CN115368693A - 一种高硬度渐变色的透明pvc材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高硬度渐变色的透明pvc材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硬度渐变色的透明PVC材料及其制备方法和应用，涉及高分子材料领域。包括PVC、热稳定剂、增韧剂、变色剂A、变色剂S、色粉、润滑剂；变色剂A为吸收波波长在500‑520nm的无机颜料A，酸牢度1‑3；变色剂S为吸收波波长在405‑415nm的有机物质；色粉为反射波波长在415‑430nm的无机色粉，酸牢度3‑5。本申请通过变色剂A、S和色粉三者协同作用，变色剂S具备极强的吸收能力室内常温条件吸收紫外光能量，并发生能量带跃迁，发出更大波长的光线，同时结合变色剂A和色粉的作用，搭配出透明蓝色的PVC材料，变色效果明显，且材料的力学性能和阻燃性能优越，综合性能好。

Description

一种高硬度渐变色的透明PVC材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种高硬度渐变色的透明PVC材料及其制备方法和应用。
背景技术
PVC即聚氯乙烯，是世界上产量最大的塑料产品之一，其性状为无定形结构的白色粉末，支化度较小，对光和热的稳定性差，因其价格便宜，可以根据不同的用途可以加入不同的添加剂，从而呈现不同的物理性能和力学性能，在生活和工业中应用广泛。
近年不断有感光变色或感温变色的塑料制品出现在市面，现有技术更多的是复杂PVC配方体系，通过添加大量的变色剂，在特定的温度或光照条件下，实现变色。尚且较少有专利提到硬质透明PVC的室内常温变色技术。而且本专利的变色，实在完全自然的室内环境即可发生，且周期固定，不需要额外严格的外部条件刺激即可实现。
发明内容
本发明提供了一种高硬度渐变色的透明PVC材料及其制备方法和应用，不需要额外严格的外部条件刺激，在完全自然的室内环境即可实现PVC材料的自动变色，且周期固定。
为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种高硬度渐变色的透明PVC材料，包括以下重量份组分：
PVC：100份；
热稳定剂：2份-5份；
增韧剂：5份-15份；
变色剂A：0.02份-0.05份；
变色剂S：0.6份-1.5份；
色粉：0.2份-0.3份；
润滑剂：1份-3份；
其中，所述变色剂A为吸收波频率在500-520的无机颜料A，酸牢度1-3；所述变色剂S为吸收波频率在405-415nm的有机物质；所述色粉为反射波频率在415-430nm的无机色粉，酸牢度3-5；所述PVC的聚合度在400-850之间。
通过采用上述方案，本申请通过变色剂A、S和色粉三种协同作用，变色剂S对紫外波段的光特别敏感，具备极强的吸收能力，其吸收紫外光能量以后，可以发生能量带跃迁，发出更大波长的光线，结合变色剂A和色粉的作用，搭配出透明蓝色的PVC材料，产生明显的颜色效果，且变色效果明显；PVC的聚合度除了影响产品的变色之外，还会影响产品的透明度，聚合度越高，透明度越差。
作为优选方案，所述无机颜料A为含铝、硅、钠的青紫色无机颜料，所述无机颜料B为含钠盐的紫色无机颜料；所述色粉为蓝色无机色粉。
作为优选方案，所述变色剂S为聚酯纤维。
作为优选方案，还包括重量份为0.03份-0.06份的变色剂B；所述变色剂B为粒径在50-80μm的无机颜料B；酸牢度3-5。
通过采用上述方案，通过变色剂A、B、S和色粉四者的搭配，增强材料的变色效率，使得变色效果越加明显；同时变色剂B结合基材PVC还可以改善材料的阻燃性能。
作为优选方案，所述热稳定剂为锑含量在22％以上的硫醇锑稳定剂、锡含量在19％以上的硫醇锡或透明钙锌稳定剂。
作为优选方案，所述硫醇锑稳定剂的锑含量为35％-45％，所述硫醇锡稳定剂的锡含量为20％-40％。
作为优选方案，所述增韧剂为折光指数在1.5-1.6的透明级MBS，测试标准为GB/T39691-2020。
作为优选方案，所述润滑剂为非氧化的聚乙烯蜡和/或C18以内的酯类润滑剂。
作为优选方案，所述变色剂A碱牢度为3-4，光牢度为6-8。
作为优选方案，所述变色剂B碱牢度3-5。
作为优选方案，所述色粉碱牢度3-5，光牢度6-8。
上述变色剂A、B和色粉的酸牢度采用NCF-35标准检测，酸液为2.5％HCL；碱牢度采用NCF-35标准检测，碱液为2.5％NaOH；光牢度采用NCF-32标准检测。
为了解决上述技术问题，本发明目的之二提供了一种高硬度渐变色的透明PVC材料的制备方法，包括以下步骤：将PVC、热稳定剂、润滑剂在高混设备进行混合，达到指定温度95-110℃后加入增韧剂，继续混合到110-120℃，加入变色剂A、变色剂B、变色剂S和色粉，倒入低混设备中混合，待温度降低到80℃后，采用锥形双螺杆挤出设备进行挤出造粒，经过冷却脱水后，得到透明PVC粒子。
为了解决上述技术问题，本发明目的之三提供了一种高硬度渐变色的透明PVC材料在建筑、家具、管道领域中的应用，如泳池、卫浴、阀门配件、管道等。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本申请通过变色剂A、S和色粉协同作用，变色剂S具备极强的吸收能力，室内常温放置后，其可以吸收紫外光能量，并发生能量带跃迁，发出相比于吸收光波更大波长的光线，同时对变色剂A的吸收波频率和色粉的反射波频率进行特定限定，结合变色剂A和色粉的作用，搭配出透明蓝色的PVC材料，变色效果明显，且材料的力学性能和阻燃性能优越，综合性能好。
附图说明
图1：为本发明实施例三中一种高硬度渐变色的透明PVC材料变色前后的拍摄图片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下表1为本申请实施例和对比例中原料的来源，如无特别说明，非氧化的聚乙烯蜡通过市售获得，且平行实验中使用的是相同的非氧化的聚乙烯蜡。
表1-本申请实施例和对比例中原料的来源和性能参数
Figure BDA0003875605180000041
Figure BDA0003875605180000051
Figure BDA0003875605180000061
实施例1-8
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，如表2所示，包括100kg的PVC-1、2kg-5kg的热稳定剂、5kg-15kg的增韧剂、0.02kg-0.05kg的变色剂A、0.03kg-0.06kg的变色剂B、0.6kg-1.5kg的变色剂S、1kg-3kg的润滑剂和0.2kg-0.3kg的色粉；PVC的聚合度为650-850；变色剂A为主要含铝、硅、钠的偏青紫色无机颜料A，其吸收波波长在500-520nm；变色剂B为主要含钠盐的偏紫色无机颜料B，其平均粒径在50-60μm；变色剂S为吸收波波长在405-415nm的有机物质，具体为聚酯纤维；色粉为反射波波长在420nm的偏蓝色无机色粉；润滑剂为非氧化的聚乙烯蜡；增韧剂为折光系数1.51的MBS，采用岛津的UV2600SPECTROPHOTOMETER设备进行波长的检测，其测波长范围覆盖190-900nm。
上述一种高硬度渐变色的透明PVC材料的制备方法，包括以下步骤：
将PVC-1、热稳定剂、润滑剂在高混机进行混合，达到指定温度100℃后加入增韧剂，继续混合到115℃，加入变色剂A、变色剂B、变色剂S和色粉，低速混合2min，然后将高混机中的混合料倒入低混机中，低混机转速60rpm，电机频率20HZ，待低混机中混合粉温度降低到80℃后，采用锥形双螺杆进行挤出造粒，长径比28：1，螺筒温度160℃，最后经过脱水机冷却脱水后，得到透明PVC粒子。
表2-实施例1-8和对比例1-3中透明PVC材料的各组分及含量
Figure BDA0003875605180000062
Figure BDA0003875605180000071
Figure BDA0003875605180000081
对比例4
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，各步骤及各步骤使用的试剂和工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，变色剂A的含量为0。
对比例5
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，各步骤及各步骤使用的试剂和工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，变色剂S的含量为0。
对比例6
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，各步骤及各步骤使用的试剂和工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，色粉的含量为0。
对比例7
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，各步骤及各步骤使用的试剂和工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，PVC-1采用等量的PVC-2替代。
对比例8
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，各步骤及各步骤使用的试剂和工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，变色剂A的VA-505采用等量的601A替代。
对比例9
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，各步骤及各步骤使用的试剂和工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，变色剂B的VB-60采用等量的OB替代。
对比例10
一种高硬度渐变色的透明PVC材料，各步骤及各步骤使用的试剂和工艺参数均与实施例3相同，不同的地方在于，色粉的VR-420采用等量的VR-425替代。
性能检测试验
1、透明度、雾度测试：采用ICS83标准进行测试，2.0mm色板，测试结果如表3所示。
2、硬度测试：采用ASTM D2240标准进行测试，4mm厚度片，测试结果如表3所示。
3、变色测试：样品为4mm厚度的圆片，直径为20mm，将样品在25℃常温的室内条件下放置，每天观察样品的颜色变化，样品由白透变为蓝色即完成变色，本申请的蓝色标准为L：90.00，a：-3.89；b：1.5；统计测试结果如表3所示。
4、阻燃测试：采用UL94标准进行测试，样条尺寸(125mm±5)*(13±5)mm*厚度，本申请厚度1.0mm时阻燃等级达到V-0等级，厚度1.5mm时阻燃等级达到5VA等级，目前大部分的透明材料难以达到该阻燃等级，测试结果如表3所示。
表3-实施例1-8和对比例1-10的性能检测结果
Figure BDA0003875605180000101
Figure BDA0003875605180000111
结合表3中实施例3和对比例1-2、4-6的性能检测结果可知，由于PVC树脂本身底色非常黄，不是很透，通过变色剂A、S和色粉三者协同作用，变色剂S对紫外波段的光敏感，具备极强的吸收能力，室内常温放置后，其可以吸收紫外光能量，并发生能量带跃迁，发出更大波长的光线，同时对变色剂A的吸收波频率和色粉的反射波频率进行特定限定，结合变色剂A和色粉的作用，搭配出透明蓝色的PVC材料，调整了树脂对光线的反射和吸收，能够有效改变产品的最终颜色效果。
结合表3中实施例3和对比例3的性能检测结果可知，当体系材料各组分的折光指数与基材PVC树脂接近时，从而光线可以穿透材料，由于个别原料与基材PVC的折光指数存在一定的区别，当变色剂A、B、S和色粉的含量在一定的范围内时折光系数在可以承受的范围波动内，聚合物产品仍然可以呈现出透明的状态，随着个别组分的过量，产品的透明度会降低；同时材料的变色效果也会受到较大影响。
结合表3中实施例3、6的性能检测结果可知，本申请同时添加变色剂B，通过变色剂A、B、S和色粉四者的搭配，可以提高材料的变色效率，增强变色效果，变色前后的色差明显；同时数据显示变色剂B结合基材PVC进一步提高产品的阻燃性能。
结合表3中实施例3和对比例7的性能检测结果可知，PVC的聚合度不仅影响产品的变色效果，还会影响产品的透明度，PVC聚合度过高，意味着分子量更大，熔体粘度更大，熔体流动速率更小，对体系的稳定性要求更高。在注塑过程中，因为高聚合度导致流动性差，往往需要更高的注射压力和注射速度才能打出饱满的产品，而在高注射压力和高注射速度下，产品会很容易产生分解副产物，从而导致产品小分杂质更多，透明度大幅下降，雾度大幅上升，导致产品透明度过低而雾度过高。
结合表3中实施例3和对比例8-10的性能检测结果可知，本申请控制变色剂A、B和色粉的酸牢度在优选范围内，酸牢度不在范围内时，变色剂容易与配方中的PVC树脂以及加工中的小分子酸性物质发生化学反应，导致颜色不稳定，且反应产生的副产物折光指数与原有体系差异较大，从而导致透明度下降，副产物杂质也使得雾度上升。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，包括以下重量份组分：
PVC：100份；
热稳定剂：2份-5份；
增韧剂：5份-15份；
变色剂A：0.02份-0.05份；
变色剂S：0.6份-1.5份；
色粉：0.2份-0.3份；
润滑剂：1份-3份；
其中，所述变色剂A为吸收波波长在500-520nm的无机颜料A，酸牢度为1-3；所述变色剂S为吸收波波长在405-415nm的有机物质；所述色粉为反射波波长在415-430nm的无机色粉，酸牢度3-5；所述PVC的聚合度在400-850之间。
2.如权利要求1所述的一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，所述变色剂S为聚酯纤维。
3.如权利要求1所述的一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，还包括重量份为0.03份-0.06份的变色剂B；所述变色剂B为平均粒径在50-80μm的无机颜料B，酸牢度3-5。
4.如权利要求3所述的一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，所述无机颜料A为含铝、硅、钠的青紫色无机颜料，所述无机颜料B为含钠盐的紫色无机颜料；所述色粉为蓝色无机色粉。
5.如权利要求1所述的一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，所述热稳定剂为锑含量在22％以上的硫醇锑稳定剂、锡含量在19％以上的硫醇锡或透明钙锌稳定剂。
6.如权利要求1所述的一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，所述增韧剂为折光指数在1.5-1.6的透明级MBS。
7.如权利要求1所述的一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，所述润滑剂为非氧化的聚乙烯蜡和/或C18以内的酯类润滑剂。
8.如权利要求3所述的一种高硬度渐变色的透明PVC材料，其特征在于，所述变色剂A的碱牢度为3-4，光牢度为6-8；所述变色剂B的碱牢度3-5；所述色粉的碱牢度3-5，光牢度6-8。
9.一种如权利要求1-8任一所述的高硬度渐变色的透明PVC材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将PVC、热稳定剂、润滑剂在高混设备进行混合，达到指定温度95-110℃后加入增韧剂，继续混合到110-120℃，加入变色剂A、变色剂B、变色剂S和色粉，倒入低混设备中混合，待温度降低到80℃后，采用锥形双螺杆挤出设备进行挤出造粒，经过冷却脱水后，得到透明PVC粒子。
10.一种如权利要求1-8任一所述的高硬度渐变色的透明PVC材料在建筑、家具、管道领域中的应用。
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