CN111793330B - 一种遮光性改性塑料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种遮光性改性塑料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明适用于材料技术领域，提供了一种遮光性改性塑料及其制备方法和应用。该遮光性改性塑料，通过含丙烯酸基团的聚合物将二氧化钛进行包封，可在二氧化钛的表面形成一层具有特定厚度、折射率较低的聚合物包覆层，从而使得塑料的不透明性最佳，进而提高塑料的遮光性能。另外，通过在体系中添加苯乙烯‑甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物分散剂，可以使得遮光剂能够更加均匀地分散在非结晶型共聚聚酯中，形成稳定的体系，且在该分散剂的作用下，能够扩大遮光剂之间的间距，使得二氧化钛的遮光范围覆盖面更广泛，避免出现“漏光”现象，全面提升了塑料的遮光效果，同时可减少二氧化钛的使用量，降低生产成本。

Description

一种遮光性改性塑料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种遮光性改性塑料及其制备方法和应用。
背景技术
塑料容器是化妆品领域的主要包材之一。将化妆品用塑料容器进行包装贮存，可阻隔外界的污染物，诸如灰尘、水分、阳光、空气等直接与化妆品接触而污染化妆品，甚至加速化妆品的变质，进而缩短其使用寿命。
对于一些含有容易引发光敏反应，或者遇到光后容易氧化、分解，或者对皮肤具有刺激性，阳光会加重刺激的成分的化妆品，通常需要用到遮光性能好的塑料容器进行包装。
由于二氧化钛具有优异的遮盖力，所以其被广泛用作需要避光存贮的化妆品的塑料容器的添加剂。然而，为了保证塑料容器的良好遮光性能，使用二氧化钛的量相对较大，而二氧化钛价格较为昂贵，这无疑会增加化妆品的生产成本。
因此，如何在保证塑料容器的遮光性能的基础上，减少二氧化钛的使用量，从而降低化妆品的生产成本已成为遮光性塑料的研究热点之一。
发明内容
本发明实施例提供一种遮光性改性塑料，旨在解决如何在保证塑料容器的遮光性能的基础上，减少二氧化钛的使用量，从而降低化妆品的生产成本的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种遮光性改性塑料，按重量份数计，所述遮光性改性塑料包括如下组分：非结晶型共聚聚酯60～85份、分散剂0.1～0.5份和遮光剂5～11份；所述分散剂为苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物；所述遮光剂包括用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒。
本发明实施例还提供了一种遮光性改性塑料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述的遮光性改性塑料的配方称取各原料；
将所述非结晶型共聚聚酯和遮光剂加入到混合容器中，搅拌分钟，混合均匀，再向其中加入分散剂，搅拌混合均匀，得到混合料；
将所述混合料输送至螺杆挤出机中进行剪切分散，并挤出、造粒，得到所述遮光性改性塑料，其中，螺杆挤出机的工作温度为135～160℃。
本发明实施例还提供了上述遮光性改性塑料在制备塑料容器中的应用。
本发明实施例提供的遮光性改性塑料，是由非结晶型共聚聚酯、分散剂和遮光剂经科学复配构成。与现有技术中的塑料相比，通过含丙烯酸基团的聚合物将二氧化钛进行包封，可在二氧化钛的表面形成一层具有特定厚度、折射率较低的聚合物包覆层，从而使得塑料的不透明性最佳，进而提高塑料的遮光性能。另外，通过在体系中添加苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物分散剂，可以使得遮光剂能够更加均匀地分散在非结晶型共聚聚酯中，形成稳定的体系，且在该分散剂的作用下，能够扩大遮光剂之间的间距，使得二氧化钛的遮光范围覆盖面更广泛，避免出现“漏光”现象，全面提升了塑料的遮光效果，同时可减少二氧化钛的使用量，降低生产成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的遮光性改性塑料，通过含丙烯酸基团的聚合物将二氧化钛进行包封，可在二氧化钛的表面形成一层具有特定厚度、折射率较低的聚合物包覆层，从而使得塑料的不透明性最佳，进而提高塑料的遮光性能。另外，通过在体系中添加苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物分散剂，可以使得遮光剂能够更加均匀地分散在非结晶型共聚聚酯中，形成稳定的体系，且在该分散剂的作用下，能够扩大遮光剂之间的间距，使得二氧化钛的遮光范围覆盖面更广泛，避免出现“漏光”现象，全面提升了塑料的遮光效果，同时可减少二氧化钛的使用量，降低生产成本。
本发明实施例提供了一种遮光性改性塑料，按重量份数计，所述遮光性改性塑料包括如下组分：非结晶型共聚聚酯60～85份、分散剂0.1～0.5份和遮光剂5～11份；所述分散剂为苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物；所述遮光剂包括用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒。
在本发明实施例中，非结晶型共聚聚酯(PCTG)，具有较好的粘性、透明度、颜色、耐化学药剂和抗应力白化能力，可很快热成型或挤出吹塑成型。其制品高度透明，抗冲击性能优异，特别适宜成型厚壁透明制品，其加工成型性能极佳，能够按照设计者的意图进行任意形状的设计，可以采用传统的挤出、注塑、吹塑及吸塑等成型方法，可以广泛应用于板片材、高性能收缩膜、瓶用及异型材、化妆品包装等市场，同时其二次加工性能优良，可以进行常规的机加工修饰。
在本发明的优选实施例中，所述二氧化钛颗粒的粒径为7～21nm，更为优选的粒径为10～21nm，最为优选的粒径为15～21nm。
在工业应用中，通常会利用二氧化钛被分散到介质中的不透明性，以得到遮盖的效果。二氧化钛的遮盖力不仅取决于它的晶体结构、折射率和对光的散射能力，而且也取决于它对光的吸收能力。但是二氧化钛对光的吸收能力很小，虽然光的吸收对遮盖力有影响，但是没有散射能力影响大，因此其遮盖力主要受散射力的影响和着色力一样，也受二氧化钛的折射率、粒径、粒径分布和分散性的影响。经大量的实验研究发现，当体系中的二氧化钛颗粒的平均粒径为7～21nm时，一方面可以提高其包覆的效果和效率，另一方面可以提高其遮盖力。而当其平均粒径小于7nm或者大于21nm时，都会对其遮光力有影响。在实验中，当二氧化钛颗粒的平均粒径为15～21nm时，塑料体系的遮光力最佳。
在本发明实施例中，为了一步减少二氧化钛的使用量，可以在塑料体系中添加适量的二氧化锌作为遮光剂。
在本发明的优选实施例中，为了降低二氧化钛的使用量，并提高遮光剂的遮光效果，优选含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的重量比为(1～1.5):(1～2)。最为优选的是，所述用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的重量比为1.5:2。
在本发明的优选实施例中，为了提高遮光剂的包覆效果和效率，优选所述含丙烯酸基团的聚合物与二氧化钛颗粒的重量比为0.3～2:1。
在本发明实施例中，含丙烯酸基团的聚合物包括但不限于聚丙烯酸、丙烯酸酯共聚物。
在本发明的示例性实施例中，用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒可以通过下述方法制备得到：
首先，将二氧化钛颗粒、阴离子型表面活性剂和苯乙烯磺酸钠加入两性聚合物的水性分散体中，搅拌混合，形成混合物；再向该混合物中加入氧化还原引发剂；然后加入含丙烯酸基团的酸单体或其盐的水性分散体，搅拌反应一定的时间，使得所述单体聚合并吸附在二氧化钛颗粒的表面，形成包封二氧化钛颗粒的聚合物的水性分散体系。
在本发明的一个实施例中，所述遮光性改性塑料按重量份数计，所述遮光性改性塑料包括如下组分：非结晶型共聚聚酯60～85份、分散剂0.1～0.5份、遮光剂5～11份和助剂0.1～0.2份；所述助剂为羰基铁粉或羰基镍粉中的其中一种。
在塑料体系中添加羰基铁粉或者羰基镍粉，利用某些过渡元素(铁、镍等)的羰基粉末活性大、粒度细、形貌呈特殊的球形结构的特点，以及其良好的成型性，有助于形成连续的分散相，使得遮光剂能够更均匀地分散在塑料体系中，增加各遮光剂颗粒之间的间距，从而提高遮光剂的遮盖面积，提高其遮盖效果，有利于进一步减少遮光剂——二氧化钛的使用量。
在本发明实施例中，用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒可以通过蒸发干燥、喷雾干燥、过滤或者离心等方式从乳液聚合物的水性介质中取出，然后加入到塑料体系中用作遮光剂。
为了进一步提高分散剂的分散效果，优选的，所述苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物含有25～65重量百分比苯乙烯的结构单元和35～75重量百分比甲基丙烯酸甲酯的结构单元，所述苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物的结构单元的重量百分比之和为100％。
本发明实施例还提供了一种遮光性改性塑料的制备方法，包括如下步骤：
步骤101，按照上述的遮光性改性塑料的配方称取各原料。
步骤102，将所述非结晶型共聚聚酯和遮光剂加入到混合容器中，搅拌分钟，混合均匀，再向其中加入分散剂，搅拌混合均匀，得到混合料。
步骤103，将所述混合料输送至螺杆挤出机中进行剪切分散，并挤出、造粒，得到所述遮光性改性塑料，其中，螺杆挤出机的工作温度为135～160℃。
在本发明实施例中，上述的遮光性改性塑料可应用在制备塑料容器。塑料容器包括但不限于化妆品容器，例如，口红管、瓶盖、真空瓶、彩盒等。
在本发明的实施例中，二氧化钛购自江苏沪申钛白科技有限公司，二氧化锌购自南通润丰石油化工有限公司，非结晶型共聚聚酯购自广州市代迅商贸有限公司，羰基铁粉、羰基镍粉购自吉林卓创新材料有限公司。
以下给出本发明某些实施方式的实施例，其目的不在于对本发明的范围进行限定。
另外，需要说明的是，以下实施例中所给出的数值是尽可能精确，但是本领域技术人员理解由于不可能避免的测量误差和实验操作问题，每一个数字都应该被理解为约数，而不是绝对准确的数值。例如，由于称量器具的误差，关于各实施例遮光性改性塑料中各原料的重量值，应该理解为其可能具有±2％或±1％的误差。
实施例1
本实施例中的遮光性改性塑料的配方如下：
非结晶型共聚聚酯85份、分散剂(含有25重量百分比苯乙烯的结构单元和75重量百分比甲基丙烯酸甲酯的结构单元的苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物)0.1份和遮光剂(用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的混合物，两者的混合重量比为1:2)10份。
本实施例的遮光性改性塑料的制备工艺如下：
按照上是述的遮光性改性塑料的配方称取各原料。
将所述非结晶型共聚聚酯和遮光剂加入到混合容器中，搅拌分钟，混合均匀，再向其中加入分散剂，搅拌混合均匀，得到混合料。
将所述混合料输送至螺杆挤出机中进行剪切分散，并挤出、造粒，得到所述遮光性改性塑料，其中，螺杆挤出机的工作温度为135℃。
实施例2
非结晶型共聚聚酯60份、分散剂(含有65重量百分比苯乙烯的结构单元和35重量百分比甲基丙烯酸甲酯的结构单元的苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物)0.5份和遮光剂(用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的混合物，两者的混合重量比为1.5:2)5份。
本实施例的遮光性改性塑料的制备工艺如下：
按照上是述的遮光性改性塑料的配方称取各原料。
将所述非结晶型共聚聚酯和遮光剂加入到混合容器中，搅拌分钟，混合均匀，再向其中加入分散剂，搅拌混合均匀，得到混合料。
将所述混合料输送至螺杆挤出机中进行剪切分散，并挤出、造粒，得到所述遮光性改性塑料，其中，螺杆挤出机的工作温度为155℃。
实施例3
非结晶型共聚聚酯70份、分散剂(含有40重量百分比苯乙烯的结构单元和60重量百分比甲基丙烯酸甲酯的结构单元的苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物)0.4份和遮光剂(用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的混合物，两者的混合重量比为1.5:1)11份。
本实施例的遮光性改性塑料的制备工艺如下：
按照上是述的遮光性改性塑料的配方称取各原料。
将所述非结晶型共聚聚酯和遮光剂加入到混合容器中，搅拌分钟，混合均匀，再向其中加入分散剂，搅拌混合均匀，得到混合料。
将所述混合料输送至螺杆挤出机中进行剪切分散，并挤出、造粒，得到所述遮光性改性塑料，其中，螺杆挤出机的工作温度为160℃。
实施例4
非结晶型共聚聚酯65份、分散剂(含有45重量百分比苯乙烯的结构单元和55重量百分比甲基丙烯酸甲酯的结构单元的苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物)0.3份、遮光剂(用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的混合物，两者的混合重量比为1:2)9份、填料(羰基镍粉)0.1份。
本实施例的遮光性改性塑料的制备工艺如下：
按照上是述的遮光性改性塑料的配方称取各原料。
将所述非结晶型共聚聚酯和遮光剂加入到混合容器中，搅拌分钟，混合均匀，再向其中加入分散剂，搅拌混合均匀，得到混合料。
将所述混合料输送至螺杆挤出机中进行剪切分散，并挤出、造粒，得到所述遮光性改性塑料，其中，螺杆挤出机的工作温度为145℃。
实施例5
非结晶型共聚聚酯75份、分散剂(含有30重量百分比苯乙烯的结构单元和70重量百分比甲基丙烯酸甲酯的结构单元的苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物)0.2份、遮光剂(用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的混合物，两者的混合重量比为1.5:2)7份、填料(羰基铁粉)0.2份。
本实施例的遮光性改性塑料的制备工艺如下：
按照上是述的遮光性改性塑料的配方称取各原料。
将所述非结晶型共聚聚酯和遮光剂加入到混合容器中，搅拌分钟，混合均匀，再向其中加入分散剂，搅拌混合均匀，得到混合料。
将所述混合料输送至螺杆挤出机中进行剪切分散，并挤出、造粒，得到所述遮光性改性塑料，其中，螺杆挤出机的工作温度为150℃。
根据ASTM D 542-00《透明度折射率有机塑料》的标准测试方法对上述实施例1～5制得的遮光性改性塑料进行性能测试，测试结果如下表1所示。
表1
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
折射率 2.4728 2.5613 2.4814 2.6101 2.7302
由上表1可知，采用本发明实施例的配方制得的遮光性改性塑料的折射率为2.4728～2.7302，相较于透明塑料的折射率(约1.01)提高了1.4～1.7倍，因而经过遮光改性后的改性塑料具有良好的遮光效果。
对比例1
对比例1与上述实施例5相比，仅将实施例5中的分散剂去掉，其余的原料及制备条件不变。
对比例2
对比例3与上述实施例5相比，仅将实施例5中的含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒等量替换为二氧化钛颗粒，其余的原料及制备条件不变。
对比例3
对比例3与上述实施例5相比，仅将实施例5中的遮光剂全部采用二氧化锌颗粒，其余的原料及制备条件不变。
对比例4
对比例4与上述实施例5相比，仅将实施例5中的填料去掉，其余的原料及制备条件不变。
对比例5
对比例5与上述实施例5相比，仅将实施例5中的填料替换为铁粉，其余的原料及制备条件不变。
参照上述实验方法分别对上述对比例1～6制得的各组材料进行性能测试，测试结果见下表2。
表2
测试项目 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
折射率 1.9842 2.0315 1.7859 2.0046 2.1104
结合上表1、2可知，添加分散剂、填料有助于提高塑料的遮光效果；并且采用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒和二氧化锌颗粒的混合物作为遮光剂不仅可使得塑料具有良好的遮光效果，并且还可以减少二氧化钛颗粒的使用量，从而降低原料成本。此外，经过含丙烯酸基团的聚合物对二氧化钛颗粒进行包封后再使用，其遮光效果更佳，这原因是经过聚合物包封后的二氧化钛颗粒能够更好地分散在塑料体系中，并且在分散剂的分散作用下，增加了二氧化钛颗粒之间的分布间距，从而增加了塑料中的二氧化钛颗粒的遮盖面积，进而提升了塑料的遮光效果。
综上所述，本发明实施例提供的遮光性改性塑料，通过含丙烯酸基团的聚合物将二氧化钛进行包封，可在二氧化钛的表面形成一层具有特定厚度、折射率较低的聚合物包覆层，从而使得塑料的不透明性最佳，进而提高塑料的遮光性能。另外，通过在体系中添加苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物分散剂，可以使得遮光剂能够更加均匀地分散在非结晶型共聚聚酯中，形成稳定的体系，且在该分散剂的作用下，能够扩大遮光剂之间的间距，使得二氧化钛的遮光范围覆盖面更广泛，避免出现“漏光”现象，全面提升了塑料的遮光效果，同时可减少二氧化钛的使用量，降低生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种遮光性改性塑料，其特征在于，按重量份数计，所述遮光性改性塑料包括如下组分：
非结晶型共聚聚酯60～85份、分散剂0.1～0.5份、遮光剂5～11份和助剂0.1～0.2份；
所述助剂为羰基铁粉或羰基镍粉中的其中一种；
所述分散剂为苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物；
所述遮光剂包括用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒；
所述遮光剂还包括二氧化锌颗粒；
所述用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的重量比为（1～1.5）： （1～2）；
所述含丙烯酸基团的聚合物与二氧化钛颗粒的重量比为0.3～2：1。
2.如权利要求1所述的遮光性改性塑料，其特征在于，所述二氧化钛颗粒的粒径为7～21nm。
3.如权利要求1所述的遮光性改性塑料，其特征在于，所述用含丙烯酸基团的聚合物包封的二氧化钛颗粒与二氧化锌颗粒的重量比为1.5：2。
4.如权利要求1所述的遮光性改性塑料，其特征在于，所述苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物含有25～65重量百分比苯乙烯的结构单元和35～75重量百分比甲基丙烯酸甲酯的结构单元，所述苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物的结构单元的重量百分比之和为100％。
5.如权利要求1～4任一所述的遮光性改性塑料在制备塑料容器中的应用。
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