CN112898669A - 可透红外光黑色塑料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可透红外光黑色塑料及其制备方法和应用，属于高分子材料工程领域。该可透红外光黑色塑料含有或由下述质量百分比的组分组成：载体树脂80‑90％、黑色料粉5‑10％、分散剂3‑5％和润滑剂2‑5％，其中，所述载体树脂由马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂混合而成。该可透红外光黑色塑料具有良好的机械性能和红外光透过率，即在800nm下的红外透过率达到90.8％，在2500nm下的红外光透过率达到91.4％，为其后续市场应用奠定了良好基础。

Description

可透红外光黑色塑料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料工程领域，尤其涉及一种可透红外光黑色塑料及其制备方法和应用。
背景技术
随着对红外线更多的探究，目前，红外线已经应用到我们每个人的身边，如家庭用红外线烤箱、浴室用红外线灯暖、工业上用红外线烘干汽车表面的喷漆、以及医疗上用红外线来理疗。
由于红外线广泛的用途，使得制备红外透射材料显得尤为重要，其中，红外透射塑料的需求更为广泛一些。红外透射塑料外观颜色呈现黑色，可有效的截止可见光并透射红外光，光学性能稳定，适用性好。红外透射塑料虽然外观呈现黑色，但实际与常见的黑色塑料截然不同。
专利申请CN101100520A公开了一种可透红外光的黑色塑料制品的制作方法，是将透明有色色料与透明无色树脂两部份共同混合，经过机械方法加工制成各种表面光滑的黑色成品。所述的黑色来源于可相容的透明三原色料青色、洋红与黄色的色粉依相等或不相等的比例共同混合后呈现黑色。但该方法中将有色色料与树脂直接混合的方式很容易造成色料分散不均匀，在塑料中形成团聚而影响红外透过率的情况。专利申请CN109553910A公开了一种红外透射黑色塑料及其制备方法和用途，该方法虽克服了在制备黑色或彩色塑料时，树脂要经过两次熔融的过程，避免了高温对树脂的机械性的损伤，但由于配方中所使用的黑色树脂母粒需要单独挤出制备，然后再混同无色透明树脂进行制品，使得整体工艺较为繁琐。因此，如何通过简单、便捷的工艺就可得到械性能好、红外光透过率高的可透红外光黑色塑料是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种可透红外光黑色塑料及其制备方法和应用，所得可透红外光黑色塑料具有良好的机械性能以及红外光透过率，其在800nm下的红外透过率可达90.8％，在2500nm下的红外光透过率可达91.4％，为其后续市场应用奠定了良好基础。
为了达到上述目的，本发明提供了一种可透红外光黑色塑料，含有或由下述质量百分比的组分组成：载体树脂80-90％、黑色料粉5-10％、分散剂3-5％和润滑剂2-5％，其中，所述载体树脂由马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂混合而成。
上述技术方案中，选用了由马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂复配而成的载体树脂作为可透红外光黑色塑料的基体树脂。经试验发现，利用马来酸酐接枝EVA与高VA含量的EVA树脂复配，再进一步配以马来酸酐接枝LDPE，三者发挥协同作用，可有效提高基体的力学性能和耐热稳定性。将黑色料粉分散于其中时，色母用碳黑分散均一度良好，进而可使制备得到的黑色塑料具有良好的红外光透过率。
可以理解的是，本领域技术人员可根据实际生产情况在上述比例范围内调整各组分的用量，例如载体树脂的加入量还可以为71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％或上述范围内的任意点值，黑色料粉的加入量还可以为5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或上述范围内的任意点值，分散剂的加入量还可以为3.5％、4％、4.5％或上述范围内的任意点值，润滑剂的加入量还可以为2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或上述范围内的任意点值。
作为优选，所加入的马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为(0.8-1.2):(0.8-1.2):(1-1.8)，优选为(0.8-1):(0.8-1):(1-1.2)。可以理解的是，上述三组分复配产生的协同作用对于产品的整体性能都有着比较大的影响，如若添加量过多或过少，均不可。因此，本领域技术人员如若调整，需在上述比例下进行调整，例如还可以为0.8:0.8:1、0.8:0.8:1.2、0.8:0.8:1.5、0.8:0.8:1.8、0.8:1:1、0.8:1:1.2、0.8:1:1.5、0.8:1:1.8、0.8:1.2:1、0.8:1.2:1.2、0.8:1.2:1.5、0.8:1.2:1.8、1:0.8:1、1:0.8:1.2、1:0.8:1.5、1:0.8:1.8、1:1:1、1:1:1.2、1:1:1.5、1:1:1.8、1:1.2:1、1:1.2:1.2、1:1.2:1.5、1:1.2:1.8、1.2:0.8:1、1.2:0.8:1.2、1.2:0.8:1.5、1.2:0.8:1.8、1.2:1:1、1.2:1:1.2、1.2:1:1.5、1.2:1:1.8、1.2:1.2:1、1.2:1.2:1.2、1.2:1.2:1.5、1.2:1.2:1.8或上述范围内的任意比值。
作为优选，所述马来酸酐接枝EVA中马来酸酐的接枝率为0.5％-0.8％，所述马来酸酐接枝LDPE中马来酸酐的含量为10-30％，所述乙烯醋酸乙烯共聚树脂中醋酸乙烯的含量为40-60％。可以理解的是，将马来酸酐接枝EVA中马来酸酐的接枝率、马来酸酐接枝LDPE中马来酸酐的含量以及乙烯醋酸乙烯共聚树脂中醋酸乙烯的含量控制在上述范围内，既能确保各组分的性能是相对最优的，同时三者在协同时所能够发挥的作用也是最优的。其中，马来酸酐接枝EVA中马来酸酐的接枝率还可为0.6、0.7％或上述范围内的任意点值，马来酸酐接枝LDPE中马来酸酐的含量还科为12％、15％、16％、18％、20％、22％、25％、27％、29％或上述范围内的任意点值，乙烯醋酸乙烯共聚树脂中醋酸乙烯的含量还可为42％、45％、48％、50％、53％、55％、57％或上述范围内的任意点值。
作为优选，所述黑色料粉由黄色异吲哚啉酮类颜料、红色喹吖啶酮类颜料和青色酞青类染料组成，其质量比为(1-1.5):(1-1.5):(2-3)。可以理解的是，所使用的黑色料粉由黄色异吲哚啉酮类颜料、红色喹吖啶酮类颜料和青色酞青类染料配比而成，其质量比还可以为1:1:2、1:1:2.5、1:1:3、1:1.5:2、1:1.5:2.5、1:1.5:3、1.5:1:2、1.5:1:2.5、1.5:1:3、1.5:1.5:2、1.5:1.5:2.5、1.5:1.5:3或上述范围内的任意比值。
作为优选，所述分散剂选自硬脂酸锌、硬脂酸、液体石蜡、聚乙烯石蜡和微晶石蜡中的至少一种；所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酸酰铵、硬脂酸丁酯、乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种。
作为优选，所述可透红外光黑色塑料在800nm下的红外透过率达到90.8％，在2500nm下的红外光透过率达到91.4％。
本发明提供了一种根据上述任一项技术方案所述的可透红外光黑色塑料的制备方法，包括如下步骤：
按配方要求，于室温下将马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂依次加入反应釜中，中速搅拌混合均匀，得到载体树脂；
在中速搅拌状态下，向所得载体树脂中加入黑色料粉、分散剂和润滑剂，程序性提高搅拌速度以及反应温度保持30-40min，然后程序性降低搅拌速度以及反应温度保持15-20min，混合均匀，得到基料；
采用机械加工方法对所得基料进行处理，得到可透红外光黑色塑料。
上述技术方案中，先制备得到载体树脂，然后向载体树脂中先后加入黑色料粉、分散剂和润滑剂制备得到基料，最终再通过机械加工方法制得制品。该方法中原料组分只需先后混匀，无需单独制备，使得工艺得以简化。上述技术方案中，该方法的关键点在于加入原料组分后程序性的升降温度以及升降搅拌速度，相比于先后采用相同的搅拌速度以及反应温度而言，黑色料粉的分散性提升了40％。
作为优选，程序性提高搅拌速度以及反应温度具体为：
将反应速度由中速150-300r/min以7-10r/min的搅拌速率提高至500-650r/min，将反应温度由室温20-25℃以5-10℃/min的温度升高速率提高至40-45℃。
作为优选，程序性降低搅拌速度以及反应温度具体为：
将反应速度由高速500-650r/min以7-10r/min的搅拌速率降低至50-100r/min，将反应温度由40-45℃以5-10℃/min的温度降低至室温20-25℃。
本发明提供了一种根据上述任一项技术方案所述的可透红外光黑色塑料在红外线信号接收/红外线感应/红外线显示领域中的应用。
作为优选，所述可透红外光黑色塑料的形状可以为板材、管材、颗粒、薄膜等任一形式。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供的可透红外光黑色塑料以马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的复配物作为载体树脂，基于三者发挥的协同作用，为产品良好的力学性能和耐热稳定性奠定基础。结合特定的制备方法，可使黑色料粉在载体树脂中分散均一度良好，从而使制备得到的黑色塑料具有良好的红外光透过率，即在800nm下的红外透过率达到90.8％，在2500nm下的红外光透过率达到91.4％，为其后续市场应用奠定了良好基础。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂90％、黑色料粉5％、分散剂3％和润滑剂2％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为0.8:0.8:1.2。
制备方法：
按配方要求，于室温下将马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂依次加入反应釜中，中速150r/min搅拌混合均匀，得到载体树脂；
在中速搅拌状态下，向所得载体树脂中加入黑色料粉、分散剂和润滑剂，由中速150-300r/min以7-10r/min的搅拌速率程序性提高至500-650r/min、由室温以5-10℃/min的温度升高速率程序性提高至40-45℃，保持30-40min，然后由高速500-650r/min以7-10r/min的搅拌速率程序性降低至50-100r/min，将反应温度由40-45℃以5-10℃/min的温度程序性降低至室温20-25℃，保持15-20min，混合均匀，得到基料；
采用机械加工方法对所得基料进行处理，得到可透红外光黑色塑料。
实施例2
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂87％、黑色料粉6％、分散剂4％和润滑剂3％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为0.8:0.8:1。
制备方法同实施例1。
实施例3
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂85％、黑色料粉7％、分散剂5％和润滑剂3％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1:0.8。
制备方法同实施例1。
实施例4
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂82％、黑色料粉8％、分散剂5％和润滑剂5％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1:1.2。
制备方法同实施例1。
实施例5
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂80％、黑色料粉10％、分散剂5％和润滑剂5％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1:1。
制备方法同实施例1。
对比例1
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂90％、黑色料粉5％、分散剂3％和润滑剂2％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1。
制备方法同实施例1。
对比例2
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂90％、黑色料粉5％、分散剂3％和润滑剂2％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1。
制备方法同实施例1。
对比例3
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂90％、黑色料粉5％、分散剂3％和润滑剂2％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA和马来酸酐接枝LDPE的质量比为1:1。
制备方法同实施例1。
对比例4
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂92％、黑色料粉3％、分散剂3％和润滑剂2％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1。
制备方法同实施例1。
对比例5
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂78％、黑色料粉12％、分散剂5％和润滑剂5％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1。
制备方法同实施例1。
对比例6
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂87％、黑色料粉6％、分散剂4％和润滑剂3％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为0.7:0.8:1。
制备方法同实施例1。
对比例7
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂87％、黑色料粉6％、分散剂4％和润滑剂3％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为0.8:0.7:1。
制备方法同实施例1。
对比例8
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂87％、黑色料粉6％、分散剂4％和润滑剂3％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为0.8:0.8:0.9。
制备方法同实施例1。
对比例9
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂82％、黑色料粉8％、分散剂5％和润滑剂5％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1.1:1:1.2。
制备方法同实施例1。
对比例10
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂82％、黑色料粉8％、分散剂5％和润滑剂5％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1.1:1.2。
制备方法同实施例1。
对比例11
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂82％、黑色料粉8％、分散剂5％和润滑剂5％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为1:1:1.3。
制备方法同实施例1。
对比例12
可透红外光黑色塑料，含有下述质量百分比的组分：载体树脂90％、黑色料粉5％、分散剂3％和润滑剂2％，其中，所述载体树脂中马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为0.8:0.8:1.2。
制备方法：
按配方要求，于室温下将马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂依次加入反应釜中，中速150r/min搅拌混合均匀，得到载体树脂；
在中速搅拌状态下，向所得载体树脂中加入黑色料粉、分散剂和润滑剂，充分混合均匀，得到基料；
采用机械加工方法对所得基料进行处理，得到可透红外光黑色塑料。
性能测试
将实施例1-5和对比例1-12制备得到的可透红外光黑色塑料分别根据检测标准制成不同大小的样条，冷却放置24h后进行测试，测试结果如下表所示。测试标准为美国ASTM标准，具体为：
1、拉伸强度标准：ASTM D638，样条尺寸为57mm×13mm×3.2mm，拉伸速度为50mm/min。
2、弯曲强度标准：ASTM D790，样条尺寸为128mm×13mm×3.2mm，弯曲速度为20mm/min。
3、悬臂梁冲击标准：ASTM D256，样条尺寸为63.5mm×12.7mm×3.2mm，缺口剩余宽度为10.71mm。
4、透光度：样条尺寸为45mm×12.5mm×2mm的色板，利用分光光度计测红外线透过率。
表1可透红外光黑色塑料性能测试
Figure BDA0002861137420000091
Figure BDA0002861137420000101
上述表1中，对比例1-3对应实施例1，其不同在于设置了载体树脂中各组分的空白，对比例4-5分别对应实施例1和实施例5，其不同在于设置了载体树脂和黑色料粉的范围外用量，对比例6-8对应实施例2，其不同在于设置了载体树脂中单一组分用量的下限范围外用量，对比例9-11对应实施例4，其不同在于设置了载体树脂中单一组分用量的上限范围外用量，对比例12对应实施例1，其不同在于方法中采用常规方法。由上表1数据可见，基于本发明提供的可透红外光黑色塑料的配方以及关键的载体树脂组成，使得黑色料粉有效均一分散于载体树脂中，不仅使所制备得到的可透红外光黑色塑料在拉伸强度、弯曲强度和冲击强度方面有了明显提升，还有效提高了可透红外光黑色塑料的红外透过率，即在800nm下的红外透过率达到90.8％，在2500nm下的红外光透过率达到91.4％，为其后续市场的开拓奠定了重要意义。

Claims (10)

1.可透红外光黑色塑料，其特征在于，含有或由下述质量百分比的组分组成：
载体树脂80-90％、黑色料粉5-10％、分散剂3-5％和润滑剂2-5％，其中，所述载体树脂由马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂混合而成。
2.根据权利要求1所述的可透红外光黑色塑料，其特征在于，所加入的马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂的质量比为(0.8-1.2):(0.8-1.2):(1-1.8)，优选为(0.8-1):(0.8-1):(1-1.2)。
3.根据权利要求1所述的可透红外光黑色塑料，其特征在于，所述马来酸酐接枝EVA中马来酸酐的接枝率为0.5％-0.8％，所述马来酸酐接枝LDPE中马来酸酐的含量为10-30％，所述乙烯醋酸乙烯共聚树脂中醋酸乙烯的含量为40-60％。
4.根据权利要求1所述的可透红外光黑色塑料，其特征在于，所述黑色料粉由黄色异吲哚啉酮类颜料、红色喹吖啶酮类颜料和青色酞青类染料组成，其质量比为(1-1.5):(1-1.5):(2-3)。
5.根据权利要求1所述的可透红外光黑色塑料，其特征在于，所述分散剂选自硬脂酸锌、硬脂酸、液体石蜡、聚乙烯石蜡和微晶石蜡中的至少一种；所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酸酰铵、硬脂酸丁酯、乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的可透红外光黑色塑料，其特征在于，所述可透红外光黑色塑料在800nm下的红外透过率达到90.8％，在2500nm下的红外光透过率达到91.4％。
7.根据权利要求1所述的可透红外光黑色塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按配方要求，于室温下将马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝LDPE和乙烯醋酸乙烯共聚树脂依次加入反应釜中，中速搅拌混合均匀，得到载体树脂；
在中速搅拌状态下，向所得载体树脂中加入黑色料粉、分散剂和润滑剂，程序性提高搅拌速度以及反应温度保持30-40min，然后程序性降低搅拌速度以及反应温度保持15-20min，混合均匀，得到基料；
采用机械加工方法对所得基料进行处理，得到可透红外光黑色塑料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，程序性提高搅拌速度以及反应温度具体为：
将反应速度由中速150-300r/min以7-10r/min的搅拌速率提高至500-650r/min，将反应温度由室温20-25℃以5-10℃/min的温度升高速率提高至40-45℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，程序性降低搅拌速度以及反应温度具体为：
将反应速度由高速500-650r/min以7-10r/min的搅拌速率降低至50-100r/min，将反应温度由40-45℃以5-10℃/min的温度降低至室温20-25℃。
10.根据权利要求1-6任一项所述的可透红外光黑色塑料在红外线信号接收/红外线感应/红外线显示领域中的应用。
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