聚丙烯树脂混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到单螺杆挤出机，挤出机温度控制在 220℃，挤出机转速为150r/min，挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
本实施例制备的仿金属功能的塑料母料以2wt%的比例掺入聚乙烯塑料，制备仿金属板材，性能如表1。
实施例4
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其详细制备工艺步骤如下：
（1）铝粉表面处理，将铝粉作为阳极放入含有盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸和缓蚀剂三乙烯四胺的电解液中进行直流电化学腐蚀，腐蚀温度为40~60℃，通电腐蚀时间为150s；施加电压时以0.05V/s的速率升高电压，直至腐蚀电流强度为2.5A，使铝合金表面腐蚀形成多孔铝粉；其中，所述盐酸的浓度为2mol/L；所述硫酸的浓度为0.2mol/L；所述草酸的浓度为0.8mol/L；所述柠檬酸的浓度为0.1mol/L；
（2）仿金属母料的制备，先将60重量份多孔铝粉与3重量份表面活性剂混合，其混合时间为30min，机械混合转速为300r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却；获得表面活化的多孔铝粉，再加入35重量份透光率大于75%透明树脂粉体材料聚酰胺树脂混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到单螺杆挤出机，挤出机温度控制在210℃，挤出机转速为50r/min，挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
本实施例制备的仿金属功能的塑料母料以2wt%的比例掺入聚乙烯塑料，制备仿金属板材，性能如表1。
实施例5
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其详细制备工艺步骤如下：
（1）铝粉表面处理，将铝粉作为阳极放入含有盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸和缓蚀剂乙烯二胺的电解液中进行直流电化学腐蚀，腐蚀温度为40~60℃，通电腐蚀时间为150s；施加电压时以0.1V/s的速率升高电压，直至腐蚀电流强度为2.5A，使铝合金表面腐蚀形成多孔铝粉；其中，所述盐酸的浓度为1.0mol/L；所述硫酸的浓度为0.2mol/L；所述草酸的浓度为0.8mol/L；所述柠檬酸的浓度为0.1mol/L；
（2）仿金属母料的制备，先将80重量份多孔铝粉与3重量份表面活性剂聚氧乙烯烷基酰胺混合，其混合时间为10min，机械混合转速为200r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却；获得表面活化的多孔铝粉，再加入30重量份透光率大于75%透明树脂粉体材料聚乙烯树脂混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到单螺杆挤出机，挤出机温度控制在 150℃之间，挤出机转速为50r/min，挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
本实施例制备的仿金属功能的塑料母料以2wt%的比例掺入聚乙烯塑料，制备仿金属板材，性能如表1。
对比例1
一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其详细制备工艺步骤如下：
（1）先将80重量份铝粉与3重量份表面活性剂聚氧乙烯烷基酰胺混合，其混合时间为10min，机械混合转速为200r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却；获得表面活化的铝粉，再加入30重量份透光率大于75%透明树脂粉体材料聚乙烯树脂混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到单螺杆挤出机，挤出机温度控制在 150℃之间，挤出机转速为50r/min，挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
对比例1制备的仿金属功能的塑料母料以2wt%的比例掺入聚乙烯塑料，制备仿金属板材，性能如表1。
表1：
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
母料加入量wt% 2 2 2 2 2 2
仿金属板材表面 均匀金属光泽 均匀金属光泽 均匀金属光泽 均匀金属光泽 均匀金属光泽 团聚的大颗粒
将实施例5与对比例1得到的母料进行扫描电镜观测，图1为实施例5的扫描电镜，图2为对比例1的扫描电镜图。通过直观观察分析，实施例1中铝明显分散均匀，而未采用多孔化铝粉的对比例1则出现铝粉的严重团聚、堆积的现象。

Claims (9)

1.一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其制备工艺步骤如下：
（1）铝粉表面处理，将铝粉作为阳极放入含有盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸和缓蚀剂的电解液中进行直流电化学腐蚀，使铝合金表面腐蚀形成多孔铝粉；
（2）仿金属母料的制备，先将多孔铝粉与表面活性剂混合，获得表面活化的多孔铝粉，再加入透明树脂粉体材料混合均匀，最后将拌均匀的混合料加入到螺杆挤出机中进行挤出造粒获得仿金属功能的塑料母料。
2.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述盐酸的浓度为1.0~2mol/L；所述硫酸的浓度为0.2~1.0mol/L；所述草酸的浓度为0.4~0.8mol/L；所述柠檬酸的浓度为0.1~0.4mol/L。
3.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述缓蚀剂为柠檬酸钠、硫脲、丁胺，环己胺、环己醇、乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述直流电化学腐蚀，腐蚀温度为40~60℃，通电腐蚀时间为100~150s；所述直流电化学腐蚀过程，施加电压时以0.05~0.1V/s的速率升高电压，直至腐蚀电流强度为2.5~3A。
5.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述多孔铝粉的用量为60~91重量份，透明树脂用量为7~38重量份，表面活性剂用量为1-3重量份。
6.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述混合，其混合时间为10~30min，机械混合转速为200~300r/min，为避免混合过程温度升高，混料装置通冷却水冷却。
7.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺中的一种。
8.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述透明树脂为聚乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯树脂中的一种，透光率大于75%。
9.根据权利要求1所述一种仿金属功能的塑料母料的制备方法，其特征在于：所述螺杆挤出造粒，采用单螺杆挤出机，挤出机温度控制在 150~280℃之间，挤出机转速为50~150r/min。
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