CN113831642A - 玄武岩纤维在免喷涂聚丙烯材料中的应用及其组合物、组合物的制备方法 - Google Patents

玄武岩纤维在免喷涂聚丙烯材料中的应用及其组合物、组合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了玄武岩纤维作为金属效果颜料在免喷涂聚丙烯材料中的应用及其组合物、组合物的制备方法。本发明还公开了一种免喷涂聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：聚丙烯80～95份，增韧剂1～10份，金属效果颜料0.1～5份，抗氧剂0.05～2份，光稳定剂，0.05～2份，成核剂0.5～1份；所述金属效果颜料为玄武岩纤维，所述免喷涂聚丙烯组合物不含金属或珠光粉。玄武岩纤维的添加为免喷涂聚丙烯组合物带来了良好的金属光泽和质感；并且玄武岩纤维作为无机矿物填料，对于聚丙烯材料的力学性能具有增强增韧的作用，使得所述免喷涂聚丙烯材料既具有优异的金属光泽，同时保持良好的力学性能。

Description

玄武岩纤维在免喷涂聚丙烯材料中的应用及其组合物、组合 物的制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，更具体的，涉及玄武岩纤维在免喷涂聚丙烯材料中的应用及其组合物、组合物的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有密度低、易加工等特点，已成为车用塑料中用量最大的品种。然而聚丙烯表面能低，喷漆困难，喷漆前需结合复杂的聚丙烯表面前处理，同时喷漆不良率高，对人的健康和环境的影响大。
免喷涂聚丙烯复合材料是一类通过直接注塑成型、无需进行喷涂就可以达到喷涂效果的新兴材料。这类免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法主要是通过在树脂基材中填充金属颜料、珠光颜料等特殊效果颜料以达到其特殊的金属质感和色彩。
如中国专利申请CN 107868342 A公开了一种免喷涂聚丙烯组合物，包括聚丙烯树脂和、效果颜料、填料等组分，其中效果颜料包括铝粉；中国专利申请CN 108164829A公开了一种汽车外饰用免喷涂聚丙烯材料，包括聚丙烯、金属粉、珠光粉、滑石粉等组分。上述现有技术中均是利用金属粉为免喷涂聚丙烯材料带来了金属质感。
然而金属材料与聚丙烯的相容性较差，金属粉的添加使得免喷涂PP材料力学性能劣化，通常需要无机填料(如滑石粉、碳酸钙、硅灰石、玻璃纤维等)填充PP以增强力学性能。但无机填料的加入又使得材料的光泽度下降、金属质感劣化，制备的免喷涂材料很难达到良好的金属光泽。此外，金属粉的加入也使得PP材料无法完全回收利用，仅能作为过渡料进行降级处理。
因此，需要开发出一种兼具良好力学性能和金属光泽的免喷涂聚丙烯材料。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的金属光泽与力学性能不能兼具的缺陷，提供玄武岩纤维在免喷涂聚丙烯材料中的应用，使得免喷涂聚丙烯材料既具有优异的金属光泽同时保持良好的力学性能。
本发明的另一目的在于提供一种免喷涂聚丙烯组合物，所述免喷涂聚丙烯组合物兼具良好的力学性能和金属光泽。
本发明的另一目的在于提供上述免喷涂聚丙烯组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述免喷涂聚丙烯组合物在制备汽车内外饰免喷涂制品中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
玄武岩纤维作为金属效果颜料在免喷涂聚丙烯材料中的应用。
玄武岩纤维是以玄武岩为原料，高温熔融后，通过漏板拉制而成的连续纤维。发明人研究发现，玄武岩纤维作为金属效果颜料，在聚丙烯基体中，能为聚丙烯材料带来良好的免喷涂金属质感。
本发明还保护一种免喷涂聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：
聚丙烯80～95份，增韧剂1～10份，金属效果颜料0.1～5份，抗氧剂0.05～2份，光稳定剂0.05～2份，成核剂0.2～1.5份；
所述金属效果颜料为玄武岩纤维，所述免喷涂聚丙烯组合物不含金属或珠光粉。
玄武岩纤维的添加为所述免喷涂聚丙烯组合物带来了良好的金属光泽和质感；并且玄武岩纤维作为无机矿物填料，对于聚丙烯材料的力学性能具有一定程度的增强增韧作用，使得所述免喷涂聚丙烯材料既具有优异的金属光泽，同时保持良好的力学性能。
玄武岩纤维的含量不宜过多或过少。含量过多时，免喷涂金属效果显著降低，外观杂乱、光泽度差，聚丙烯材料表面呈金黄色，反射光线过度，而非闪烁的金属光泽。含量过少时，材料的金属质感较弱，免喷涂效果较差。
优选地，所述免喷涂聚丙烯组合物，由如下重量份的组分组成：
聚丙烯85～90份，增韧剂5～8份，金属效果颜料1～3份，抗氧剂0.5～1份，光稳定剂0.1～1份，成核剂0.5～1份；所述金属效果颜料为玄武岩纤维。
优选地，所述玄武岩纤维的平均长度为0.05～0.1mm。
玄武岩纤维的长度过短时，对于光的反射效果较弱，使得免喷涂聚丙烯组合物的金属光泽较弱；在0.05～0.1mm的长度范围内时，免喷涂聚丙烯组合物的免喷涂金属光泽好。
优选地，所述玄武岩纤维的平均直径为12～17μm。
优选地，所述聚丙烯的熔体流动速率为230℃、2.16kg条件下10～30g/10min。
所述熔体流动速率的检测方法为ASTM-D1238-2010。
优选地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物和/或乙烯-丁烯共聚物。
所述抗氧剂可以为聚丙烯材料中常用的抗氧剂。
可选地，所述抗氧剂可以为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫类抗氧剂、胺类抗氧剂或半受阻酚类抗氧剂中的一种或几种。
优选地，所述光稳定剂为二苯甲酮类光稳定剂、水杨酸类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、取代丙烯腈类光稳定剂、三嗪类光稳定剂或受阻胺类光稳定剂中的一种或几种。
优选地，所述成核剂为苯甲酸碱金属或铝盐、特丁基甲苯酸铝盐、取代芳基磷酸酯盐类、磷酸酯碱金属及其复配物、二苄叉山梨醇类(DBS)或二(对氯取代苄叉)山梨醇中的一种或几种。
虽然玄武岩纤维作为纤维状无机填料对于聚丙烯材料具有一定的力学性能增强作用，但在本发明的聚丙烯组合物中，玄武岩纤维含量很少，成核剂的加入使得聚丙烯组合物的力学性能更优，特别是提高了抗冲击性能。
所述免喷涂聚丙烯组合物还可以包括1～4重量份的着色剂。
少量的着色剂能够使免喷涂聚丙烯组合物在不同颜色体系下具有良好的金属光泽。
优选地，所述着色剂为白色粉、黑色粉、绿色粉、黄色粉或蓝色粉中的一种或几种。
可选地，所述白色粉为钛白粉；所述黑色粉为炭黑；所述绿色粉为酞青绿；所述黄色粉为钛黄；所述蓝色粉为群青蓝和/或酞青蓝。
本发明还保护上述免喷涂聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.将聚丙烯、玄武岩纤维、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂、着色剂(如有)混合得到混合料；
或将金属效果颜料与部分聚丙烯混合后加至挤出机，挤出造粒，得到玄武岩纤维母粒，再将剩余的聚丙烯、所述玄武岩纤维母粒、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂、着色剂(如有)混合，得到混合料；
S2.将混合料加至挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到所述免喷涂聚丙烯组合物。
玄武岩纤维可以直接与其他组分共混造粒，也可以将玄武岩纤维先与部分聚丙烯共混造粒，得到玄武岩纤维母粒，再与其他组分共混。玄武岩纤维以母粒形式加入使得其在免喷涂聚丙烯组合物中分散的更均匀，有助于免喷涂金属效果更优。
优选地，在步骤S1中，金属效果颜料先与10～20wt.％的聚丙烯混合造粒，得到玄武岩纤维母粒后，再与剩余80～90wt.％的聚丙烯及其他组分混合。
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。
更优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40～56:1，双螺杆挤出机的T1区温度为60℃～120℃，T2至机头区温度为170℃～230℃，螺杆转速300～900r/min。
本发明还保护上述免喷涂聚丙烯组合物在制备汽车内外饰免喷涂制品中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了玄武岩纤维在免喷涂聚丙烯材料中的应用，并开发了一种含有玄武岩纤维的免喷涂聚丙烯组合物。在不含有金属或珠光粉的情况下，玄武岩纤维的添加为免喷涂聚丙烯组合物带来了良好的金属光泽和质感；并且玄武岩纤维作为无机矿物填料，对于聚丙烯材料的力学性能具有增强增韧的作用，使得所述免喷涂聚丙烯材料既具有优异的金属光泽，同时保持良好的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到，具体如下：
Figure BDA0003285053390000041
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1～17
实施例1～17分别提供一种免喷涂聚丙烯组合物，组分含量见表1。
实施例1～14的制备方法如下：
S1.将玄武岩纤维与10重量份的聚丙烯混合后加至双螺杆挤出机，挤出造粒，得到玄武岩纤维母粒；
S2.将剩余的聚丙烯、步骤S1制得的玄武岩纤维母粒、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂、着色剂(如有)混合，加至双螺杆挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到免喷涂聚丙烯组合物；
其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为44:1，双螺杆挤出机的T1区温度为60℃～120℃，T2至机头区温度为170℃～230℃，螺杆转速300～900r/min。
实施例15～17的制备方法如下：
将聚丙烯、玄武岩纤维、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂直接混合，加至双螺杆挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到免喷涂聚丙烯组合物。
其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为44:1，双螺杆挤出机的T1区温度为60℃～120℃，T2至机头区温度为170℃～230℃，螺杆转速300～900r/min。
表1实施例1～17的组分含量(重量份)
Figure BDA0003285053390000051
Figure BDA0003285053390000061
对比例1～6
对比例1～6分别提供一种免喷涂聚丙烯组合物，组分含量见表2，制备方法如下：
S1.将玄武岩纤维与10重量份的聚丙烯混合后加至双螺杆挤出机，挤出造粒，得到母粒；
S2.将剩余的聚丙烯、步骤S1制得的母粒、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、成核剂、银粉、珠光粉、玻璃纤维(如有)混合，加至双螺杆挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到免喷涂聚丙烯组合物。
其中双螺杆挤出机的螺杆长径比为44:1，双螺杆挤出机的T1区温度为60℃～120℃，T2至机头区温度为170℃～230℃，螺杆转速300～900r/min。
表2对比例1～6的组分含量(重量份)
1 2 3 4 5 6
聚丙烯A 85 85 85 85 85 85
玄武岩纤维A - - - - 10 -
银粉 1 - 1 - - -
珠光粉 - 1 - 1 - -
玻璃纤维 - - 10 10 - -
增韧剂 5 5 5 5 5 5
抗氧剂 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
光稳定剂 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
成核剂TMP-6 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
性能测试
对上述实施例及对比例制得的免喷涂聚丙烯组合物进行性能测试，具体方法如下：
拉伸强度：按照GB/T 1040.1-2018进行测试；
弯曲模量：按照GB/T 9341-2008进行测试；
悬梁臂缺口冲击强度：按照GB/T 1843-2008进行测试；
免喷涂效果：将免喷涂聚丙烯组合物注塑为15×15×3mm的方板，在D65灯光下进行观察，根据金属光泽的效果，评价等级，最优为5级，最劣为1级；其中5级：具有明显的金属光泽，且表面光亮无任何纤维纹理；4级：具有明显的金属光泽，表面较光亮且无明显纤维纹理；3级：具有金属光泽，表面平整无明显纤维纹理；2级：有较弱的光泽，金属效果不明显，表面平整，变更观察视角可能看出纤维效果；1级：基本无金属光泽或者完全无金属光泽。
玄武岩纤维平均长度：将免喷涂聚丙烯组合物在850℃加热灼烧1h后，静置冷却至23℃，得到玄武岩纤维灰分，收集后用溶液分散，采用显微镜观察长度，计算得到玄武岩纤维平均长度。
实施例1～17的测试结果见表3，对比例1～6的测试结果见表4。
表3实施例1～17的测试结果
Figure BDA0003285053390000071
表4对比例1～6的测试结果
Figure BDA0003285053390000072
根据表3的测试结果，本发明各实施例的免喷涂聚丙烯组合物，在不含珠光粉或金属粉的情况下，均具有良好的免喷涂金属效果，免喷涂等级均在3级以上，某些实施例可达到5级，即具有明显的金属光泽，且表面光亮无任何纤维纹理；并且免喷涂聚丙烯组合物的力学性能良好，弯曲模量≥35，悬梁臂缺口冲击强度≥5.1KJ/m2。
根据实施例1～13，可以看出免喷涂聚丙烯组合物的组分含量为聚丙烯85～90份，增韧剂5～8份，玄武岩纤维1～3份，抗氧剂0.5～1份，光稳定剂0.1～1份，成核剂0.5～1份时，综合具有更优的免喷涂效果和力学性能。
由实施例2、6、7和实施例15～17，可以看出，玄武岩纤维以母粒形式加入，使得玄武岩纤维的平均长度更小，达到0.05～0.1mm，有助于免喷涂聚丙烯组合物的免喷涂效果更优。
根据表4的测试结果，对比例1～4中均不含玄武岩纤维，而是使用常规的金属粉(银粉)或珠光粉以获得免喷涂效果。可以看出，在不含玻璃纤维的情况下，金属粉或珠光粉可以为聚丙烯材料带来免喷涂效果，但也使得聚丙烯材料的力学性能劣化，而添加玻璃纤维又对材料的免喷涂效果造成了负面影响。对比例5中玄武岩纤维含量过多，使得免喷涂聚丙烯组合物的表面纤维较杂乱，金属光泽较弱。对比例6中不含玄武岩纤维，也不含金属粉或珠光粉，聚丙烯组合物完全无金属光泽效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.玄武岩纤维作为金属效果颜料在免喷涂聚丙烯材料中的应用。
2.一种免喷涂聚丙烯组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
聚丙烯80～95份，增韧剂1～10份，金属效果颜料0.1～5份，抗氧剂0.05～2份，光稳定剂，0.05～2份，成核剂0.2～1.5份；
所述金属效果颜料为玄武岩纤维。
3.根据权利要求2所述免喷涂聚丙烯组合物，其特征在于，由如下重量份的组分组成：聚丙烯85～90份，增韧剂5～8份，金属效果颜料1～3份，抗氧剂0.5～1份，光稳定剂，0.1～1份，成核剂0.5～1份；所述金属效果颜料为玄武岩纤维。
4.根据权利要求2所述免喷涂聚丙烯组合物，其特征在于，所述玄武岩纤维的平均长度为0.05～0.1mm。
5.根据权利要求2所述免喷涂聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯的熔体流动速率为230℃、2.16kg条件下10～30g/10min。
6.根据权利要求2所述免喷涂聚丙烯组合物，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物和/或乙烯-丁烯共聚物。
7.根据权利要求2所述免喷涂聚丙烯组合物，其特征在于，所述成核剂为苯甲酸碱金属或铝盐、特丁基甲苯酸铝盐、取代芳基磷酸酯盐类、磷酸酯碱金属及其复配物、二苄叉山梨醇类或二(对氯取代苄叉)山梨醇中的一种或几种。
8.权利要求2～7任一项所述免喷涂聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将玄武岩纤维与部分聚丙烯混合后加至挤出机，挤出造粒，得到玄武岩纤维母粒；
S2.将剩余的聚丙烯、所述玄武岩纤维母粒、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂和成核剂混合，加至挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到所述免喷涂聚丙烯组合物。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40～56:1，双螺杆挤出机的T1区温度为60℃～120℃，T2至机头区温度为170℃～230℃，螺杆转速300～900r/min。
10.权利要求2～7任一项所述免喷涂聚丙烯组合物在制备汽车内外饰免喷涂制品中的应用。
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