CN116640382A - 一种免喷涂材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种免喷涂材料及其制备方法和应用。所述免喷涂材料，包括以下重量份计的组分：色母粒：聚丙烯树脂60～80份、感光变色胶囊20～40份；聚丙烯母粒：聚丙烯树脂50～95份、PE树脂5～50份、无机颜料0.5～10份、着色剂0～2份、功能助剂0～15份；玻璃纤维母粒：聚丙烯树脂50～60份、玻璃纤维40～50份；所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率的差值范围为0～18g/10min。本发明制得的免喷涂材料具有优越的力学性能，且在长时间光照下，具有优良的感光变色耐候性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种免喷涂材料及其制备方法和应用。
背景技术
免喷涂塑料就是在改性塑料中通过熔融共混的方式加入具有不同效果的金属粉，珠光，陶瓷粉等特殊颜料，使材料自带特殊效果。免喷涂塑料相比喷涂产品，具有工序简单，良品率高，且价格更低，最重要的是在环保方面，免喷涂产品对传统的喷漆产品具有碾压优势，因此具有很大的发展空间。但是免喷涂产品也有一些不可避免缺陷，免喷涂材料中由于特殊效果颜料的加入，会导致在加工中与其它效果的相容性变差，而常用的免喷涂材料基本都是单一的改性塑料与特殊颜料的结合，缺乏其它的美学效果。
专利文献CN110615944A公开了一种感温变色免喷涂聚丙烯材料及其制造方法。所述感温变色免喷涂聚丙烯材料的制造方法为：将填充剂、液体偶联剂与分散剂EBS在高速研磨器中研磨，并将珠光颜料或金属粉加入到液体偶联剂中。采用双螺杆挤出机共混的方法将聚丙烯、助剂、颜料与微粉化处理的填充剂按一定的配比预混合处理，经挤出、冷却、切粒、包装制得。但是该方法只包含有感温变色，不包含感光变色，并且其使用的变色粉没有经过胶囊化处理，得到的产品不能经受太阳光长时间的照射，耐候性较差。
专利文献CN114316444A公开了一种免喷涂长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。所述免喷涂长玻纤增强聚丙烯复合材料包括聚丙烯树脂30～80份、中空玻璃纤维1～20份、连续玻璃纤维10～60份、相容剂1～5份、分散剂0.1～2份、抗氧剂0.1～1份。然而其免喷涂的效果主要靠中空玻璃纤维来实现，而玻璃纤维在制备过程中常因剪切等操作，使其剪切变细变小，变形，最后无法得到优良的力学性能以及理想的免喷涂效果。
因此，亟需研发一种同时具有良好力学性能以及感光变色耐候性能的免喷涂材料。
发明内容
本发明旨在提供一种免喷涂材料及其制备方法和应用。该免喷涂材料具有优越的力学性能，且在长时间光照下，具有优良的感光变色耐候性能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种免喷涂材料，包括以下重量份计的组分：色母粒：聚丙烯树脂60～80份、感光变色胶囊20～40份；
聚丙烯母粒：聚丙烯树脂50～95份、PE树脂5～50份、无机颜料0.5～10份、着色剂0～2份、功能助剂0～15份；
玻璃纤维母粒：聚丙烯树脂50～60份、玻璃纤维40～50份；
所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率的差值范围为0～18g/10min。
优选地，所述免喷涂材料，包括以下重量份计的组分：
色母粒：聚丙烯树脂70～75份、感光变色胶囊25～30份；
聚丙烯母粒：聚丙烯树脂70～80份、PE树脂20～30份、无机颜料3～5份、着色剂1～1.5份、功能助剂5～10份；
玻璃纤维母粒：聚丙烯树脂55～57份、玻璃纤维43～45份。
优选地，所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒中的聚丙烯树脂的种类相同或不同。
优选地，所述色母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7-35g/10min。
优选地，所述聚丙烯母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7-26g/10min。
优选地，所述玻璃纤维母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7-20g/10min。
优选地，所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒中聚丙烯树脂在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7～35g/10min。
本发明中色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒的熔体流动速率的测试标准为ASTMD-1238-2010。色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒中聚丙烯树脂的测试标准为ASTMD-1238-2010。
优选地，所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒的质量比为(15～50)：(40～85)：(30～50)。
更优选地，所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒的质量比为(30～40)：(60～70)：(35～45)。
优选地，所述PE树脂在190℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为5-35g/10min。
优选地，所述玻璃纤维为平均直径为5～6μm，长度为3-18mm的短切纤维或连续长玻璃纤维。
优选地，所述玻璃纤维母粒中玻璃纤维的平均保留长度为0.4-0.8mm。
优选地，所述感光变色胶囊的壳材料包括四丁基高氯酸铵、PMMA、乙基纤维素、蜜胺树脂、聚氨酯中的至少一种，所述感光变色胶囊的芯材料包括二苯乙烯类、螺环类、降冰片二烯类、俘精酸酐类、三苯甲烷类衍生物、水杨酸苯胺类化合物中的至少一种。
本发明中所述感光变色胶囊为经由微胶囊技术处理过的产品，外观为粉状，具有耐高温、抗氧化等微胶囊所改质的特性。
优选地，所述感光变色胶囊的粒径在1～10μm。更优选地，所述感光变色胶囊的粒径为6～10μm。
优选地，所述无机颜料包括珠光、铝颜料、纤维点材料中的至少一种。
优选地，所述无机颜料的平均粒径为7-500μm。更优选地，所述珠光的平均粒径为200-350μm，所述铝颜料的平均粒径为7～150μm，所述纤维点材料的平均粒径为200～500μm。
优选地，所述着色剂包括铁红、铬黄、酞青蓝、酞青绿、群青中的至少一种。
优选地，所述功能助剂包括相容剂、抗氧剂中的至少一种。
更优选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂的一种或几种。
更优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝POE。
一种所述免喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、色母粒的制备：将聚丙烯树脂与变色胶囊混合均匀，挤出造粒，制得色母粒；
S2、聚丙烯母粒的制备：将除无机填料外的所有组分混合均匀，加入无机颜料，挤出造粒，制得聚丙烯母粒；
S3、玻璃纤维母粒的制备：将聚丙烯树脂、玻璃纤维混合，挤出造粒，制得玻璃纤维母粒；
S4、免喷涂材料的制备：将制得的色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒混合，制得免喷涂涂料。
本发明所述免喷涂材料的制备方法中步骤S1～S3不存在先后顺序。
优选地，步骤S1中所述挤出造粒的温度为160-220℃。
优选地，步骤S2、S3中所述挤出造粒的温度为180-240℃。
一种所述免喷涂材料在制备汽车外饰、内饰、日用品、家电中的应用。所述汽车外饰、内饰包括汽车保险杠材料，侧裙，中控台等；日用品包括置物架，暖瓶外壳等；家电包括空调，洗衣机外壳等。
本发明选用的原料组分在高剪切的环境中会相互作用，导致各个组分失效，无法实现最终的免喷涂和感光变色叠加效果，而如果直接把各个组分简单的堆叠在一切使用低剪切的加工方式(如单螺杆挤出机)则无法使各个组分均匀分散，无法实现免喷涂等效果。因此，本发明为了在同一种材料中同时实现力学性能和多种美学效果的结合，把各个单独的效果做成单独的母粒，然后冷混加工，可以采用这种方式避免组分功能失效，同时达到材料均一，可靠。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将组分制备成色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒的形式，通过各组分的相互作用制得的免喷涂材料能够实现优良的力学性能以及感光变色耐候性能，有效避免了组分因强剪切操作而导致的力学性能、喷涂性能等变差的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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做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。
下述实施例和对比例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，如无特别说明，抗氧剂、润滑剂、着色剂均为通过市售获得，且平行实验中使用的是同一种。
实施例及对比例所用原料说明见表1。
表1
色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒及其制备方法
色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒的组分及重量份如表2～4所示。
色母粒的制备方法包括以下步骤：
将聚丙烯树脂与变色胶囊混合均匀，在200℃下挤出造粒，制得色母粒。
聚丙烯母粒的制备方法包括以下步骤：
将除无机填料外的所有组分混合均匀，加入无机颜料，在210℃下挤出造粒，制得聚丙烯母粒。
玻璃纤维母粒的制备方法包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、玻璃纤维混合，在210℃下挤出造粒，制备的玻璃纤维母粒。
表2色母粒中的组分用量(重量份)
表3聚丙烯母粒中的组分用量(重量份)
表4玻璃纤维母粒中的组分用量(重量份)
实施例1～27和对比例1～8
实施例1～27和对比例1～5免喷涂材料，组分及重量份如表5～7所示。
实施例1～27和对比例1～5免喷涂材料的制备方法包括以下步骤：
将色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒混合，制得免喷涂涂料。
表5实施例中的组分用量(重量份)
表6实施例中的组分用量(重量份)
表7对比例中的组分用量(重量份)
对比例6
与实施例2相比，本对比例的区别仅在于，不将聚丙烯树脂、感光变色胶囊组分制备成色母粒的形式。所有组分同实施例2。
制备方法：
聚丙烯母粒的制备：将除无机填料外的所有组分混合均匀，加入无机颜料，在210℃下挤出造粒，制得聚丙烯母粒；
玻璃纤维母粒的制备：将聚丙烯树脂、玻璃纤维混合，在210℃下挤出造粒，制备的玻璃纤维母粒；
将聚丙烯树脂、感光变色胶囊、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒混合，在200℃下挤出造粒，制得免喷涂涂料。
对比例7
与实施例2相比，本对比例的区别仅在于，不将聚丙烯树脂、PE树脂、无机颜料、着色剂、功能助剂制备成聚丙烯母粒的形式。所有组分同实施例2。
制备方法：
色母粒的制备：将聚丙烯树脂与感光变色胶囊混合均匀，在200℃下挤出造粒，制得色母粒；
玻璃纤维母粒的制备：将聚丙烯树脂、玻璃纤维混合，在210℃下挤出造粒，制备的玻璃纤维母粒；
将色母粒、玻璃纤维母粒、聚丙烯树脂、PE树脂、无机颜料、着色剂、功能助剂混合，，在210℃下挤出造粒，制得免喷涂涂料。
对比例8
与实施例2相比，本对比例的区别仅在于，不将聚丙烯树脂、玻璃纤维制备成玻璃纤维母粒的形式。所有组分同实施例2。
制备方法：
色母粒的制备：将聚丙烯树脂与感光变色胶囊混合均匀，在200℃下挤出造粒，制得色母粒；
聚丙烯母粒的制备：将除无机填料外的所有组分混合均匀，加入无机颜料，在210℃下挤出造粒，制得聚丙烯母粒；
将色母粒、聚丙烯母粒、聚丙烯树脂、玻璃纤维混合，在210℃下挤出造粒，制得免喷涂涂料。
性能测试
将实施例1～27和对比例1～8制得的免喷涂材料加入注塑机中注塑成色板，之后进行免喷涂效果、感光变色耐候性能以及力学性能测试，测试方法如下：
1.通过目视对比色板表面的效果，对其表面效果按照优良中差四个等级排序，优为表面完全无缺陷，良表面有轻微缺陷(与优直接对比闪烁效果轻微减弱等)，这两种情况可接受；中为表明有明显缺陷(能看出是免喷涂产品，但效果很差)，差为表面为多种缺陷(如，分散不均，注塑流纹及无免喷涂效果等)，此两种情况为不可接受。
2.使用爱色丽7000A测色仪对光照前，光照30天后，分别测试其L，a，b值，用光照30天后的L，a，b值减去光照前的L，a，b值，得到△L，△a，△b，并根据△a，△b进行颜色判断：
当△a的值＞0且△b的值＜0时，则标记样板比光照前偏紫色，若颜色变化均匀则标记为均匀紫色，若色板表面存在紫色流纹则标记为则色流纹：1)0≤△a＜2且-1≤△b＜0，紫色很弱；2)2≤△a＜4且-2≤△b＜-1，紫色偏弱；3)4＜△a且△b＜-2，紫色较强。
3.使用爱色丽7000A测色仪对光照前，去除光照1天后颜色，分别测试其L，a，b值，计算其前后颜色色差用△E表示，△E越小表明光照前后材料的色差越小，其中“/”表示颜色无法测试，无法求色差；
4.使用Z010型万能材料试验机和892型冲击试验机测试材料的力学性能：用国标拉伸、弯曲、冲击模具注塑产品成测试件，拉伸强度按照GT/T 1447-2005测试，弯曲强度按照GT/T1449-2021测试，冲击强度按照GT/T 1451-2005测试。
性能测试结果如表8所示。
表8性能测试结果
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从表8中的数据可以得知，本发明实施例制得的免喷涂材料具有优异的免喷涂性能，同时具有良好的感光变色耐候性能以及力学性能，拉伸强度能够实现在89.8MPa以上，缺口冲击强度保持在17.2KJ/㎡以上，弯曲强度实现在101.4MPa以上。其中，前后颜色色差△E值能够保持在0.32～0.76的范围内，拉伸强度可以保持在89.8～94.4MPa，缺口冲击强度保持在17.2～18.6KJ/㎡的范围内，弯曲强度保持在101.4～109.8MPa。
对比例1聚丙烯树脂母粒中聚丙烯树脂的熔体流动速率不合适，对比例2玻璃纤维母粒中聚丙烯树脂的熔体流动速率不合适，对比例3中各母粒间的熔体流动速率差值不合适，导致制得的材料没有均匀分散，出现流纹，免喷涂效果均较差，以至于无法准确测定其颜色值；对比例4选用感光变色粉替换感官变色胶囊，制得的材料所具有的感光变色效果明显变差，光照30天后无法完全恢复本来的颜色；对比例5中加入了过量的玻璃纤维，制得的材料力学性能优异，但是感光变色太弱，同时免喷涂效果也比较差；对比例6中不将聚丙烯树脂、感光变色胶囊组分制备成色母粒的形式，对比例7中不将聚丙烯树脂与、PE树脂、无机颜料、着色剂、功能助剂制备成聚丙烯母粒的形式，对比例8不将聚丙烯树脂与玻璃纤维组分制备成玻璃纤维母粒的形式，导致最终制得的材料所具有的免喷涂效果较差，且具有的耐候性能、力学性能也均差于实施例。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种免喷涂材料，其特征在于，包括以下重量份计的组分：
色母粒：聚丙烯树脂60～80份、感光变色胶囊20～40份；
聚丙烯母粒：聚丙烯树脂50～95份、PE树脂5～50份、无机颜料0.5～10份、着色剂0～2份、功能助剂0～15份；
玻璃纤维母粒：聚丙烯树脂50～60份、玻璃纤维40～50份；
所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率的差值范围为0～18g/10min。
2.如权利要求1所述免喷涂材料，其特征在于，包括以下重量份计的组分：
色母粒：聚丙烯树脂70～75份、感光变色胶囊25～30份；
聚丙烯母粒：聚丙烯树脂70～80份、PE树脂20～30份、无机颜料3～5份、着色剂1～1.5份、功能助剂5～10份；
玻璃纤维母粒：聚丙烯树脂55～57份、玻璃纤维43～45份。
3.如权利要求1所述免喷涂材料，其特征在于，至少包括以下(1)～(5)中的一项：
(1)所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒中的聚丙烯树脂的种类相同或不同；
(2)所述色母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7-35g/10min；
(3)所述聚丙烯母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7-26g/10min；
(4)所述玻璃纤维母粒在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7-20g/10min；
(5)所述色母粒的熔体流动速率、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒中聚丙烯树脂在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为7～35g/10min。
4.如权利要求1所述免喷涂材料，其特征在于，所述色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒的质量比为(15～50)：(40～85)：(30～50)。
5.如权利要求1所述免喷涂材料，其特征在于，至少包括以下(1)～(4)中的一项：
(1)所述PE树脂在190℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为5-35g/10min；
(2)所述玻璃纤维母粒中玻璃纤维的平均保留长度为0.4-0.8mm；
(3)所述感光变色胶囊的壳材料包括四丁基高氯酸铵、PMMA、乙基纤维素、蜜胺树脂、聚氨酯中的至少一种；所述感光变色胶囊的芯材料包括二苯乙烯类、螺环类、降冰片二烯类、俘精酸酐类、三苯甲烷类衍生物、水杨酸苯胺类化合物中的至少一种；
(4)所述感光变色胶囊的粒径在1～10μm。
6.如权利要求1所述免喷涂材料，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：
(1)所述无机颜料包括珠光、铝颜料、纤维点材料中的至少一种；
(2)所述着色剂包括铁红、铬黄、酞青蓝、酞青绿、群青中的至少一种；
(3)所述功能助剂包括相容剂、抗氧剂中的至少一种。
7.如权利要求6所述免喷涂材料，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：
(1)所述无机颜料的平均粒径为7-500μm；
(2)所述抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂的一种或几种；
(3)所述相容剂为马来酸酐接枝POE。
8.一种如权利要求1～7任一所述免喷涂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、色母粒的制备：将聚丙烯树脂与变色胶囊混合，挤出造粒，制得色母粒；
S2、聚丙烯母粒的制备：将除无机填料外的所有组分混合，加入无机颜料，挤出造粒，制得聚丙烯母粒；
S3、玻璃纤维母粒的制备：将聚丙烯树脂、玻璃纤维混合，挤出造粒，制得玻璃纤维母粒；
S4、免喷涂材料的制备：将制得的色母粒、聚丙烯母粒、玻璃纤维母粒混合，制得免喷涂涂料。
9.如权利要求8所述制备方法，其特征在于，至少包括以下(1)～(2)中的一项：
(1)步骤S1中所述挤出造粒的温度为160-220℃；
(2)步骤S2、S3中所述挤出造粒的温度为180-240℃。
10.一种如权利要求1～7任一所述免喷涂材料在制备汽车外饰、日用品中的应用。
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