CN117659581A - 一种免喷涂金属效果的pvc复合材料及其制备方法和制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PVC复合材料技术领域，具体涉及一种免喷涂金属效果的PVC复合材料及其制备方法和制品。免喷涂金属效果的PVC复合材料，包括如下重量份数的原料：PVC树脂100份、热稳定剂1‑5份、加工助剂1‑3份，润滑剂0.2‑2份，填充剂5‑50份，金属增韧材料2‑20份；其中金属增韧材料为核壳结构微球，核壳结构微球的外壳为金属颜料，内核为丁腈橡胶。本发明通过聚合物改性，将丁腈橡胶乳液与金属颜料混合，使得丁腈橡胶发生交联包覆金属颗粒，制备热固性聚合物包覆金属粉微球，之后将该微球与PVC熔融共混挤出，制备力学性能优的具有金属质感的PVC材料。
Description
技术领域
本发明涉及PVC复合材料技术领域，具体涉及一种免喷涂金属效果的PVC复合材料及其制备方法和制品。
背景技术
聚氯乙烯（PVC）是最早工业化的通用塑料，具有价位低廉、阻燃、耐腐蚀、耐磨损等优异性能。但是其冲击强度低，耐低温性能差，限制了其进一步应用，需对其进行增韧改性。常用的增韧剂有甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）、氯化聚乙烯（CPE）、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸酯等单体的共聚物（ACR）、丙烯腈与丁二烯无规共聚物（NBR）、刚性粒子等，采用橡胶弹性体或热塑性弹性体对塑料产品进行增韧改性时，通常会导致其刚性、强度的降低。采用刚性粒子进行增韧改性，虽然能保证刚性、强度的提升，但其增韧效果往往较差，存在刚韧不能兼顾的问题。
PVC异型材已被广泛应用于家电、建材、家具等领域，市场需求大，但是消费者感官上不希望大量合成材料充斥家庭、办公室等场所，因此，塑料异型材的表面装饰技术具有极大的前景。发明专利申请CN 1962285 A公开一种PVC金属涂层画的制作工艺，包括压模、调制涂料、涂层、着色等步骤，金属涂层画吸收了PVC材料的优点，具有制作成本低、易于实施、画面金属感强等优点，但是该专利涂层与基材之间附着力差，不耐磨易剥落，涂层配料中使用油性防水粘合剂，环保性差。使用免喷涂法制备金属感材料通常是在普通塑胶材料中添加金属粉、珠光粉和其它添加剂，通过挤出或注塑工艺，使材料外观具备一定的金属质感，降低塑料感。免喷涂金属质感材料具有一次性成型，生产过程中不需要化学溶剂、重金属、受限有机物等，全过程环保，同时免喷涂金属质感材料由于具有塑胶材料的可塑性，具有生产成本低、能源消耗少、可循环使用等优点。
铝颜料是免喷涂金属感塑料中常用的金属颜料之一，因其出色的金属质感、遮盖力、接近喷涂效果而被大范围应用。但由于基体树脂与金属颜料的相容性差，加入金属颜料不仅会影响材料的力学性能，而且容易出现分散不均匀的现象，导致材料表面的金属效果出现差异；另外在挤出或注塑的强压力和强剪切条件下，金属颜料的结构可能会被破坏；同时，由于金属颜料有序排列在熔体表面，在溶体交界处收到挤压时，会形成流痕和熔接线等缺陷，严重限制了免喷涂材料的应用。
发明内容
针对金属颜料与基体树脂相容性差，力学性能和分散性差等问题，本发明提供一种免喷涂金属效果的PVC复合材料及其制备方法和制品，通过聚合物改性，将丁腈橡胶乳液与金属颜料混合，使得丁腈橡胶发生交联包覆金属颗粒，制备热固性聚合物包覆金属粉微球，之后将该微球与PVC熔融共混挤出，制备力学性能优的具有金属质感的PVC材料。
第一方面，本发明提供一种免喷涂金属效果的PVC复合材料，包括如下重量份数的原料：
PVC树脂100份、热稳定剂1-5份、加工助剂1-3份，润滑剂0.2-2份，填充剂5-50份，金属增韧材料2-20份；
其中金属增韧材料为核壳结构微球，核壳结构微球的外壳为金属颜料，内核为丁腈橡胶。
进一步的，金属增韧材料的制备方法为：一边搅拌，一边向金属颜料中喷淋偶联剂，然后加入丁腈橡胶乳液，混合后过滤或干燥即得。
进一步的，丁腈橡胶乳液的丙烯腈含量在20wt%~40wt%。
进一步的，根据所需效果，如仿金、仿银、仿铜等，金属颜料可以选自铝粉、铜粉、铜金粉、锌粉中的一种或几种。
进一步的，金属颜料为片状，片径在2-20μm，与其它形状相比，片状铝粉形状较不规则，有较宽的粒径分布，因此遮盖力较好，同时趋向于材料表面排列，显示出明亮的表面和暗色的光泽以及更高的抗剪切性，因此使用片状铝粉能提高PVC制品的金属质感，减少塑料感，提升材料档次，同时对PVC补强。
进一步的，丁腈橡胶乳液与金属颜料的质量比为10-30：1。
进一步的，喷淋的偶联剂为硅烷偶联剂的水稀释液或乙醇稀释液，硅烷偶联剂与水或乙醇的质量比为1：5-10，硅烷偶联剂与金属颜料的质量比为0.005-0.02：1。
进一步的，金属增韧材料制备过程中，搅拌温度为60-80℃，搅拌时间为20-40min，混合温度为60-80℃，搅拌时间为6-12h。
进一步的，干燥方式为洗涤干燥或喷雾干燥，干燥后金属增韧材料的含水量在0.5%以下。
进一步的，干燥方式为喷雾干燥，喷雾干燥压力为0.5-1.0MPa。喷雾干燥可得到分散均匀的粉末，易于后续加工。相比于传统的絮凝干燥，喷雾干燥可简化工艺流程，易于操作，同时生产率高，物料可连续进料和排料，适用于工业上大规模生产。
进一步的，热稳定剂为钙锌稳定剂、复合稀土稳定剂、有机锡、水滑石中的一种或几种；
加工助剂为ACR-201、ACR-401、ACR-530中的一种或几种；
润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、OPE蜡、单甘脂中的一种或几种；
填充剂为碳酸钙、陶土、中空微球中的一种或几种。
第二方面，本发明提供一种免喷涂金属效果的PVC复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将PVC树脂、热稳定剂、部分润滑剂置于高速混合机中，升温至60-80℃，加入加工助剂、金属增韧材料继续混合升温至100-105℃，加入填充剂、剩余润滑剂混合升温至110-120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至40-50℃出料，静止陈化12-24h；
将陈化好的物料混炼后，用平板硫化机压片。
进一步的，按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
第三方面，本发明还提供一种上述免喷涂金属效果的PVC复合材料的制品，制品采用挤出成型工艺制得。
本发明的有益效果在于：
为了提高金属颜料在基体树脂中的分散性以及优化PVC材料的力学性能，本发明采用丁腈橡胶和金属颜料合成具有核壳结构的粉末，以改性PVC，得到具有金属感的PVC复合材料。丁腈橡胶与PVC相容性极好，当作为PVC改性剂时，丁腈橡胶易形成包覆有PVC的细胞状结构，分散于PVC连续相中形成：海岛结构，可显著提高PVC的韧性。本发明将金属颜料与丁腈橡胶结合，一方面提高了金属颜料在PVC中的相容性和分散性，减少了铝粉用量，节约了成本，提升了材料金属质感，同时优化了PVC的力学性能。
本发明的PVC复合材料制备方法采用一次加工成型，生产过程不使用化学溶剂及受限有机物质，减少了喷涂带来的粉尘和有机物的挥发。金属色与基体有超强的附着力，耐酸、碱、盐腐蚀，解决了制品使用过程中存在的涂层不耐磨、易刮花等问题，既环保的又增加了使用寿命。
本发明提供的PVC制品采用挤出成型，具有工艺简单、能耗低、无污染、合格率高、可回收循环使用等优势，适合大规模生产。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种免喷涂金属效果的PVC复合材料，按照如下步骤制得：
（1）在高压喷雾器的搅拌机中加入片状铝粉（片径为10μm），于60℃下搅拌，同时喷淋硅烷偶联剂的乙醇稀释液，其中硅烷偶联剂、乙醇、片状铝粉的质量比为1：5：100，搅拌30min后加入丁腈橡胶乳液（丙烯腈含量在26%-30%），丁腈橡胶乳液与金属粉的质量比为10：1，于60℃下混合12h，之后通过喷雾干燥（压力为0.8MPa）得到一种外壳为金属颜料，内核为丁腈橡胶的核壳结构微球，即为金属增韧材料。
（2）将称取的100份PVC树脂SG-5、5份钙锌稳定剂、0.5份硬脂酸、0.4份OPE蜡置于高速混合机中，升温至80℃，加入2份ACR-401、15份步骤（1）制备的金属增韧材料继续混合升温至100℃，加入15份碳酸钙、0.5份PE蜡混合温度升至120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至40℃出料，静止陈化12h。
（3）将陈化好的物料在密炼机中170℃混炼5min，然后在平板硫化机上185℃热压5min，冷却5min。
（4）按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
实施例2
（1）在高压喷雾器的搅拌机中加入片状铝粉（片径为2μm），于80℃下搅拌，同时喷淋硅烷偶联剂的乙醇稀释液，其中硅烷偶联剂、乙醇、片状铝粉的质量比为1：8：50，搅拌20min后加入丁腈橡胶乳液（丙烯腈含量在36%-40%），丁腈橡胶乳液与金属粉的质量比为20：1，于80℃下混合6h，之后通过喷雾干燥（压力为0.6MPa）得到一种外壳为金属颜料，内核为丁腈橡胶的核壳结构微球，即为金属增韧材料。
（2）将称取的100份PVC树脂SG-5、4份钙锌稳定剂、0.5份硬脂酸、0.4份OPE蜡置于高速混合机中，升温至60℃，加入2份ACR-401、15份步骤（1）制备的金属增韧材料继续混合升温至100℃，加入15份碳酸钙、0.5份石蜡混合温度升至120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至45℃出料，静止陈化16h。
（3）将陈化好的物料在密炼机中170℃混炼5min，然后在平板硫化机上185℃热压5min，冷却5min。
（4）按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
实施例3
（1）在高压喷雾器的搅拌机中加入片状铝粉（片径为20μm），于60℃下搅拌，同时喷淋硅烷偶联剂的乙醇稀释液，其中硅烷偶联剂、乙醇、片状铝粉的质量比为1：10：200，搅拌40min后加入丁腈橡胶乳液（丙烯腈含量在26%-30%），丁腈橡胶乳液与金属粉的质量比为30：1，于60℃下混合12h，之后通过喷雾干燥（压力为1.0MPa）得到一种外壳为金属颜料，内核为丁腈橡胶的核壳结构微球，即为金属增韧材料。
（2）将称取的100份PVC树脂SG-5、4份钙锌稳定剂、0.5份单甘脂、0.4份OPE蜡置于高速混合机中，升温至80℃，加入2份ACR-401、15份步骤（1）制备的金属增韧材料继续混合升温至105℃，加入15份碳酸钙、0.6份PE混合温度升至120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至50℃出料，静止陈化24h。
（3）将陈化好的物料在密炼机中170℃混炼5min，然后在平板硫化机上185℃热压5min，冷却5min。
（4）按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
对比例1
一种PVC复合材料，按照如下步骤制得：
（1）将称取的100份PVC树脂SG-5、5份钙锌稳定剂、0.5份硬脂酸、0.4份OPE蜡置于高速混合机中，升温至80℃，加入2份ACR-401继续混合升温至100℃，加入15份碳酸钙、0.5份PE蜡混合温度升至120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至40℃出料，静止陈化12h。
（2）将陈化好的物料在密炼机中170℃混炼5min，然后在平板硫化机上185℃热压5min，冷却5min。
（3）按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
对比例2
一种PVC复合材料，按照如下步骤制得：
（1）将称取的100份PVC树脂SG-5、4份钙锌稳定剂、0.5份硬脂酸、0.4份OPE蜡置于高速混合机中，升温至60℃，加入2份ACR-401、3份铝粉（片径为10μm）继续混合升温至100℃，加入15份碳酸钙、0.6份PE蜡混合温度升至110℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至40℃出料，静止陈化12h。
（2）将陈化好的物料在密炼机中170℃混炼5min，然后在平板硫化机上185℃热压5min，冷却5min。
（3）按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
对比例3
一种PVC复合材料，按照如下步骤制得：
（1）将称取的100份PVC树脂SG-5、4份钙锌稳定剂、0.5份单甘脂、0.4份OPE蜡置于高速混合机中，升温至80℃，加入2份ACR-401、15份丁腈橡胶乳液（丙烯腈含量在26%-30%）继续混合升温至100℃，加入15份碳酸钙、0.5份石蜡混合温度升至120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至45℃出料，静止陈化16h。
（2）将陈化好的物料在密炼机中170℃混炼5min，然后在平板硫化机上185℃热压5min，冷却5min。
（3）按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
对比例4
一种PVC复合材料，按照如下步骤制得：
（1）将称取的100份PVC树脂SG-5、4份钙锌稳定剂、0.5份单甘脂、0.4份OPE蜡置于高速混合机中，升温至70℃，加入2份ACR-401、15份丁腈橡胶乳液（丙烯腈含量在36%-40%）继续混合升温至105℃，加入15份碳酸钙、0.6份PE蜡混合温度升至120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至50℃出料，静止陈化24h。
（2）将陈化好的物料在密炼机中170℃混炼5min，然后在平板硫化机上185℃热压5min，冷却5min。
（3）按国家标准，对冷却后压片进行制样、测试。
实施例1-实施例3、对比例1-对比例4的检测结果如下表1所示。
表1 实施例与对比例PVC复合材料的性能数据
由表1数据可以看出，单一NBR的加入，明显提高PVC基体的韧性的同时，刚性有所降低；根据丙烯腈含量不同，增韧效果有差别。单一的铝粉加入，有金属效果，但存在分散不均现象。金属增韧材料的加入能够明显提高材料的刚性和韧性，同时优化金属效果，铝粉的添加量也将减少。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：
PVC树脂100份、热稳定剂1-5份、加工助剂1-3份，润滑剂0.2-2份，填充剂5-50份，金属增韧材料2-20份；
其中金属增韧材料为核壳结构微球，核壳结构微球的外壳为金属颜料，内核为丁腈橡胶。
2.如权利要求1所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，金属增韧材料的制备方法为：一边搅拌，一边向金属颜料中喷淋偶联剂，然后加入丁腈橡胶乳液，混合后过滤或干燥即得。
3.如权利要求1所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，丁腈橡胶乳液的丙烯腈含量在20wt%~40wt%；
金属颜料选自铝粉、铜粉、铜金粉、锌粉中的一种或几种，金属颜料为片状，片径在2-20μm。
4.如权利要求1所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，丁腈橡胶乳液与金属颜料的质量比为10-30：1；
喷淋的偶联剂为硅烷偶联剂的水稀释液或乙醇稀释液，硅烷偶联剂与水或乙醇的质量比为1：5-10，硅烷偶联剂与金属颜料的质量比为0.005-0.02：1。
5.如权利要求1所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，金属增韧材料制备过程中，搅拌温度为60-80℃，搅拌时间为20-40min，混合温度为60-80℃，搅拌时间为6-12h。
6.如权利要求1所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，干燥方式为洗涤干燥或喷雾干燥，干燥后金属增韧材料的含水量在0.5%以下。
7.如权利要求6所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，干燥方式为喷雾干燥，喷雾干燥压力为0.5-1.0MPa。
8.如权利要求1所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料，其特征在于，热稳定剂为钙锌稳定剂、复合稀土稳定剂、有机锡、水滑石中的一种或几种；
加工助剂为ACR-201、ACR-401、ACR-530中的一种或几种；
润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、OPE蜡、单甘脂中的一种或几种；
填充剂为碳酸钙、陶土、中空微球中的一种或几种。
9.一种如权利要求1-8任一所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将PVC树脂、热稳定剂、部分润滑剂置于高速混合机中，升温至60-80℃，加入加工助剂、金属增韧材料继续混合升温至100-105℃，加入填充剂、剩余润滑剂混合升温至110-120℃，将混合料移至冷混机中，待温度降至40-50℃出料，静止陈化12-24h；
将陈化好的物料混炼后，用平板硫化机压片。
10.一种如权利要求1-8任一所述的免喷涂金属效果的PVC复合材料的制品，其特征在于，制品由PVC复合材料挤出成型制得。
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