CN114702751B - 一种高白度聚丙烯木塑组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高白度聚丙烯木塑组合物及其制备方法和应用。所述高白度聚丙烯木塑组合物，包括如下重量份的组分：聚聚丙烯70～90份，木粉10～30份，钛白粉2～5份，蓝色有机色粉0.3～1份；所述蓝色有机色粉为酞菁蓝。本发明开发了一种高白度的聚丙烯木塑组合物，利用含有酸性基团的色粉与木质素分解产物捕捉，包裹与反应的原理，中和木质素分解的糖类产物，制得的聚丙烯木塑组合物L值≥85，且经过高温处理72h后仍保持高白度。

Description

一种高白度聚丙烯木塑组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种高白度聚丙烯木塑组合物及其制备方法和应用。
背景技术
木塑复合材料是用木粉、木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，兼有木材和塑料的成本和性能的优点，经成型可得到型材、板材或其他制品，具有质量轻，成本低，对设备磨损小，环保等优点。聚丙烯(PP)具有熔点高、耐热性好、密度小、力学性能优良、化学稳定性好、价格低等优点，作为木粉复合材料的基体有很多优势。
随着木塑复合材料应用的增多，消费者对于木塑材料颜色的要求也越来越高，从原本接近木色的黄、咖啡延伸到乳白、奶白甚至高白度。然而由于木塑材料中的木粉富含木质素，而木质素在高温或光照条件下易分解，分解产物多为糖类，带有暗黄、暗红或灰色，严重影响木塑材料的颜色稳定和白度值。
为了控制木塑材料的白度值，现有技术中通常先对木质素进行降色处理，再与其他组分共混。张晖(木质素的降色及其在木质素基化学品中的应用[D].华南理工大学,2019)报道了对木质素的降色方法及其在木质素基化学品中的应用，该研究认为对桉木木质素进行磺内酯磺化处理后获得的木质素磺酸盐具有相对更浅的颜色，但也记载了对木质素进行降色处理极易造成木质素结构的破坏。
此外，即使通过化学降色或物理分级处理降低了木质素自身的颜色，也无法避免木塑材料中木质素的分解造成的颜色变暗变深。
因此，需要开发出一种高白度聚丙烯木塑组合物。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的木塑材料白度值低的缺陷，提供一种高白度聚丙烯木塑组合物，在含有木质素的聚丙烯基体中，使用含有酸性基团的色粉，既中和木质素的降解产物，又同时调节木质素降解带来的暗黄、暗红色，使得聚丙烯木塑组合物的白度值L值≥85。
本发明的另一目的在于提供上述高白度聚丙烯木塑组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述高白度聚丙烯木塑组合物在制备白色聚丙烯木塑制品中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高白度聚丙烯木塑组合物，包括如下重量份的组分：
聚丙烯70～90份，
木粉10～30份，
钛白粉2～5份，
蓝色有机色粉0.3～1份；
所述蓝色有机色粉为酞菁蓝。
木质素降解的产物多为糖类，即多羟基物质，最后氧化成羧酸。发明人研究发现，在本发明的木塑体系内，通过添加钛白粉作为基色，结合蓝色有机色粉，可以中和木质素降解产物，调节发黄、发红的颜色，能够改善木质素带来的发黄现象。而其他种类的白色粉，如硫化锌，或其他种类的蓝色粉，如蒽醌蓝，均不能实现提高白度的效果。
发明人经研究推测，反应机理可能如下：
在钛白粉与蓝色有机色粉的作用下，反应消耗了具有最明显发色的官能团对位醌，分解产生了具有漂白作用的苯二酚。
优选地，所述蓝色有机色粉为牌号PV Fast Blue A4R和/或PV Fast Blue BG的产品。
含有上述两种牌号的蓝色有机色粉的聚丙烯木塑组合物，经过高温处理后白度保持性能更优。
更优选地，所述蓝色有机色粉为牌号PV Fast Blue A4R、PV Fast Blue BG产品的混合物。
进一步优选地，所述蓝色有机色粉中PV Fast Blue A4R、PV Fast Blue BG产品的质量比为(2～5)：1。
优选地，所述木粉、钛白粉、蓝色有机色粉的质量比为20:(3～5):(0.6-1)。
优选地，所述木粉的平均粒径为350～400μm。
所述木粉可以为木塑材料常用的木粉。
可选地，所述木粉为桉木粉、杨木粉、竹木粉、桃木粉中的一种或几种。
优选地，所述聚丙烯在230℃、2.16kg负荷下的熔体流动速率为5～120g/10min，更优选地，所述聚丙烯的熔体流动速率为20～50g/10min。
聚丙烯的熔体流动速率的检测方法为GB/T 3682-2018。
优选地，所述高白度聚丙烯木塑组合物，还可以包括5～15重量份的热塑性弹性体(POE)。
POE的加入有助于聚丙烯树脂与木粉和色粉的相容性更优。
本发明还保护上述高白度聚丙烯木塑组合物的制备方法，包括如下步骤：
将聚丙烯、木粉、蓝色有机色粉、钛白粉混合后，加至挤出机中，经熔融共混、挤出造粒，得到所述高白度聚丙烯木塑组合物。
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转速为300～600rpm，一至二区温度为120～150℃，三至五区温度为150～160℃，五至十区温度为160～170℃。
本发明还保护上述高白度聚丙烯木塑组合物在制备白色聚丙烯木塑制品中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了一种高白度的聚丙烯木塑组合物，利用含有酸性基团的色粉与木质素分解产物捕捉，包裹与反应的原理，中和木质素分解的糖类产物，制得的聚丙烯木塑组合物L值≥85，且经过高温处理72h后仍保持高白度。
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：
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1～20
实施例1～20分别提供一种聚丙烯木塑组合物，组分含量见表1，制备方法如下：
按照表1将各组分混合后，加至双螺杆挤出机中，经熔融共混、挤出造粒，得到聚丙烯木塑组合物；其中双螺杆挤出机的螺杆转速为300～600rpm，一至二区温度为120～150℃，三至五区温度为150～160℃，五至十区温度为160～170℃。
表1实施例1～20聚丙烯木塑组合物的组分含量(重量份)
对比例1～6
对比例1～6分别提供一种聚丙烯木塑组合物，组分含量见表2，制备方法与实施例相同。
表2对比例1～6聚丙烯木塑组合物的组分含量(重量份)
性能测试
对上述实施例及对比例制得的聚丙烯木塑组合物进行性能测试，具体方法如下：
白度值(L值)：将聚丙烯木塑组合物注塑为光面色板，使用X-rite7000A色差仪测量色板D65光源下的L值数据，然后将色板进行高温处理：将其放置于CI 4000灯箱中(箱体温度65℃，背板温度90℃)氙灯照射72h，再次检测L值；
高温处理前的L值和高温处理后的L值为色差，记作△L；
若聚丙烯木塑组合物高温处理前的L值已≤70，则不再进行高温处理，也不再测试高温处理后的L值。
实施例1～20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1～20的测试结果
根据表3的测试结果，本发明各实施例制备的聚丙烯木塑组合物均具有高白度，在高温处理前的L值≥88；且经过高温处理后，色差△L≤3.0，说明在木质素受热分解的情况下，聚丙烯木塑组合物仍保持了较高白度，色粉的作用一定程度上弥补了木质素分解所带来的颜色变深。
由实施例1～8的测试结果，蓝色有机色粉为PV Fast Blue A4R、PV Fast Blue BG产品的混合物时，色差△L更小，经过高温处理后L值更高。
根据实施例1～5可以看出，蓝色有机色粉中PV Fast Blue A4R、PV Fast Blue BG产品的质量比为(2～5)：1时(即实施例1、实施例4)，聚丙烯木塑组合物的白度值更高，且色差△L更小。
由实施例1、实施例9～11，聚丙烯在230℃、2.16kg负荷下的熔体流动速率为5～120g/10min时，均可制得高白度的聚丙烯组合物。其中实施例1和9制得的聚丙烯组合物的白度值更高，且经高温处理后色差更小，因此聚丙烯的熔体流动速率优选为20～50g/10min。
由实施例1和实施例13、14，木粉的平均粒径优选为350～400μm。
由实施例1、实施例15～18，木粉、钛白粉、蓝色有机色粉的质量比为20:(3～5):(0.6-1)时，对于聚丙烯组合物的白度改善更优。
表4对比例1～6的测试结果
对比例1中，蓝色有机色粉并非为酞菁蓝，而是酞菁蓝和蒽醌蓝的混合物，制得的聚丙烯组合物经高温处理后，颜色变深，并有色粉迁移，△L过高。对比例2中，使用的蓝色粉为蓝色无机色粉，聚丙烯组合物未经高温处理时，已经达不到高白度水平，且经高温处理后，色差过大。
对比例3中不含钛白粉，制得的聚丙烯组合物L值很低，为非白色材料；对比例4中钛白粉替换为硫化锌，虽然硫化锌也是白色粉，但无法达到与钛白粉相当的高白度效果。
对比例5中不含任何蓝色粉，虽然制得的聚丙烯组合物在未经高温处理前L值较高，但经高温处理后，木质素分解造成材料颜色变深。对比例6中，不含钛白粉也不含蓝色有机色粉，制得的聚丙烯组合物L值极低。
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)

1.一种高白度聚丙烯木塑组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
聚丙烯70～90份，木粉10～30份，钛白粉2～5份，蓝色有机色粉0.3～1份；所述蓝色有机色粉为酞菁蓝。
2.根据权利要求1所述高白度聚丙烯木塑组合物，其特征在于，所述木粉的平均粒径为350～500μm。
3.根据权利要求2所述高白度聚丙烯木塑组合物，其特征在于，所述木粉的平均粒径为350～400μm。
4.根据权利要求1所述高白度聚丙烯木塑组合物，其特征在于，所述聚丙烯在230℃、2.16kg负荷下的熔体流动速率为5～120g/10min。
5.根据权利要求4所述高白度聚丙烯木塑组合物，其特征在于，所述聚丙烯在230℃、2.16kg负荷下的熔体流动速率为20～50g/10min。
6.根据权利要求1所述高白度聚丙烯木塑组合物，其特征在于，所述木粉、钛白粉、蓝色有机色粉的质量比为20:(3～5):(0.6-1)。
7.根据权利要求1所述高白度聚丙烯木塑组合物，其特征在于，所述高白度聚丙烯木塑组合物，还包括5～15重量份的热塑性弹性体。
8.权利要求1～6任一项所述高白度聚丙烯木塑组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚丙烯、木粉、蓝色有机色粉、钛白粉混合后，加至挤出机中，经熔融共混、挤出造粒，得到所述高白度聚丙烯木塑组合物。
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，双螺杆挤出机的螺杆转速为300～600rpm，一至二区温度为120～150℃，三至五区温度为150～160℃，五至十区温度为160～170℃。
10.权利要求1～7任一项所述高白度聚丙烯木塑组合物在制备白色聚丙烯木塑制品中的应用。
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