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CN110885527B - 一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料，包括以下重量份含量的各组分：共聚聚丙烯100份，离聚物100份，云母粉20‑50份，二氧化钛20‑50份，玻璃微珠20‑50份。其制备方法为：A、将玻璃微珠与二氧化钛放入高速搅拌处理；B、将聚丙烯树脂、离聚物，云母粉一同高速搅拌混合；C、将步骤A和步骤B获得的混合材料加入双螺杆挤出机中，其中步骤A获得的混合材料采用侧喂加入，挤出造粒，温度为210℃‑220℃，转速为500‑600r/min，即得所述复合材料。该复合材料遮光效果好，反射率高并且具有很好的耐刮擦性能。

Description

一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯材料由于拥有耐腐蚀，易加工，成本低，可回收，机械性能优良等优点在汽车家电等领域得到了广泛的应用。
随着LED光电技术的应用越来越广，在设计光电制品时，往往需要降低或阻止光线的透过，使用质轻、易成型的塑料是最好的选择，我国既是照明电器产品的制造大国又是照明电器的消费大国，有着完善的照明电器产品制造链，产品远销多个国家和地区，现照明行业所用的主流材料是聚碳酸酯材料，该材料具有极佳的力学性能、光学性能、阻燃性能，耐刮擦性和尺寸稳定性，但成本较高，容易开裂，耐化学腐蚀性差，因此市场上有照明企业开始尝试采用聚丙烯替代聚碳酸酯，迫切希望更多地将聚丙烯应用到光电技术领域中。
中国专利201610682477.1，公开了一种高遮光度聚丙烯复合材料，由以下组分制成：聚丙烯、聚烯烃类弹性体、钛白粉、云母粉、抗氧剂、成核剂和润滑剂，其中钛白粉的目数为350-500目，云母粉的粒径为400-500目，且云母粉和钛白粉的质量比为0.5-2.0：1。但这种方案没有涉及到反射领域，而且由于采用了PP基料导致了耐刮擦性能不佳。
因此，研究一种遮光效果好且反射率高的耐刮擦聚丙烯复合材料具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中遮光聚丙烯材料对光线反射率低，耐刮擦性能差的问题，提供了一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的核心是利用surlyn树脂的高光泽和高硬度来提高聚丙烯材料的反射率和耐刮擦性能，利用共聚聚丙烯透光率低以及云母来提供遮光性能。利用surlyn树脂和聚丙烯材料之间熔点和流动性的差异，使得在注塑成型过程中surlyn树脂可以在复合材料中更快地流动到表面形成一层高硬度高反射的树脂层，而共聚聚丙烯树脂留在内部可以起到遮光的效果，遮住因为折射而进入材料内部的光线。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料，包括以下重量份含量的各组分：
Figure BDA0002317522280000021
优选地，所述耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料，包括以下重量份含量的各组分：共聚聚丙烯100份，surlyn树脂100份，云母粉30-35份，多空玻璃微珠20-30份，二氧化钛20-30份。
优选地，所述耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料，包括以下重量份含量的各组分：共聚聚丙烯100份，surlyn树脂100份，云母粉20-30份，多空玻璃微珠30-35份，二氧化钛30-35份。
优选地，所述耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料，包括以下重量份含量的各组分：共聚聚丙烯100份，surlyn树脂100份，云母粉35-50份，多空玻璃微珠35-45份，二氧化钛35-40份。
优选地，所述的共聚聚丙烯是EPR类的共聚聚丙烯，熔融指数为1-3g/10min(测试条件为2.16KG*230℃)由于共聚聚丙烯的遮光效果在聚丙烯最好，采用共聚聚丙烯来遮光；采用含有EPR类共聚的聚丙烯，而不是普通乙烯-丙烯共聚物的聚丙烯，是因为surlyn是一种乙烯-丙烯酸树脂，根据相似相容的原理，EPR类聚丙烯和surlyn树脂这两种树脂间的排斥力更大，相容性差一些，以便使两种树脂更好的分层，采用熔体指数1-3g/10min，是为了在注塑时，让聚丙烯树脂更多的留在制件的里层，形成遮光层，让融化更早、流动性更好的surlyn树脂流动到制件外层去，形成反射层。
优选地，所述的离聚物为surlyn树脂，熔融指数为4-10g/10min(测试条件为2.16KG*190℃)。所述Surlyn树脂起到高反射与耐刮擦的作用，由于离聚物surlyn树脂的熔点较低在85℃左右，会先于共聚聚丙烯融化，在加工时surlyn树脂会比早于聚丙烯形成粘流态，而且流动性更好，使得surlyn树脂可以更快的析出到制件的表面，形成一层具有耐刮擦和高反射效果的树脂层，熔体指数过低会导致分层不明显，过高会导致两种树脂流动性差异过大，两种树脂分层后的界面结合力太差，材料综合性能不足。
优选地，所述的二氧化钛粒径为5-10μm。所述二氧化钛用来遮光，采用了5-10μm粒径的二氧化钛，一方面较低的粒径可以保证钛白粉具有很好的遮光效果，另一方面，可以使得钛白粉可以进入到多空玻璃微珠的空隙当中去，形成玻璃微珠中包裹钛白粉的独立结构单元，这个独立单元在利用玻璃微珠反射的同时又利用钛白粉完成了遮光。
优选地，所述的玻璃微珠为多孔玻璃微珠，孔径为15-25μm。所述玻璃微珠用来起反射的作用，采用孔径为15-25μm的玻璃微珠，孔径一方面要比钛白粉要大，可以在预处理时让钛白粉进入空隙，但孔径也不能过大，会导致过多的钛白粉进入玻璃微珠的孔隙，使得钛白粉团聚，增大钛白粉的粒径，使得钛白粉固有的遮光性能下降。
优选地，所述的云母粉为金云母粉，粒径20-40μm。所述云母粉用来遮光，云母是片状结构，可以和粒状结构的二氧化钛形成更加致密且完整的遮光结构，填补颗粒状填料在树脂中堆积时所产生的孔隙。采用金云母是由于金云母中含有镁，铁，铝等金属元素，surlyn树脂在聚合时候的主链上引入了锌，镁，铝等金属离子，作为形成交联键的催化剂，在加工surlyn树脂时，交联键解离开，当经过双螺杆挤出机后surlyn树脂的交联键重新形成时。金云母中的金属元素会和交联键的金属元素有较大的吸引力，使得金云母粉可以更好地穿插在surlyn形成交联网络结构之中，形成更加合理的遮光与反射体系。
本发明还提供了一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将玻璃微珠与二氧化钛放入高速搅拌处理；
B、将聚丙烯树脂、离聚物，云母粉一同高速搅拌混合；
C、将步骤A和步骤B获得的混合材料加入双螺杆挤出机中，其中步骤A获得的混合材料采用侧喂加入，挤出造粒，温度为210℃-220℃，转速为500-600r/min，即得所述复合材料。
优选地，步骤A中，所述高速搅拌的转速为65转/分钟～75转/分钟,处理时间为1小时；步骤B中，所述高速搅拌的转速为45转/分钟-50转/分钟，混合时间为2-5min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明采用了高熔指的surlyn树脂和低熔指的共聚聚丙烯树脂，利用流动性，熔点和相容性的差异，使得surlyn树脂层完成对光线的第一次反射，聚丙烯树脂进行遮光，使得复合材料表面耐刮擦，高反射，而材料内部遮光效果好，从而实现了复合材料同时拥有遮光，高反射和耐刮擦的性能。
(2)本发明采用了适当粒径的二氧化钛和多空玻璃微珠，适当玻璃微珠包裹住二氧化钛，形成一个个独立的同时满足遮光和高反射的结构单元，大大提高了遮光和反射效果。
(3)本发明中选用了金云母作为遮光材料，能够在加工的过程中可以和surlyn树脂形成更好的互穿网络，加强了填料和树脂之间的结合力，提高了遮光和反射效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例1-10中采用的共聚聚丙烯为EPR橡胶嵌段共聚的共聚聚丙烯，为巴塞尔公司生产的EPR60，2.16KG*230℃下的熔融指数为3g/10min；采用的离聚物为surlyn树脂，为美国杜邦公司生产的8945，2.16KG*190℃下的熔融指数为4.5g/10min；采用的云母粉为金云母粉，粒径20-40μm；采用的二氧化钛粒径为5-10μm；采用的多孔玻璃微珠的孔径为15-25μm。
实施例1
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分如下：
Figure BDA0002317522280000041
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)先将玻璃微珠和二氧化钛放入高速搅拌机处理1小时，转速为65转/分钟～75转/分钟；
(2)将聚丙烯树脂、离聚物，云母粉一同放入高速搅拌机混合2-5min，转速为45转/分钟-50转/分钟；
(3)将步骤(1)中处理的材料由双螺杆挤出机第六段段筒体侧面加入双螺杆挤出机，通过使用失重计量称采用侧喂加入；将步骤(2)中处理的材料由料筒加入双螺杆挤出机，挤出造粒，温度为210℃-220℃，转速为500-600r/min。
实施例2
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分如下：
Figure BDA0002317522280000051
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例1。
实施例3
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分如下：
Figure BDA0002317522280000052
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例1。
实施例4
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分如下：
Figure BDA0002317522280000053
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例1。
实施例5
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分如下：
Figure BDA0002317522280000054
Figure BDA0002317522280000061
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例1。
实施例6
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分如下：
Figure BDA0002317522280000062
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例1。
实施例7
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分如下：
Figure BDA0002317522280000063
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例1。
实施例8
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例4相同，如下：
Figure BDA0002317522280000064
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将聚丙烯树脂、离聚物，云母粉，二氧化钛一同放入高速搅拌机混合2-5min，转速为45转/分钟-50转/分钟；
(2)将多孔玻璃微珠由双螺杆挤出机第六段段筒体侧面加入双螺杆挤出机，通过使用失重计量称采用侧喂加入；将步骤(1)中处理的材料由料筒加入双螺杆挤出机，挤出造粒，温度为210℃-220℃，转速为500-600r/min。
实施例9
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例5基本相同，区别仅在于本对比采用的云母粉和二氧化钛重量份不同，如下：
Figure BDA0002317522280000071
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例5。
实施例10
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例5基本相同，区别仅在于本对比采用的云母粉和二氧化钛重量份不同，如下：
Figure BDA0002317522280000072
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例5。
实施例11
本实施例与实施例1的组分配比及制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用的Surlyn树脂为美国杜邦公司生产的8920，2.16KG*190℃下的熔融指数为0.9g/10min。
实施例12
本实施例与实施例1的组分配比及制备方法基本相同，不同之处仅在于：本实施例采用的共聚聚丙烯为博禄公司生产的聚丙烯BE961MO，2.16KG*230℃下的熔融指数为12g/10min。
上述实施例1-12所得的聚丙烯复合材料和聚丙烯的物理性能参数经检测，结果见表1
表1
Figure BDA0002317522280000081
对比例1
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，与实施例1所用的材料组分相同，而各组分的重量份数如下：
Figure BDA0002317522280000082
Figure BDA0002317522280000091
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例1。
对比例2
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，与实施例2其所用的材料组分相同，而各组分的重量份数如下：
Figure BDA0002317522280000092
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例2。
对比例3
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例3基本相同，区别仅在于本对比例采用的云母粉是绢云母粉，如下：
Figure BDA0002317522280000093
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，同实施例3。
对比例4
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例5基本相同，区别仅在于本对比采用的是中空玻璃微珠，如下：
Figure BDA0002317522280000094
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例5。
对比例5
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例5基本相同，区别仅在于本对比采用的共聚聚丙烯和Surlyn树脂重量份不同，如下：
Figure BDA0002317522280000101
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例5。
对比例6
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例5基本相同，区别仅在于本对比采用的共聚聚丙烯和Surlyn树脂重量份不同，如下：
Figure BDA0002317522280000102
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例5。
对比例7
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例4基本相同，区别仅在于本对比采用的云母粉和二氧化钛重量份不同，如下：
Figure BDA0002317522280000103
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例4。
对比例8
一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其所用的材料组分及重量份与实施例4基本相同，区别仅在于本对比采用的云母粉和二氧化钛重量份不同，如下：
Figure BDA0002317522280000111
上述的聚丙烯复合材料的制备方法，基本同实施例4。
上述对比例1-8所得的聚丙烯复合材料和聚丙烯的物理性能参数经检测，结果见表2。
表2
Figure BDA0002317522280000112
对比例1与实施例1对比，对比例2与实施例2对比可以发现，对比例1与对比例2中由于不含有surlyn树脂，这使得复合材料表面没有一层高光泽度，高硬度的树脂层，使得耐刮擦性和反射率有所下降。对比例3与实施例3相对比可以发现，对比例3中云母粉中没有金云母而采用了绢云母，使得复合材料中缺少了网络结构，透光率高，使得遮光效果差。对比例4与实施例5相比没有添加多孔玻璃微珠，而是采用了中空玻璃微珠，可以看出由于多孔玻璃微珠具有更好的载体效果，可以和二氧化钛更好地结合，而且在树脂中的分散能力也更强，所以实施例5在力学性能和遮光性能以及反射率等方面都要更好。实施例8与实施例4相对比，可知实施例8中没有将玻璃微珠和二氧化钛同时处理，使得二氧化钛和玻璃微珠没有形成独立的遮光反射单元体系，从而没有形成遮光和反射的联动效果，使得遮光和反射性能都有所下降。对比例5、对比例6与实施例5相比区别在于surlyn树脂和聚丙烯树脂的比例不同，使得对比例5的反射率低，对比例6透光率高，遮光性差。对比例7、对比例8分别使用了超出本发明记载的组分范围，在放射率方面相比于实施例都有所降低。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份含量的各组分：
Figure FDA0003586785750000011
所述的共聚聚丙烯是EPR类型的共聚聚丙烯，熔融指数为1-3g/10min；
所述的离聚物为surlyn树脂，熔融指数为4-5g/10min；
所述的玻璃微珠为多孔玻璃微珠，孔径为15-25μm；
所述的云母粉为金云母粉，粒径20-40μm。
2.根据权利要求1所述的耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的二氧化钛粒径为5-10μm。
3.一种根据权利要求1所述的耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将玻璃微珠与二氧化钛放入高速搅拌处理；
B、将聚丙烯树脂、离聚物，云母粉一同高速搅拌混合；
C、将步骤A和步骤B获得的混合材料加入双螺杆挤出机中，其中步骤A获得的混合材料采用侧喂加入，挤出造粒，温度为210℃-220℃，转速为500-600r/min，即得所述复合材料。
4.根据权利要求3所述的耐刮擦遮光高反射聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述高速搅拌的转速为65转/分钟～75转/分钟,处理时间为1小时；步骤B中，所述高速搅拌的转速为45转/分钟-50转/分钟，混合时间为2-5min。
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