CN117924868A - 一种黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。本发明提供了一种黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，该复合材料通过引入特定的红外反射颜料和溶剂黑以及其它助剂来使聚丙烯复合材料在获得黑色效果、具备较好耐候性的基础上具有较好的红外反射效果，并且不对材料的力学性能产生负面的影响，将该复合材料应用于汽车内外饰件，能够有效降低车内温度，进而降低空调的使用频率，有利于节能减排。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域。更具体地，涉及一种黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
炎热的夏季如汽车、户外桌椅、共享自行车以及一些公共设施等因长时间暴露于太阳的照射下，往往造成其外表面及内部的温度过高，严重影响了人们使用的舒适性和降低了使用的安全性。现主阶段主要通过自然冷却或者在密闭环境中通过空调制冷来进行降温。然而自然冷却降温时间长，并且需要放置在阴凉处；空调降温则需要消耗其它能源，成本上升。
太阳中的辐射主要由紫外线热量、可见光热量、红外线热量组成，其中红外线热量占比达到53％，通过图谱可知能量主要集中在近红外780～1600nm波段。而红外反射材料正是通过将太阳光中的红外波段能量在材料表面进行一定程度的反射，来达到降低材料表面的温度的目的。如何制备高红外反射材料以及利用它们来进行降温则成为了很多行业关注的问题。针对材料的颜色而言，白色或其相近浅色因其天然对太阳光具有良好的反射作用，被广泛的应用于建筑外墙、贮藏罐表面和汽车外表面以及其内饰材料中。白色或其相近浅色虽然具有一定的红外反射效果，然而由于其耐污性较差以及多种应用场景对深色系颜色的需求高，现实中往往黑色的材料应用较多，这要求深色的材料特别是黑色材料也要具有较好的红外反射效果。如中国专利申请CN103881596A研究了一种黑色红外反射型光伏EVA胶膜，引入一定比例的红外反射颜料，制成的薄膜具有一定的红外反射效果，但是该方法并未在注塑制品上面体现，并且薄膜的厚度较薄，红外反射颜料具有一定的黑度，在黑色聚丙烯中注塑成型后材料的厚度达到2mm时其黑度会明显下降，不能呈现黑色效果。又如中国专利申请CN107841040A公开了一种低表面温度的聚丙烯组合物，其组分包括聚丙烯树脂、弹性体和近红外反射颜料，利用这些组分制备的低表面温度的聚丙烯组合物具有较高的近红外反射率，其表面升温速度较慢。然而上述低表面温度的聚丙烯组合物无法确保最终得到的材料的颜色为黑色，并还能达到较好的颜色耐候性性能的基础上具有良好的近红外反射效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有聚丙烯复合材料中难以兼具呈现黑色效果、耐候性强和近红外效果好的缺陷和不足，提供一种黑色的、耐候性强、红外反射效果好的聚丙烯复合材料。
本发明的目的是提供所述聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明另一目的是提供所述聚丙烯复合材料的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
本发明保护一种聚丙烯复合材料，按重量份计，包括以下组分：
聚丙烯树脂65～105份；
溶剂黑0.08～1份；
近红外反射颜料1～3份；
光稳定剂0.2～2份；
所述近红外反射颜料选自铁铬黑、铁锰黑、钛铬棕中的任意一种或多种组合。
发明人在前期大量的实验中创造性发现，将特定的近红外反射颜料和溶剂黑以及其它助剂添加到聚丙烯材料中可以使材料在获得黑色效果和较好耐候性的基础上具备较好的红外反射效果，并且不对材料的力学性能产生负面的影响。
另外，值得注意的是，本发明中所述耐候性是指颜色的耐候性，其定义是指着色剂与聚合物体系经过阳光照射，在自然界的温度以及雨水、露水的润湿下所产生的颜色变化。耐候性越好，材料越不容易褪色。
进一步地，聚丙烯树脂占上述聚丙烯复合材料的质量百分比不低于65％。
所述溶剂黑可以是市售的溶剂黑，优选地，所述溶剂黑选自溶剂黑28、溶剂黑34溶剂黑27中的任意一种或多种组合。
优选地，所述着色剂中还包括0.3～3份酞青类颜料。酞青类颜料可以进一步增强所得聚丙烯复合材料的黑色效果，添加量过多会使耐候性变差。
进一步地，所述酞青类颜料为酞青蓝、酞青红和酞青绿。利用三种原料复配成黑色颜料。
优选地，所述酞青类颜料为酞青蓝、酞青红和酞青绿的重量份数比例为(2～4)：(2～4)：1。三种酞青类颜料在此范围内混合均能复配出黑色颜料。
优选地，所述酞青类颜料为酞青蓝、酞青红和酞青绿的重量份数比例为3：3：1。
进一步地，所述光稳定剂为二苯甲酮类光稳定剂、水杨酸类光稳定剂、苯并***类光稳定剂、取代丙烯腈类光稳定剂，三嗪类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述聚丙烯复合材料还包括填充剂1～20份、增韧剂1～10份和抗氧化剂0.2～2份。
可选地，所述填充剂选自滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、云母粉中的任意一种或多种组合。
可选地，所述增韧剂选自乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯、丙烯、非共轭二烯烃的共聚物中的任意一种或多种组合。
可选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫类抗氧剂、胺类抗氧剂、半受阻酚类抗氧剂中的任意一种或多种组合。
优选地，聚丙烯树脂选自均聚PP或/和共聚PP。
进一步地，所述共聚PP选自嵌段共聚PP或无规共聚PP。
更优选地，所述聚丙烯树脂选自共聚PP。
优选地，所述聚丙烯树脂的份数为80～105份。
本发明还保护所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料按比例混合均匀后，于80～230℃挤出造粒，冷却，即得。
进一步地，所述挤出造粒的温度按照按T1区80～20℃，T2-T5区180～00℃，T6-T12区200～230℃设置。
进一步地，所述挤出造粒采用挤出机挤出造粒，所述挤出机的挤出螺杆长径比为45:1～50:1；所述挤出机的转速450～2800r/min。
进一步地，所述冷却中拉条过水长度为1～1.5m。
本发明还保护所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料在汽车内外饰件中的应用。
进一步地，所述汽车内外饰件为仪表板、副仪表板、门板或座椅。
进一步地，所述汽车外饰件为保险杠、进气格栅、后视镜、侧裙、立柱饰板、行李架、门把手、天窗或雨刮。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，该复合材料通过引入特定的红外反射颜料和溶剂黑以及其它助剂来使材料在获得黑色效果(L值
≤28)、具备较好耐候性(DE≤1)的基础上具有较好的红外反射率(＞25％)，并且不对材料的力学性能产生负面的影响，将该复合材料应用于汽车内外饰件，能够有效降低车内温度，进而降低空调的使用频率，有利于节能减排。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
聚丙烯：
PP EP548RQ(后面简称PP-1)，嵌段共聚聚丙烯，中沙(天津)石化；
PP 7555KNE2(后面简称PP-2)，嵌段共聚聚丙烯，苏州齐汇达工程塑料；
PP SZ30S(后面简称PP-3)，均聚聚丙烯，中韩(武汉)石化。
着色剂：
(1)黑色染料
炭黑M717，卡博特；
溶剂黑28，Black X 45，BASF；
溶剂黑34，Solvent Black 34，湖北广奥生物科技有限公司；
溶剂黑27，Zapon BLACK X51，BASF；
油溶黑5，SOLVENT BLACK 5，河南沃咖斯生物科技有限公司；
油溶黑7，SOLVENT BLACK 7，广东翁江化学试剂有限公司；
(2)红外反射颜料
铁铬黑，颜料棕29，Sicopal L0095，BASF；
铁锰黑，BLACK 26，湖北鑫红利化工有限公司；
钛铬棕，常州丽幕化工有限公司；
铬铁黑，又称镍铁铬黑尖晶石，BLACK 30，南京培蒙特科技有限公司；
铜铬黑，BLACK 28，武汉荣灿生物科技有限公司；
(3)酞青类颜料
蓝色颜料：酞青蓝，BF1535，深圳鼎泰；
红色颜料：酞青红，R203，深圳鼎泰；
绿色颜料：酞青绿，MAZCOL GREEN 706K，深圳鼎泰。
助剂：
填充剂：滑石粉TYT-777A，3000目，厦门海川达工贸；
增韧剂：POE ENGAGE 7447，苏州苏昌塑化；
抗氧剂：抗氧剂SONOX 225G，是抗氧剂SONOX 1010与抗氧剂SONOX 168复配，临沂市三丰化工；
光稳定剂：受阻胺类，UV-3808PP5，烟台市裕盛化工有限公司。
实施例1～19及对比例1～9一种聚丙烯复合材料
实施例1～19及对比例1～9提供了一种聚丙烯复合材料，其重量份配方见表1～2，制备方法如下：
将所有的聚丙烯，填充材料、增韧材料、助剂以及着色剂依次投入预混机内，混合5min～8min，达到均匀混合的状态。通过混炼、熔融、均化后进行挤出造粒，冷却，得到红外反射耐候聚丙烯复合材料
其中，所述挤出机的挤出螺杆长径比为45:1～50:1，挤出机温度设置按T1区80℃～120℃，T2-T5区180℃～200℃，T6-T12区200℃～230℃，转速2800r/min-450r/min；所述冷却中拉条过水长度为1～1.5m。得到的聚丙烯复合材料的采用注塑机注塑成100mm*100mm*3mm的样板进行颜色数据测试和红外反射率测试，以及焊接样条100mm*10mm*3mm用于焊接试验。
表1实施例1～19各组分配比(以重量份数计)
续表1
续表1
表2对比例1～9各组分配比(以重量份数计)
性能测试
将实施例1～19和对比例1～9所得聚丙烯复合材料使用以下测试方法进行测定。
(1)红外反射率通过LAMBDA 1050分光光度计进行测试，红外反射率结果取于波长780～1650nm波长下测定的数值的平均值，数值越大说明反射率越高。
(2)利用X-rite Color-Eye Ci7800台式测色仪测对100mm*100mm*3mm规格样板进行L值测试表征材料黑度；每个样品取5块色板进行测试，结果取平均值；L值越低表示颜色越黑，L值≤28显示为较纯的黑色。
(3)QUV紫外测试标准依据ASTMG154，测试条件UVA-340(340nm)光谱，1.55W/m2/nm，在黑标准温度60℃(±3℃)条件下UV照射暴露8h；然后无照射，自然降温且0.25h喷水；继续在黑标准温度50℃(±3℃)条件下辐射暴露3.75h；每个样品取5块样板进行测试，结果取平均值；测试DE值进行表征颜色的耐老化效果，DE值越大，表示色差越大，耐候性越差，DE≤1.0表明具有较好的颜色耐侯性。
(4)热氧老化测试标准依据GB-T 7141-2008，温度120℃-130℃，暴露时间500h；每个样品取5块样板进行测试，结果取平均值；测试DE值进行表征颜色的耐老化效果，DE值越大，表示色差越大，耐候性越差，DE≤1.0表明具有较好的颜色耐侯性。
(5)拉伸强度测试标准依据ISO 527-2(2017年)，测试条件：温度23℃，拉伸速率50mm/min；
(6)弯曲强度测试标准依据ISO 178(2019年)，测试条件：温度23℃，弯曲速率2mm/min，跨距64mm；
上述测定的性能指标见表3～4。
结果分析
实施例1～19对应的性能指标见表3。
对比例1～9对应的性能指标见表4。
表3实施例1～19的对应性能指标
续表3
| 性能指标 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 |
| L值 | 27.2 | 27.3 | 27.4 | 25.7 | 25.4 |
| 500H热氧老化DE | 0.8 | 0.6 | 1 | 0.8 | 0.9 |
| 500H紫外老化DE | 0.8 | 0.5 | 1 | 0.7 | 0.9 |
| 红外反射率/％ | 32.6 | 33 | 35.8 | 31.5 | 32 |
| 拉伸强度/MPa | 25 | 26 | 24.3 | 24.5 | 25 |
| 弯曲模量/MPa | 30 | 34.3 | 25 | 34.5 | 35 |
续表3
表4对比例1～9的对应性能指标
由表1～4可以看出，实施例1～11以及实施例16～19当中，在聚丙烯树脂当中加入特定的黑色染料和近红外反射颜料时，其L值在≤28，DE值≤1.0，红外反射率＞25％，拉伸强度≥20MPa，弯曲模量≥25MPa，说明实施例1～11以及实施例15～19中的聚丙烯复合材料在获得黑色效果和良好的耐候性的基础上，具有较高的近红外反射效果，且不对材料的力学性能产生负面影响。
根据实施例1、实施例4和实施例5可知，相比于均聚聚丙烯，采用共聚聚丙烯作为聚丙烯基体，制备的聚丙烯复合物的L值更低一些，近红外反射率更高一点，且力学性能也更好。
当进一步加入合适比例的酞青颜料(实施例12～15)时，会进一步增强所得聚丙烯复合材料的黑色效果，而耐候性和近红外反射率仍然保持较好的效果，当添加的份数增加，耐候性会有所降低。
由对比例结果可知，将溶剂黑份数增加、去掉或替换成别的有机黑色染料，所得聚丙烯复合材料无法同时满足对黑度(L值≤28)、颜色耐候性(DE≤1)和近红外反射率(＞25％)的要求；当将近红外反射颜料份数增加、去掉或替换成别的近红外反射染料，所得聚丙烯复合材料同样无法同时满足对黑度、耐候性和近红外反射率的要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
聚丙烯树脂65～105份；
溶剂黑0.08～1份；
近红外反射颜料1～3份；
光稳定剂0.2～2份；
所述近红外反射颜料选自铁铬黑、铁锰黑、钛铬棕中的任意一种或多种组合。
2.根据权利要求1所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，其特征在于，所述溶剂黑选自溶剂黑28、溶剂黑34、溶剂黑27中的任意一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料还包括0.3～3份酞青类颜料。
4.根据权利要求3所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，所述酞青类颜料为酞青蓝、酞青红和酞青绿。
5.根据权利要求1所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂选自二苯甲酮类、水杨酸类、苯并***类、取代丙烯腈类，三嗪类、受阻胺类中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料还包括填充剂1～20份、增韧剂1～10份和抗氧化剂0.2～2份。
7.根据权利要求6所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂选自乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的共聚物的中的任意一种或多种组合。
8.根据权利要求6所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填充剂选自滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、云母粉中的任意一种或多种组合。
9.权利要求1～8任一所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料按比例混合均匀后，于80～230℃挤出造粒，冷却，即得。
10.权利要求1～8任一所述黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料在汽车内外饰件中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410049588.3A CN117924868A (zh) | 2024-01-12 | 2024-01-12 | 一种黑色红外反射耐候聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 |
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