具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料

摘要

本发明提供一种具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料，包括以下重量份配比的组分：聚丙烯树脂84～96.2份；相容剂1～5份；经预处理的金属颜料0.5～2份；溴系阻燃剂0.5～2份；有机磷系阻燃剂0.5～2份；自由基引发剂0.1～0.5份；助剂1.2～4.5份；经预处理后，金属颜料表面具有纳米级凹坑，纳米级凹坑表面具有胺类处理剂。本发明优点是，金属颜料纳米级凹坑表面具有胺类处理剂，借助相容剂的环氧基团、马来酸酐、丙烯酸等反应基团与胺化学反应，带动树脂更好地进入凹坑内部。有效改善金属颜料与基体树脂的结合性，可使流痕宽度可缩短至原先的三分之一，材料阻燃级别可达到UL 94V‑2级别，灼热丝可燃性指数GWFI≥750℃。

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料。

背景技术

低碳环保已经成为世界的一股主流趋势，各国的相关环保法令层出不穷，在这种大的环境背景下，各种低碳环保的新技术得到了越来越多消费者的青睐。其中，一次成型的免喷涂美学树脂因其无后加工，既给产品带来了漂亮的外观，又大大减少了生产环节造成的环境污染，受到了越来越多人的关注。

但是，与传统喷漆和电镀相比，免喷涂美学树脂具有其难以克服的缺点，即在结构复杂的制件上，容易产生熔接痕和流痕，同时效果细腻程度越高，缺陷也越严重。正因为上述原因，免喷涂美学树脂很难使用在高档的家电、电子消费品和汽车配件上。

熔接痕和流痕产生的原因是不同的。熔接痕的产生主要是由于在注塑过程中若干股料流在模具中分流汇合，熔料在界面处未完全熔合，彼此不能熔接为一体，造成熔合印迹；熔接痕的解决一方面可以从优化模具结构设计入手尽量增大料流汇合时的熔接角度，另一方面可从提高高分子材料链段的运动能力入手改善熔料在界面处的熔合程度，从而达到弱化熔接痕的目的。流痕的产生主要是由于金属铝粉颜料与塑料基材结合性不佳，其随塑料熔体流动时或者在两股熔体交汇处容易发生卷曲和翻转，熔结处铝粉稀少导致制件表面局部反射能力下降，从而在制件表面产生明显的流痕；流痕的解决主要从提高金属铝粉与塑料基材的亲和性方面入手，但一般的技术手段很难有效地提高铝粉与基材的亲和性。

与此同时，聚丙烯非常容易燃烧，在空气中着火后不能自熄，容易产生火灾隐患。因此，为满足电子电气产品对聚合物材料阻燃性能的要求，就要对聚丙烯材料进行有效的阻燃改性。另外，在电子电气、家电等领域，所使用的塑料材料不仅需要具有一定的阻燃性能，而且还需要具有表面析出低、光泽度高、外观美观、耐热性能好等特点，但传统的阻燃体系往往易给材料上述性能带来不良影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料，其能够有效改善金属颜料与基体树脂的结合性，可使流痕宽度缩短至原先的三分之一，材料阻燃级别可达到UL 94 V-2级别，灼热丝可燃性指数GWFI≥750℃。

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料，所述聚丙烯材料的原料包括以下重量份配比的组分：

其中，经过预处理后，所述金属颜料表面具有纳米级凹坑，在所述纳米级凹坑表面具有胺类处理剂。

进一步，所述聚丙烯树脂为等规均聚聚丙烯，其熔体流动速率为5-25g/10min，等规指数为98.0-99.0％。

进一步，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸脱水甘油酯接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯中的一种或几种的复配物，接枝率为0.6～1.5。

进一步，所述金属颜料预处理的方法为：金属颜料脱脂处理：将金属颜料浸渍在碱性水溶液中进行脱脂处理；酸处理：将经过脱脂处理的金属颜料浸渍在酸性水溶液中进行酸处理，酸性水溶液在金属颜料表面侵蚀出纳米级凹坑；预处理液处理：酸处理后的金属颜料浸渍在预处理液中处理，以使所述金属颜料表面具有胺类处理剂，所述的预处理液为氨、肼、肼衍生物及水溶性胺系化合物中的一种或几种的水溶液；干燥经过预处理液处理的金属颜料，制成金属颜料成品。

进一步，所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、八溴醚、八溴双酚S醚中的一种或几种的复配物。

进一步，所述有机磷系阻燃剂为双酚A二(二苯基)磷酸酯、间苯二酚双磷酸酯、三苯基磷酸酯中的一种或几种的复配物。

进一步，所述自由基引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、过硫酸铵、过硫酸钾、二叔丁基过氧化物的一种或几种的复配物。

进一步，所述助剂包括成核剂。

进一步，所述成核剂为苯甲酸钠、二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇、甲撑双(2,4-二叔丁基苯氧基)磷酸铵盐中的一种或几种的混合物。

进一步，所述助剂包括成核剂、增塑剂、润滑剂、抗氧剂，其在聚丙烯材料的原料中的重量份配比为：

所述的聚丙烯材料是由下列方法制备得到的：将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料，然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为500转/分钟，得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

本发明的一个优点在于，经过预处理的金属颜料，其表面会产生纳米级凹坑，而该纳米级凹坑尺寸非常小，树脂难以顺利的充分进入凹坑内部，造成树脂与金属颜料结合效果不理想，因此，在所述金属颜料表面还会形成胺类处理剂，借助相容剂的环氧基团、马来酸酐、丙烯酸等反应基团与胺的化学反应，带动树脂更好地进入凹坑内部。本发明具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料外观美观、综合性能优异，有效改善了金属颜料与基体树脂的结合性，可使流痕宽度可缩短至原先的三分之一，肉眼难见明显的流痕，材料阻燃级别可达到UL 94V-2级别，灼热丝可燃性指数GWFI≥750℃。

本发明的另一优点在于，有效地改善了材料链段的运动能力，熔接痕深度缩小至2μm以下，肉眼难见明显熔接痕。

本发明的再一优点在于，材料可达到高光泽级别(光泽度＞90)，耐热球压<2mm(125℃，1h)，能够满足电子电气、家电、汽车等领域的使用要求。

具体实施方式

下面对本发明提供的具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料的具体实施方式做详细说明。

本发明一种具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料其原料包括以下重量份配比的组分：

其中，经过预处理后，所述金属颜料表面具有纳米级凹坑，在所述纳米级凹坑表面具有胺类处理剂。在制备具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料时，所述金属颜料与聚丙烯树脂共混过程中树脂进入纳米级凹坑，借助相容剂的环氧基团、马来酸酐、丙烯酸等反应基团与胺的化学反应，相容剂一端连接树脂另一端的反应基团与胺反应，带动树脂更好地进入凹坑内部。结合相容剂与凹坑表面胺类处理剂的化学反应，帮助树脂与处理剂进行位置交换更好地进入纳米级凹坑内部，可使树脂与金属颜料间产生极大的物理与化学结合力，与传统方法相比流痕宽度可缩短至原先的三分之一。

在本具体实施方式中，所述金属颜料为铝粉金属颜料，预处理前所述铝粉颜料的形状为片状、棒状或球状，粒径为10μm～200μm，在其他具体实施方式中，所述金属颜料还可以为金属铜粉。

所述金属颜料的预处理方法包括如下步骤：

(1)金属颜料脱脂处理：将金属颜料浸渍在碱性水溶液进行脱脂处理，可选地，所述碱性水容易的pH值为9～11，所述碱性水溶液可以为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水。

(2)水洗处理：将脱脂后的金属颜料浸渍在纯水进行清洗，该步骤为可选步骤。

(3)酸处理：将水洗并干燥后的金属颜料浸渍在酸性水溶液中进行酸处理，在金属颜料表面侵蚀出20～40nm的纳米级凹坑。可选地，所述酸性水溶液的pH值为0～2所述酸性水溶液可为盐酸、硫酸、硝酸。

(4)预处理液处理：酸处理后的金属颜料浸渍在预处理液中处理，所述的预处理液为氨、肼、肼衍生物及水溶性胺系化合物中的一种或几种的水溶液。(5)干燥经过预处理液处理的金属颜料，制成金属颜料成品。

其中，所述聚丙烯树脂为等规均聚聚丙烯，其熔体流动速率为5-25g/10min，等规指数为98.0-99.0％。所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸脱水甘油酯接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯中的一种或几种的复配物，接枝率为0.6～1.5。

其中，所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、八溴醚、八溴双酚S醚中的一种或几种的复配物。所述有机磷系阻燃剂为双酚A二(二苯基)磷酸酯、间苯二酚双磷酸酯、三苯基磷酸酯中的一种或几种的复配物。所述自由基引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、过硫酸铵、过硫酸钾、二叔丁基过氧化物的一种或几种的复配物。本发明采用的溴系、有机磷系阻燃剂与引发剂复配的阻燃体系，与传统溴锑阻燃体系相比各组分对材料光泽度影响小且添加量低，阻燃级别可达到UL 94V-2级别、GWFI≥750℃。

进一步，所述助剂包括成核剂。所述成核剂为苯甲酸钠、二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇、甲撑双(2,4-二叔丁基苯氧基)磷酸铵盐中的一种或几种的混合物。本发明结合结晶改性技术改善了阻燃聚丙烯材料链段排列的规整度，从而保证了材料表面光洁度、光泽度以及耐热性能

进一步，所述助剂包括成核剂、增塑剂、润滑剂、抗氧剂，所述成核剂、增塑剂、润滑剂、抗氧剂在聚丙烯材料的原料中的重量份配比为

其中，所述增塑剂为聚乙二醇-400-二乙基己醇、聚乙二醇-4-二月桂酸酯、新戊基乙二醇联苯酯、二缩三乙二醇辛酸癸酯、己二酸二(丁氧基乙氧基乙)酯、聚酯己二酸酯中的一种或几种的复配物。所述增塑剂的主要作用在于有效提高了聚丙烯的链段运动能力，可将材料熔接痕深度缩小至2μm以下，肉眼难见明显的流痕与熔接痕。同时，所述增塑剂的另一个作用还在于，作为成核促进剂，促进结晶。

所述润滑剂为低分子量聚乙烯、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺、N，N-乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或几种的复配物。所述抗氧剂选自抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂245中的一种或几种的复配物。

本发明具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料的制备方法包括如下步骤：

(1)按照以下重量份组分备料：聚丙烯树脂84～96.2份；相容剂1-5份；经过预处理的金属颜料0.5-2份；溴系阻燃剂0.5-2份；有机磷系阻燃剂0.5～2份；自由基引发剂0.1-0.5份，成核剂0.5～1.5份；增塑剂0.5～2份；润滑剂0.1～0.5份；抗氧剂0.1～0.5份；

(2)将步骤(1)所述的各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料；

(3)将步骤(2)所得到的预混料加入双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机各段螺杆温度为180～210℃，螺杆转速在300～500转/分钟，熔融挤出造粒。

与现有技术相比，本发明制备的的具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料外观美观、综合性能优异，流痕宽度可缩短至原先的三分之一，熔接痕深度缩小至2μm以下，肉眼难见明显的流痕与熔接痕；材料阻燃级别可达到UL 94V-2级别、GWFI≥750℃，同时材料可达到高光泽级别(光泽度＞90)，耐热球压<2mm(125℃，1h)，能够满足电子电气、家电、汽车等领域的使用要求。为了进一步描述本发明的技术特征，下面列举本发明具有美学效果的高光泽PP材料的制备方法的几个实施例。

以下实施例和对比例中，所用的聚丙烯树脂为等规均聚聚丙烯，其熔体流动速率为5-25g/10min，等规指数为98.0-99.0％。

实施例1

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂86.6份，来酸酐接枝聚丙烯5份，经过预处理的铝粉颜料2份，十溴二苯乙烷1份，双酚A二(二苯基)磷酸酯1份，过氧化苯甲酰0.3份，苯甲酸钠1.5份，聚乙二醇-400-二乙基己醇2份，低分子量聚乙烯0.3份，抗氧剂168为0.3份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为500转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

实施例2

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂88.7份，甲基丙烯酸脱水甘油酯接枝聚丙烯3份，经过预处理的铝粉颜料1.5份，八溴醚1.5份，间苯二酚双磷酸酯1.5份，偶氮二异丁腈0.4份，二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇1份，聚乙二醇-4-二月桂酸酯1份，硬脂酸酰胺0.5份，抗氧剂1010为0.5份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为500转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

实施例3

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂93.2份，丙烯酸酯接枝聚丙烯1份，经过预处理的铜粉颜料0.5份，八溴双酚S醚1份，三苯基磷酸酯1份，过硫酸铵0.3份，甲撑双(2,4-二叔丁基苯氧基)磷酸铵盐1份，新戊基乙二醇联苯酯1份，N，N-乙撑双硬脂酸酰胺0.5份，抗氧剂245为0.5份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为500转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

实施例4

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂84份，马来酸酐接枝聚丙烯2份，经过预处理的铝粉颜料1份，八溴双酚S醚2份，间苯二酚双磷酸酯2份，二叔丁基过氧化物0.5份，苯甲酸钠、二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇1.5份，己二酸二(丁氧基乙氧基乙)酯2份，季戊四醇硬脂酸酯0.5份，抗氧剂1076为0.5份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为400转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

实施例5

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂95.2份，马来酸酐接枝聚丙烯1份，经过预处理的铝粉颜料0.5份，八溴双酚S醚0.5份，间苯二酚双磷酸酯0.5份，二叔丁基过氧化物0.1份，苯甲酸钠、二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇1份，己二酸二(丁氧基乙氧基乙)酯1份，季戊四醇硬脂酸酯0.1份，抗氧剂1076为0.1份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为400转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

实施例6

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂88.7份，甲基丙烯酸脱水甘油酯接枝聚丙烯1份，经过预处理的铝粉颜料1.5份，八溴醚0.5份，间苯二酚双磷酸酯0.5份，偶氮二异丁腈0.1份，二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇0.5份，聚乙二醇-4-二月桂酸酯0.5份，硬脂酸酰胺0.1份，抗氧剂1010为0.1份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为300转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

对比例1

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂81.4份，甲基丙烯酸脱水甘油酯接枝聚丙烯5份，经过预处理的铝粉颜料2份，十溴二苯乙烷8份，三氧化二锑3份，硬脂酸酰胺0.3份，抗氧剂1010为0.3份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为500转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

对比例2

按照以下重量份数组分备料：聚丙烯树脂93.6份，普通铝粉颜料2份，八溴双酚S醚1份，间苯二酚双磷酸酯1份，偶氮二异丁腈0.1份，二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇0.3份，二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇1.5份，，硬脂酸酰胺0.3份，抗氧剂1010为0.3份。

将上述各原料放入高混机内混合均匀，得到预混料。然后将预混料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，双螺杆挤出机各段螺杆温度控制在190～210℃之间，螺杆转速为500转/分钟。得到的粒子在100℃干燥2小时，即得成品材料。

将实施例1～实施例6制备得到的阻燃PP材料与对比例1～对比例2制得的材料按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，进行性能测试；同时将实施例1～实施例6与对比例1～对比例2制得的材料，注塑成色板，用显微镜观察流痕宽度与熔接痕深度(注：流痕宽度与熔接痕深度越大，肉眼可见的流痕与熔接痕越严重，材料外观越差)，材料各性能测试标准如表1所示，测试结果如表2所示。

表1各性能测试标准

表2各性能测试结果

通过对比可以看到本发明一种具有美学效果的高光泽阻燃聚丙烯材料的有益效果：

对比实施例1与比较例1，可以看出本发明采用的溴系、有机磷系阻燃剂与引发剂复配的阻燃体系，与传统溴锑阻燃体系相比各组分对材料光泽度影响小且添加量低，阻燃级别可达到UL 94V-2级别、GWFI≥750℃，同时结合结晶改性技术改善了阻燃聚丙烯材料链段排列的规整度，从而保证了材料表面光洁度、光泽度以及耐热性能，材料可满足高光泽级别(光泽度＞90)，耐热球压<2mm(125℃，1h)等要求；同时，对比实施例1与比较例2，可以看出本发明采用经特殊处理的金属颜料，结合相容剂可使树脂与金属颜料间产生极大 的物理与化学结合力，与传统方法相比流痕宽度可缩短至原先的三分之一，同时增塑剂的使用有效提高了聚丙烯的链段运动能力，可将材料熔接痕深度缩小至原先的一半，流痕与熔接痕等外观缺陷明显改善。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。