CN114426730A - 一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，包括如下重量份的原料：聚丙烯：50‑80份；无规共聚聚丙烯：10‑20份；高刚性聚丙烯：10‑30份；抗氧剂：0.1‑0.5份；辅抗氧剂：0.1‑0.5份；紫外线吸收剂：0.1‑0.5份；成核剂：0.2‑0.6份；黑色母粒：3‑6份；本发明所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，可替代喷黑色漆的聚丙烯制件，用于汽车工业的小型制件，具有光泽度高、黑度高、免喷涂、耐摩擦、光泽度保持率高。

Description

一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法
技术领域
本发明属于改性塑料技术领域，尤其是涉及一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有密度小、价格低、力学性能优异、易加工等优点，已被广泛应用于汽车内外饰材料上，但聚丙烯材料存在硬度低、易划伤等缺陷，在汽车材料上主要应用于皮纹制件，非皮纹制件均采用喷漆处理。
汽车用聚丙烯材料喷漆过程不仅带来成本的增加，而且对环境造成比较大的污染。尤其对于一些小型制件，如汽车保险杠侧护板、门外装饰条、拖车盖板等，面积小而结构复杂，喷漆过程更加困难，报废率较高，成本居高不下。因此，针对需要喷漆处理的小型制件，可以开发一种高光、免喷涂的聚丙烯材料。
对于免喷涂聚丙烯材料，已有相关专利进行研究，专利CN102942742A通过添加金属铝粉或珠光粉制备了一种高光泽、金属或珠光闪烁效果的免喷涂PP材料，专利CN106905611A通过添加金属颜料和珠光颜料制备了高光泽免喷涂聚丙烯复合物材料，专利CN109735001A通过添加珠光颜料或金属粉、划伤剂等制备了一种高光泽、免喷涂、抗划伤聚丙烯材料。这些材料，均添加了金属色粉或珠光粉，呈现金属光泽或珠光效果，实际使用中颜色均以银色、灰色为主，少部分为彩色，但是对于黑色高光泽聚丙烯材料，目前尚未有相关专利进行研究。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，可替代喷黑色漆的聚丙烯制件，用于汽车工业的小型制件，具有光泽度高、黑度高、免喷涂、耐摩擦、光泽度保持率高等特点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002748499350000021
作为优选的，所述的黑色母粒由包括如下重量份的原料组成：
Figure BDA0002748499350000022
作为优选的，所述聚丙烯为丙烯均聚物；所述丙烯均聚物的熔体流动速率为1-6g/10min(230℃，2.16kg)。
作为优选的，所述成核剂为山梨醇类成核剂与水滑石的混合物，山梨醇类成核剂与水滑石的比例为8:2；山梨醇类成核剂优选为二(3,4二甲基苯亚甲基)山梨醇；
作为更优选的，山梨醇类成核剂的纯度≥99％；
作为更优选的，水滑石粒径D50≤150nm，D90≤300nm。
作为优选的，所述分散剂为聚丙烯蜡、乙撑双油酸酰胺EBO、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的混合物；聚丙烯蜡、乙撑双油酸酰胺EBO、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的重量比为7:2:1；聚丙烯蜡软化点为145-155℃，粘度(170℃)≤220cps，纯度≥99％，EBO纯度≥99％，酸值≤10mgKOH/g，EBS纯度≥99％，酸值≤10mgKOH/g。
作为优选的，所述高刚性聚丙烯为高刚性高光泽耐磨损丙烯均聚物；所述高刚性聚丙烯的熔体流动速率为10-20g/10min(230℃，2.16kg)，弯曲模量≥2000MPa，热变形温度(0.45MPa)≥120℃，光泽度(60°)≥90，摩擦色牢度(9N，10次)≥4级，耐磨性(5N，500次)≥4级。
作为优选的，所述无规共聚聚丙烯为高透明丙烯无规共聚物；高透明丙烯无规共聚物的熔体流动速率为6-10g/10min(230℃，2.16kg)，透光率≥85％。
作为优选的，抗氧剂为硫代双酚类抗氧剂。
作为更优选的，所述抗氧剂的熔点≥160℃，抗氧剂的分子量≥300，抗氧剂的灰份≤0.5％。
作为优选的，所述紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂，紫外线吸收剂的熔点≥150℃，紫外线吸收剂的分子量≥300，紫外线吸收剂的灰份≤0.05％。
作为优选的，所述辅抗氧剂为硫代酯类抗氧剂，所述辅抗氧剂的熔点38-45℃，分子量≥500，灰份≤0.5％。
作为优选的，所述炭黑为乙炔炭黑，炭黑的比表面积为65-80m2/g，炭黑的盐酸吸液量≥4.0ml/g，炭黑的丙酮吸液量≥7.0ml/g，炭黑的加热减量≤0.4％，炭黑的粗粒分≤0.04％。
作为优选的，所述色粉为酞青蓝BGS，色粉的耐候性≥7级，色粉的耐光性≥6级，色粉的耐热性≥250℃，色粉的耐迁移性≥4级。
作为优选的，所述润湿剂为氨基和甲氧基双官能团硅烷偶联剂中的一种，所述润湿剂的纯度≥99％。
本发明的另一个目的提供了一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将炭黑、色粉、抗氧剂、紫外线吸收剂加入到混合机中进行混合；将润湿剂溶于无水乙醇制备成浓度为10％的混合溶液，然后加入到上述混合物中，在80℃继续混合至无水乙醇挥发完毕，然后再加入无规共聚聚丙烯、分散剂混合均匀，然后加入密炼机或挤出机中进行熔融共混、造粒得到黑色母粒；
步骤2、将聚丙烯、无规共聚聚丙烯、抗氧剂、辅抗氧剂、紫外线吸收剂、成核剂与步骤1制备得到的黑色母粒加入到混合机中混合均匀，混合均匀后加入到双螺杆挤出机的主喂料口处，将高刚性聚丙烯单独加入到双螺杆挤出机侧喂料口处，进行熔融共混，真空挤出造粒，即得到所述的高光黑色免喷涂聚丙烯复合物材料，双螺杆挤出机的加工温度为180-230℃，真空度≤-0.08MPa。
相对于现有技术，本发明所述的高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法具有以下优势：
1、本发明所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法，由于采用均聚聚丙烯材料作为材料基体，添加无规共聚聚丙烯，可解决因结晶导致的添加剂析出现象，赋予聚丙烯复合物具有良好的光泽度保持率；添加高刚性丙烯均聚物，在注塑过程中上浮到材料表面，赋予聚丙烯复合物表面硬度高、光泽度高、耐磨损；
2、本发明所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法，采用特殊选定的抗氧剂、辅抗氧剂、紫外线吸收剂，与特殊选定的乙炔炭黑配合使用具有协同作用，解决了普通炭黑的空间网络通道结构对普通抗氧剂和光稳定剂的吸附作用而导致的耐候和耐热性能衰减问题，因乙炔炭黑含有较少的金属类、有机类等杂质，可以减少对抗氧剂和紫外线吸收剂的催化氧化作用，高分子量、低杂质含量的主抗氧剂、辅抗氧剂和紫外线吸收剂可减少析出导致的光泽度降低问题，从而赋予聚丙烯复合物具有良好的耐候性能、耐热性能和光泽度保持率；
3、本发明所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法，采用预先制备黑色母粒的方法，配合使用分散剂和润湿剂，可解决高含量炭黑的分散问题，减少炭黑团聚的出现，避免麻点的产生；在黑色母粒中添加耐候级酞青蓝，可大幅降低聚丙烯复合物的黑度，使得L值达到23以下；
4、本发明所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法，由于添加了分散剂，选择分子量和官能团不同的分散剂进行复配，充分打散炭黑的二次结构，既可解决炭黑的分散问题，又能保证大分子量的分散剂不会析出导致喷霜现象，赋予聚丙烯复合物良好的光泽度和光泽度保持率；
5、本发明所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物及其制备方法，添加特殊选定的润湿剂，氨基和甲氧基的双重反应活性增加了与炭黑表面活性基团的反应，阻隔了炭黑的二次团聚，避免了麻点的产生，同时减少了炭黑的表面活性对抗氧剂和紫外线吸收剂的吸附作用而导致的耐候和耐热性能衰减问题吸附能力，赋予聚丙烯复合物良好的耐候性能、耐热性能。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的麻点示意图；
图2为本发明实施例2所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的麻点示意图；
图3为本发明实施例3所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的麻点示意图；
图4为本发明对比例1所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的麻点示意图；
图5为本发明对比例2所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的麻点示意图；
图6为本发明对比例3所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的麻点示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例来详细说明本发明。
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义，以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
所述的无规共聚聚丙烯为高透明丙烯无规共聚物，PP M800E添加0.5％NA-21进行熔融混合造粒制备，其中PP M800E购自上海石化，NA-21购自日本ADEKA；
所述的高刚性聚丙烯为高刚性丙烯均聚物，购自台塑集团；
所述的分散剂为聚丙烯蜡、乙撑双油酸酰胺EBO、乙撑双硬脂酸酰胺EBS以7:2:1的混合物，其中聚丙烯蜡购自赛诺，EBO购自英国Croda，EBS购自韩国SINWON：
所述的抗氧剂为硫代双酚类抗氧剂，选用抗氧剂300；
所述的辅抗氧剂为硫代酯类抗氧剂，选用抗氧剂DLTP；
所述的紫外线吸收剂为苯并三唑类Tinuvin-327紫外线吸收剂；
所述的炭黑为乙炔炭黑，购自亿博瑞；
所述的成核剂为山梨醇类成核剂与水滑石的混合物，其中山梨醇类成核剂为Millad 3988，水滑石购自韩国SINWON；
所述的润湿剂为氨基和甲氧基双官能团硅烷偶联剂，Dynasylan 1189；实施例1
一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的制备方法，其原料配方如表1所示，制备方法为：
1)将乙炔炭黑、色粉、抗氧剂、紫外线吸收剂加入到混合机进行混合；将润湿剂溶于无水乙醇制备成浓度为10％的混合溶液，然后加入到上述混合物中，在80℃继续混合至无水乙醇挥发完毕，然后再加入无规共聚聚丙烯、分散剂混合均匀，然后加入密炼机或挤出机中进行熔融共混、造粒得到黑色母粒；
2)将聚丙烯、无规共聚聚丙烯、抗氧剂、辅抗氧剂、紫外线吸收剂、成核剂与步骤1制备得到的黑色母粒加入到混合机中混合均匀，混合均匀后加入到双螺杆挤出机的主喂料口处，将高刚性聚丙烯单独加入到双螺杆挤出机侧喂料口处，进行熔融共混，真空挤出造粒，即得到所述的高光黑色免喷涂聚丙烯复合物材料。
所述的双螺杆挤出机的加工温度为180℃，真空度-0.1MPa；
所述的聚丙烯为丙烯均聚物，熔体流动速率为3g/10min(230℃，2.16kg)；
实施例2
原料配方如表1所示，实施例2与实施例1的实施方式基本相同，不同之处在于：双螺杆挤出机的加工温度为200℃，真空度-0.1MPa；
所述的聚丙烯为丙烯均聚物，熔体流动速率为1.8g/10min(230℃，2.16kg)；
实施例3
原料配方如表1所示，实施例3与实施例1的实施方式基本相同，不同之处在于：双螺杆挤出机的加工温度为230℃，真空度-0.08MPa；
所述的聚丙烯为丙烯均聚物，熔体流动速率为6g/10min(230℃，2.16kg)；
对比例1
一种黑色聚丙烯复合物的制备方法，其原料配方如表1所示，制备方法为：
1)将炭黑、色粉、抗氧剂、紫外线吸收剂加入到混合机进行混合；将润湿剂溶于无水乙醇制备成浓度为10％的混合溶液，然后加入到上述混合物中，在80℃继续混合至无水乙醇挥发完毕，然后再加入无规共聚聚丙烯、分散剂混合均匀，然后加入密炼机或挤出机中进行熔融共混、造粒得到黑色母粒；
2)将聚丙烯、抗氧剂、辅抗氧剂、紫外线吸收剂、成核剂、黑色母粒加入到混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机的主喂料口处，进行熔融共混，真空挤出造粒，即得到所述的黑色聚丙烯复合物材料。
所述的双螺杆挤出机的加工温度为180℃，真空度-0.1MPa；
所述的聚丙烯为丙烯均聚物，熔体流动速率为3g/10min(230℃，2.16kg)；
对比例2
一种黑色聚丙烯复合物的制备方法，其原料配方如表1所示，制备方法为：
1)将炭黑、色粉、抗氧剂、光稳定剂加入到混合机进行混合；然后再加入无规共聚聚丙烯混合均匀，然后加入密炼机或挤出机中进行熔融共混、造粒得到黑色母粒；
2)将聚丙烯、抗氧剂、辅抗氧剂、光稳定剂、成核剂、黑色母粒加入到混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机的主喂料口处，进行熔融共混，真空挤出造粒，即得到所述的黑色聚丙烯复合物材料。
所述的双螺杆挤出机的加工温度为180℃，真空度-0.1MPa；
所述的聚丙烯为丙烯均聚物，熔体流动速率为3g/10min(230℃，2.16kg)；抗氧剂为普通抗氧剂1010、辅抗氧剂为普通抗氧剂168、光稳定剂为普通光稳定剂770、成核剂为山梨醇类成核剂DBS。
对比例3
一种黑色聚丙烯复合物的制备方法，其原料配方如表1所示，制备方法为：
将聚丙烯、抗氧剂、辅抗氧剂、光稳定剂、成核剂、炭黑加入到混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机的主喂料口处，进行熔融共混，真空挤出造粒，即得到所述的黑色聚丙烯复合物材料。
所述的双螺杆挤出机的加工温度为180℃，真空度-0.1MPa；
所述的聚丙烯为丙烯均聚物，熔体流动速率为3g/10min(230℃，2.16kg)；抗氧剂为普通抗氧剂1010、辅抗氧剂为普通抗氧剂168、光稳定剂为普通光稳定剂770、成核剂为山梨醇类成核剂DBS、炭黑为普通炭黑M717。
表1实施例和对比例的聚丙烯材料的原料配方(单位：kg)
Figure BDA0002748499350000101
Figure BDA0002748499350000111
性能检测试验：
(1)拉伸强度：按GB/T 1040测试，速度为50mm/min；
(2)悬臂梁缺口冲击强度：按GB/T 1843测试；
(3)弯曲模量：按GB/T 9341测试，速度为2mm/min。
(4)黑度测试：采用色差仪进行L值测试,要求≤23；
(5)光泽度：采用光泽度仪测试60°光泽度，要求≥90；
(6)热老化光泽度保持率：将测试样板进行140℃、1000h热老化后测试60°光泽度，与老化前测试样板的60°光泽度的比值为热老化光泽度保持率，要求≥85％；
(7)光老化光泽度保持率：将测试样板按GB/T 16422.2进行光老化2000h后测试60°光泽度，与老化前测试样板的60°光泽度的比值为光老化光泽度保持率，要求≥85％；
(8)耐摩擦色牢度：按GB/T 3920测试，测试条件为9N，10次，要求≥4级；
(9)耐磨性：按照MS210-05测试，测试条件为5N，500次，要求≥4级；
(10)麻点：观察测试样板表面固定面积(5*5cm)麻点数量，并对样板进行拍照放大检查麻点的多少，样板中麻点有黑色麻点，也有白色麻点，麻点根据数量多少4个等级，分别为无(0个)、少(＜3个)、中等(3-10个)、多(＞10个)；
表2实施例和对比例的聚丙烯复合物的性能测试结果
Figure BDA0002748499350000121
由表2中各个实施例和对比例的产品测试结果可以看出：
对比例1在实施例1的基础上去掉无规共聚聚丙烯和高刚性聚丙烯，耐摩擦色牢度、耐磨性、光泽度、热老化光泽度保持率、光老化光泽度保持率均下降；对比例2在实施例1的基础上去掉无规共聚聚丙烯、高刚性聚丙烯、润湿剂和分散剂，使用普通抗氧剂、普通辅抗氧剂、普通光稳定剂、普通山梨醇类成核剂，耐摩擦色牢度、耐磨性、光泽度进一步下降,热老化光泽度保持率和光老化光泽度保持率则大幅下降，表面出现麻点；对比例3在实施例1的基础上去掉无规共聚聚丙烯、高刚性聚丙烯、润湿剂、分散剂、色粉，使用普通抗氧剂、普通辅抗氧剂、普通光稳定剂、普通山梨醇类成核剂，不使用黑色母粒的制备方法，耐摩擦色牢度、耐磨性、热老化光泽度保持率、光老化光泽度保持率进一步下降，黑度L值增加，光泽度下降，且表面出现大量麻点。
而本发明的高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，采用均聚聚丙烯材料作为材料基体，添加无规共聚聚丙烯、高刚性聚丙烯和特殊选定的抗氧剂、辅抗氧剂、紫外线吸收剂，采用特殊选定的乙炔炭黑和色粉，赋予聚丙烯复合物良好的耐摩擦色牢度、耐磨性、光泽度、黑度、热老化光泽度保持率、光老化光泽度保持率；并采用预先制备黑色母粒的方法，配合使用分散剂和润湿剂，加强了炭黑和添加剂的分散能力，避免炭黑对材料表面完整性的破坏和麻点的产生，赋予聚丙烯复合物良好的耐摩擦色牢度、耐磨性、热老化光泽度保持率、光老化光泽度保持率、光泽度、黑度等。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：包括如下重量份的原料：
聚丙烯： 50-80份；
无规共聚聚丙烯： 10-20份；
高刚性聚丙烯： 10-30份；
抗氧剂： 0.1-0.5份；
辅抗氧剂： 0.1-0.5份；
紫外线吸收剂： 0.1-0.5份；
成核剂： 0.2-0.6份；
黑色母粒： 3-6份。
2.根据权利要求1所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述的黑色母粒包括如下重量份的原料：
无规共聚聚丙烯： 30-55份；
分散剂： 5-10份；
炭黑： 35-45份；
色粉： 5-15份；
润湿剂： 0.2-0.4份；
抗氧剂： 0.2-0.4份；
紫外线吸收剂： 0.2-0.4份。
3.根据权利要求1所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述的聚丙烯为丙烯均聚物，丙烯均聚物的熔体流动速率为1-6g/10min(230℃，2.16kg)。
4.根据权利要求1所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述成核剂为山梨醇类成核剂与水滑石的混合物；
山梨醇类成核剂优选为二(3,4二甲基苯亚甲基)山梨醇，山梨醇类成核剂纯度≥99％；
水滑石粒径D50≤150nm，D90≤300nm。
5.根据权利要求1所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯蜡、乙撑双油酸酰胺EBO、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的混合物，聚丙烯蜡、乙撑双油酸酰胺EBO、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的重量比为7:2:1。
6.根据权利要求1所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述高刚性聚丙烯为高刚性丙烯均聚物，高刚性聚丙烯的熔体流动速率为10-20g/10min(230℃，2.16kg)，弯曲模量≥2000MPa，热变形温度(0.45MPa)≥120℃，光泽度(60)≥90，摩擦色牢度(9N，10次)≥4级，耐磨性(5N，500次)≥4级。
7.根据权利要求1或2所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述的无规共聚聚丙烯为高透明丙烯无规共聚物，熔体流动速率为6-10g/10min(230℃，2.16kg)，透光率≥85％；
所述的抗氧剂为硫代双酚类抗氧剂，熔点≥160℃，分子量≥300，灰份≤0.5％；
所述的紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂，熔点≥150℃，分子量≥300，灰份≤0.05％。
8.根据权利要求1所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述的辅抗氧剂为硫代酯类抗氧剂，熔点38-45℃，分子量≥500，灰份≤0.5％。
9.根据权利要求2所述的一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物，其特征在于：所述炭黑为乙炔炭黑；
所述色粉为酞青蓝BGS；
所述润湿剂为含氨基和甲氧基双官能团的硅烷偶联剂。
10.一种高光黑色免喷涂聚丙烯复合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将炭黑、色粉、抗氧剂、紫外线吸收剂加入到混合机中进行混合；将润湿剂溶于无水乙醇，制备成浓度为10％的混合溶液，然后加入到上述混合物中，在80℃下继续混合至无水乙醇挥发完毕，然后再加入无规共聚聚丙烯和分散剂进行混合均匀，然后加入密炼机或挤出机中进行熔融共混、造粒得到黑色母粒；
步骤2、将聚丙烯、无规共聚聚丙烯、抗氧剂、辅抗氧剂、紫外线吸收剂、成核剂与步骤1制备得到的黑色母粒加入到混合机中混合均匀，混合均匀后加入到双螺杆挤出机的主喂料口处，将高刚性聚丙烯加入到双螺杆挤出机侧喂料口处，进行熔融共混，真空挤出造粒，即得到所述的高光黑色免喷涂聚丙烯复合物材料，双螺杆挤出机的加工温度为180-230℃，真空度≤-0.08MPa。
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