CN114163765B - 一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑料合金制备技术领域，涉及一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料及其制备方法；由重量份为400份SL‑803G、600份GPPS、5份HIPS、100份SAN、5份MS、SIS、5份EBS、2份介酸酰胺、1份抗氧剂1010、2份1076、2份168、1份UV‑531、1份HSt、1份Cast、1份微晶蜡、1份DSTDP和1‑3份透明型有机色母组成；本发明重在各组分的配合协同作用，改变塑料透明度、产生良好的花纹效果，所得产品颜色天然生动、细腻逼真；并且工艺简单、安全环保，规避了塑料制品二次加工的高成本与污染；此外，本发明弥补了市场上透明塑料制品的不足，适合大规模生产。

Description

一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料及其制备方法

本申请为“一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料及其制备方法(申请号为：202010913999.4，申请日：2020-09-03)”的分案申请。

技术领域

本发明属于塑料合金制备技术领域，具体涉及一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料及其制备方法。

背景技术

二十世纪三四十年代以后，由于合成树脂的迅速发展，使得塑料成为当今世界的四大基础材料之一。目前塑料制品在人类日常生活起居、出行、娱乐等行业得到了越来越多的应用。人们在材料结构、生产工艺等物质技术条件满足基本使用功能的当今世界中，开始越来越注重材料本身的自然肌理美，如大理石纹、木纹、云纹等，为了满足人们对于制品的审美价值需求。商家有目的的在材料表面进行技术性和艺术性的加工处理，使其制品具有材料自身非固有的表面特征，如在塑料制品表面展现出大理石纹、木纹等天然纹理等，以满足人们追求自然的精神需求和审美需求。为达到以上目的，目前市面上常使用的加工方法及其限制如下：

(1)一次成型：一次成型的方法包括双色注塑、添加特殊色母料等。使用双色注塑的方法，其可以得到分色、混色或无规则花纹的塑料制品，但因双色注塑机是由两套结构、规格完全相同的塑化注射装置组成，喷嘴按生产方式要具有特殊的结构，还要配有能旋转换位的结构完全相同的两组成型模具，故其注塑机和模具的成本昂贵，且因双色注塑成型的模具流道比较长，结构比较复杂，注射熔料流动阻力较大，其注射时的熔料温度和注射压力要求采用较高的参数值，为避免因熔料温度高，在流道内停留时间较长而分解，也只能选用热稳定性好，熔体粘度低的原料；使用具有特殊效果的色母，也可使塑料制品表面具有自大理石纹或云纹等效果，其特殊色母粒主要是利用色母与原料之间的不同熔点和流动率，造成分散不均匀而产生自然的不规则条纹，但其产品效果差，不易控制，产品档次低，且其对注塑工艺要求高，注塑时对应的具体工艺需厂家自行摸索，良品率不高。

(2)二次加工：产品的二次加工是指塑料原料通过注塑、挤出、吹塑等方法成型后，在经过表面处理工艺来达到人们所想要的效果；目前常使用喷涂、印刷、粘贴、覆膜等表面加工工艺来完成如大理石纹、木纹等多色花纹效果的加工。但而这些加工工艺所制造出来的成品在生产、储存、运输、使用过程中易受外界环境因素的影响。如碰撞、划伤等均会影响制品的表面外观效应，且在使用过程中受到自然界的光、氧、水以及碰到一些家居清洁产品等均会使制品表面受到老化和破坏，从而影响制品表面的多色花纹效果，减少产品使用寿命。另外这些加工方法工艺复杂，要达到大理石纹或其他天然纹路的效果需要进行二次喷涂，生产周期长，废品率高，成本难以控制，且在生产过程中会有大量有机试剂的排放，造成环境污染，影响生态。

目前市面上使用的透明塑料颜色单一，缺乏美观性，而要增加透明塑料的外观效果只能使用喷涂、印刷、覆膜等方法，但这会影响材料本身的透光性和透明度，导致使用范围受限。

为了补足现有加工方法的不足，满足人们向往自然的审美需求，所以亟需研究一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供了一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料的配方及其制备方法，本发明所涉及原料在市面上易于获得，成本合理，制备方法成品率高，生产过程及最终产品均无三废，安全环保；而且工艺对设备的兼容性好，适合大规模量产。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

本发明首先提供一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料，由以下重量百分比的组分组成：基础聚合物300-1000份、辅料100-700份、高分子相容剂15-150份、助剂2-10份、抗氧剂5-15份、光稳定剂1-5份、色母粒1-5份。

所述基础聚合物为丁(戊)苯类热塑性嵌段共聚物；在高温下像热塑性塑料一样高效地加工成型；常温下具有抗冲级通用热塑性塑料的物性；又与一般塑料、橡胶和助剂有好的相容性，是当前通用塑料合金较理想的基础高分子材料。

优选的，所述基础聚合物为SL-803G和/或SL-801G。

所述辅料由树脂和弹性体组成；具体为通用级聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯、乙丙橡胶、顺，反式聚异戊二烯、SBS和SIS及其氢化共聚物的任意一种或多种。

所述高分子相容剂为SAN(苯乙烯与丙烯晴共聚物)、MS(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物)、POE(乙烯-辛烯共聚物)、PP-G-MAH(聚烯烃与马来酸酐接枝共聚物)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)或EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)中的任意一种或多种。

所述助剂为硬酯酸(Hst)、硬脂酸钙(Cast)、乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)、二氧化钛、微晶蜡或介酸酰胺的任意一种或多种。

所述抗氧剂由无毒的受阻酚化合物和辅助抗氧剂组成；

所述无毒的受阻酚化合物为1076、1010、2246或复合HP-136的任意一种或多种；

所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯、168、618、硫代二丙酸酯(DSTDP)或苯并呋喃酮化合物的任意一种或多种。

优选的，所述无毒的受阻酚化合物为1076和1010；辅助抗氧剂为168和/或DSTDP。

光稳定剂为二苯甲酮类或苯并三唑类中的任意一种或多种。

优选的，所述光稳定剂为UV-531或UV-328。

所述色母粒为不透型有机色母粒或透明型有机色母粒。

本专利特色配方使用四元复合外加汽巴增效剂；特色配方具体为1010、1076、168、UV-531或DSTDP中的多种配合协同作用。

本发明还提供一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料的制备方法，复合塑料制备：初料混合使用50升密封高速搅拌机，该机转速≤3000rpm，可以方便调整，有料温指示记录混合温度，以转速和混合时间来控制料温。使初混终温能控制在40℃～90℃范围。

具体步骤如下：

(1)按照上述重量份数，首先取基础共聚物、辅料(树脂和弹性体)，加入高速搅拌机搅拌使物料混匀，使得物料不粘成片、不黏附粘壁或不沉淀于底；对一种复合塑料体系都对应一个最佳初混条件，要通过自己试验摸索确定；

(2)关闭高速搅拌机，停止搅拌，开盖检查，物料不粘成片、不黏附粘壁或不沉淀于底后，再加入混合均匀的高分子相容剂、助剂、抗氧剂和光稳定剂，盖上盖开始调整转速开始搅拌，混和物料的终温为40～90℃，当粉料不沉底或粘壁，均匀粘附在粒料表面，即得到初混合格的物料；

(3)将步骤(2)初混后的物料投入同向双螺杆混合造粒机中进行精混造粒，其中初混合格的物料加入双螺杆挤压造粒机时，呈流线性从上至底切割式加入；且物料加入挤压造粒机时不能直接扔进去，要沿边进料；设定机组螺杆转速和造粒机温度；螺杆转速为100～300rpm，依据配方和产能不同进行调控；造粒机温度从入口处逐渐升温，从150℃逐渐升至2/3处的190℃～210℃，再降低至摸头的180℃～200℃，以保证充分熔融混合为目标，尽量控制较低的混合物的受热温度；

双螺杆机组分为12段独立温控区，有水冷和加热系统按设定值自动调整；在6段、8段和10段分别有常压排气口和两个真空排气口，保证低沸点物被真空抽出；从挤出机模头挤出的物条，进入冷水槽和切粒机，最后得到无色主料粒料；

(4)再将步骤(3)制备的无色主料粒料与色母粒料按相应的用量加入注塑机进行注塑，注塑温度为160℃～220℃，控制模具最大容积为机器注塑量的60％～70％，注射压力在3PMA～8PMA，保压时间为10～20秒，保证模具内腔充满度，待物料冷却成型，脱模，即可得到带有花纹的成品，可根据配方的调整得到不同的透明度效果。

进一步地，步骤(1)所述搅拌的转速为1000～3500转/分，时间1-10min。

进一步地，步骤(2)所述搅拌的转速为1000～3500转/分，时间1-10min。

此外，关于双螺杆挤出造粒机组控制条件：

实例所用挤出双螺杆造粒机组是公司设计的专用设备，螺杆直径25，L/D＝48的脱挥挤压机，其设有1-2个加料口，3-4个排气口(一个常压排气口，2-3个真空排气口)。加料口用低压纯氮保护，防止带进空气，该机组产品质量主要取决于其中螺纹原件的种类、几何尺寸和排列顺序。本挤出造粒机在螺纹元件组成上，减少了物料受剪切程度，以形变提高表面更新变换速度来提高混合效果。

螺杆转速一般为100～300rpm，依据配方和产能不同进行调控。双螺杆机组分为12段独立温控区，有水冷和加热系统按设定值自动调整。造粒机温度从入口处逐渐升温，一般从150℃逐渐升至2/3处的190℃～210℃，再降低至摸头的180℃～200℃，以保证充分熔融混合为目标，尽量控制较低的混合物的受热温度。机组上三个排气口为排出固体物料夹带的空气和各种原料原有的有机挥发性物质，最后排气口可以抽真空，将挥发份降到0.1％以下。

本发明专利常用温度为120℃至220℃范围，在保证熔体混匀条件下，尽量取较低操作温度，减小热氧反应程度。

本发明的优点和技术效果是：

(1)本发明在通过调整基础聚合物、辅助树脂及弹性体与普通色母料配合获得不同透明度以及多色花纹的同时，通过调整主料具体配方比例，可以在大范围内控制最终成品的物性参数；另一方面，通过配方的调整使塑料改变透明度、并产生良好的花纹效果，降低了成本；目前，如何获得具体的多色花纹效果又能调节透明度，以及如何同时用特定原料以获得特定物性并非业内基本常识，其中内容涉及配方、混合造粒工艺、以及注塑设备选择与工艺三部分组成，基于此，本发明公开的一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料，具有良好的效果和显著的进步。

(2)本发明利用基础聚合物是微观相分离、化学法纳米材料和大分子序列排布多嵌段三个特性。及不同辅材大分子结构性质差异，调节其相容性，对可见光不同反射程度而控制透明度和对染料、颜料不同吸附率，制备了与天然大理石相似的塑料合金，此塑料合金不仅自带花纹，且透明度可控，可分为不透、半透、透明三种，弥补了市场上透明塑料制品的不足。

(3)本发明制备的塑料合金环保无毒，可直接接触食品化妆品等，属食品级材料。此塑料合金生产过程环保无污染，对注塑条件要求不高，良品率高，适合大规模生产，可用于电子部件、化妆盒、家居、日化包装等多个领域。

附图说明

图1为对比实施例所制备塑料的外观图片。

图2为实施例1所制备环保塑料的外观图片。

图3为实施例2所制备环保塑料的外观图片。

图4为实施例3所制备环保塑料的外观图片。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

对比实施例：

(1)首先取基础聚合物、辅料，加入高速搅拌机，具体用料选择丁苯透明抗冲树脂SL-803G、GPPS，在2500转/分的条件下进行初混2分钟，使物料混匀，而不粘成片、不黏附粘壁或沉淀于底；

(2)停止高速搅拌机，开盖检查达到上述要求后，再加入混合均匀的高分子相容剂、助剂以及抗氧剂、光稳定剂，具体用料选择EBS、PETS、防老剂168、1010、176、UV-531、Hst以及微晶蜡，混合均匀作为粉料，盖上盖开始搅拌，在2500转/分的条件下进行初混4分钟，使粉料吸附在塑料颗粒上，初混终温为70℃，停机开盖检查，当粉料不沉底或粘壁，均匀粘附在粒料表面上，即为到初混合格的物料；

(3)将初混合格的物料投入同向双螺杆混合造粒机中进行精混造粒，其中初混合格的物料加入双螺杆挤压造粒机时，呈流线性从上至底切割式加入；且物料加入挤压造粒机时不能直接扔进去，要沿边进料；单螺杆喂料机、挤出造粒机输送能力为1至2kg/h，机组螺杆转速为250rmp，造粒机温度排列为：150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、200℃、200℃、190℃、190℃、180℃、180℃。在6段、8段和10段分别有常压排气口和两个真空排气口，保证低沸点物被真空抽出。从挤出机模头挤出的熔融物条，进入冷水槽和切粒机，最后得到直径为3x5mm的无色主料粒料；

(4)将色母粒与步骤(3)的无色主料粒料加入注塑机进行注塑；注塑温度分为160℃、170℃、180℃、190℃、195℃，可依据不同的配方调整此温度，控制模具最大容积为机器注塑量的70％，注射压力在3PMA～8PMA，保压时间为10～20秒，保证模具内腔充满度；待物料冷却成型，脱模，即可得到注塑成品。

表1：对比实施例的组分和配比如下表：

实施例1：

实施例1的组分和配比如下表所示，其具体制备过程与对比实施例相同，区别在于搅拌速度为2000rpm，在初混3分钟和6分钟后取样观察，初混终温65℃，机组螺杆速度调至200rpm。

表2：实施例1的组分构成及配比

实施例2：

实施例2的组分和配比如表3所示。其具体制备过程与实施例1相同。

表3：实施例2的组分构成及配比

名称	重量份	名称	重量份
				SL-803G	400	1010	1
GPPS	600	1076	2
				HIPS	5	168	2
SAN	100	DSTDP	1
				MS	5	UV-531	1
SIS	10	HSt	1
				EBS	5	Cast	1
介酸酰胺	2	微晶蜡	1
				透明型有机色母	1-3

实施例3：

实施例3的组分和配比如表4所示，其具体制备过程与实施例1相同。

表4：实施例3的组分构成及配比

表5：各实施例性能对比表

	对比实施例	实施例1	实施例2	实施例3
					屈服强度(Mpa)	38.8	43.2	46.0	26.5
屈服伸长率(％)	9.0	7.2	2.4	0.9
					断裂应力(Mpa)	42.0	46.2	54.0	31.0
断裂伸长率(％)	60.0	56.7	20.5	72.4
					最大弯曲应变(％)	4.5	3.7	2.0	1.4
弯曲模量(Mpa)	1300	1600	1850	1190
					弯曲强度(Mpa)	32.2	28.5	22.0	13.5
悬臂冲击强度(KJ/㎡)	7.8	6.9	5.6	4.8
					维卡软化点(℃)	89.4	91.4	86.4	86
硬度(邵D)	79	81	83	73
					熔融指数(200℃，5kg)	7.8	9.3	10.2	7.8
透光度(％)	90	89	34	17
					雾度(％)	3.2	3.4	8.7	100
花纹系数	0	4	6	8

通过上述数据可以看出，本发明通过配方数据的调整，在不影响塑料物理性能的前提下，实现了透明度的可控调节和多色花纹效果；并且制备方法成品率高，生产过程及最终产品均无三废，安全环保；而且工艺对设备的兼容性好，适合大规模量产。

通过图1-图4可以看出，配方调整所带来的颜色及透明度的变化，图1完全透明、色泽通透；图2为透明花纹，具备天然的云纹；图3为半透明花纹，花纹自然；图4为不透明花纹，如翡翠一般、自然耐看。

以上简称对应的具体组分名称如下：

说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种透明度可控且具有多色花纹的环保塑料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：基础聚合物SL-803G为400份、通用级聚苯乙烯为600份、高抗冲聚苯乙烯为5份、苯乙烯与丙烯晴共聚物为100份、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物为5份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯为10份、乙撑双硬脂酸酰胺为5份、芥酸酰胺为2份、透型有机色母为1-3份、抗氧剂1010为1份、抗氧剂1076为2份、抗氧剂168为2份、抗氧剂硫代二丙酸酯为1份、光稳定剂UV-531为1份、硬脂酸为1份、助剂硬脂酸钙为1份，助剂微晶蜡1份。

2.根据权利要求1所述的透明度可控且具有多色花纹的环保塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照上述重量份数，首先取基础聚合物、通用级聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯，加入高速搅拌机搅拌使物料混匀，使得物料不粘成片、不黏附粘壁或不沉淀于底；

（2）停止搅拌，再加入混合均匀的高分子相容剂、助剂、抗氧剂和光稳定剂，继续开始搅拌，混和物料的终温为40~90℃，当粉料不沉底或粘壁，均匀粘附在粒料表面，即得到初混合格的物料；所述高分子相容剂为苯乙烯与丙烯晴共聚物和苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物；所述助剂为乙撑双硬脂酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸钙和微晶蜡；

（3）将步骤（2）初混后的物料投入同向双螺杆混合造粒机中进行精混造粒，其中初混合格的物料加入双螺杆挤压造粒机时，要沿边进料，呈流线性从上至底切割式加入；设定机组螺杆转速和造粒机温度；双螺杆机组分为12段独立温控区，在6段、8段和10段分别有常压排气口和两个真空排气口；从挤出机模头挤出的物条，进入冷水槽和切粒机，最后得到无色主料粒料；

（4）再将步骤（3）制备的无色主料粒料与色母粒加入注塑机进行注塑，注塑温度为160℃~220℃，控制模具最大容积为机器注塑量的60%~70%，注射压力在3PMA~8PMA，保压时间为10~20秒，保证模具内腔充满度，待物料冷却成型，脱模，即得最终产品。

3.根据权利要求2所述的透明度可控且具有多色花纹的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述搅拌的转速为1000~3500转/分，时间1~10min。

4.根据权利要求2所述的透明度可控且具有多色花纹的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述继续搅拌的转速为1000~3500转/分，时间1~10min。

5.根据权利要求2所述的透明度可控且具有多色花纹的环保塑料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述机组螺杆转速100~300rpm；所述造粒机温度为：150℃~210℃，具体升温程序是：物料从入口处逐渐升温，从150℃逐渐升至190℃~210℃，再降低至摸头的180℃~200℃。