一种低成本仿金属塑料母料及其制备方法与流程

本发明涉及塑料母料领域，公开了一种低成本仿金属塑料母料及其制备方法。

背景技术：

随着工业技术的发展，塑料因具备可塑性、可回收性以及强度可调节性而在各个行业和科研领域中获得越来越广泛的应用，塑料的表面装饰及保护也越来越受重视。并且，塑料不同性能决定了其在生活在工业中的用途，随着技术的进步，对塑料改性一直没有停止过研究。塑料通过改性后的可以有更广泛的应用，逐渐成为不可替代的重要材料。

在汽车、家电、玩具等行业的产品设计和生产过程中，常常要求塑料部件具备金属质感，传统的解决办法主要为喷漆、罩光、覆膜以及电镀等塑料成型后二次处理的方法，使用上述方法进行生产时，工艺路线较长，生产成本高，并且不够环保。近年来，随着材料技术的发展，出现了仿金属母料的制备工艺，通过载体塑料中加入金属粉、分散剂和偶联剂等混合挤出而成，可直接用于仿金属塑料的生产中，降低了塑料产品获得金属质感的成本，提升了仿金属塑料产品的生产能效以及环保性。

仿金属塑料母料常用的填充组分为金属颜料，如铝银粉、铜锌粉、不锈钢粉等，这些金属颜料能为塑料制品带来优异的金属质感及光泽度，但由于其在仿金属母料中所占比重较大，原料的单价较高，因此使用纯金属粉末作为填充母料的填料时，生产成本会相应提升，如何降低母料的生产成本并且尽量不影响塑料制品的加工性能和物理性能，一直是塑料领域的研究重点。

中国发明专利申请号201410447111.7公开了一种免喷涂仿金属色母，组成为：银粉，珠光粉hk111，橙色颜料，扩散剂，硅烷偶联剂和母料；通过将树脂和金银粉经过有机的结合和预处理，使塑胶制品拥有不亚于金属的光泽度。

中国发明专利申请号201810817321.9公开了一种免喷漆塑料高光润滑母料及其制备方法，该发明通过在金属颜料表面包覆一层高光泽的纳米二氧化钛层作为保护层，实现高光亮的金属质感，并利用非极性的分子主链上引入了强极性的侧基的马来酸酐接枝聚丙烯作为桥接剂，极大地改善填料和聚丙烯亲和性和填料的分散性，有效的增强填料在聚丙烯中的分散，从而提高填充聚丙烯的拉伸和冲击强度；该发明中成核剂的加入使聚丙烯产生异相成核作用，细化晶粒尺寸，提高了结晶度，减少了球晶与非晶区之间的散射光，特别是添加的复合稀土类成核剂，结晶速率加快，晶粒细化，且稀土与高光包覆金属颜料协同作用，光泽度明显提高，本发明具有广阔的市场前景。

根据上述，现有方案中利用金属颜料为塑料制品赋予金属质感或光泽度的方法，由于金属颜料在塑料母料中的占比较大，因金属颜料自身价格较高，致使仿金属塑料母料的制备成本高，本发明提出了一种低成本仿金属塑料母料及其制备方法，可有效解决上述技术问题。

技术实现要素：

目前应用较广的利用纯金属颜料作为填料制备仿金属塑料母料的技术方法，因金属本身价格较高，导致传统仿金属塑料母料的生产成本较高。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种低成本仿金属塑料母料的制备方法，制备的具体过程为：

（1）先将大颗粒金属粉与无机填料粉末预混合得到混合物料，然后加水作为分散介质，再依次添加表面活性剂、粘接剂，调节体系的固含量，最后加入球磨机进行球磨处理，过滤出去大颗粒金属粉，制得初步包覆填充料；

（2）将步骤（1）制得的初步包覆填充料超声分散，固体粉末分离出未包覆的金属粉末及无机填料组分，然后将剩余部分干燥研磨，得到核-壳结构的金属颜料；

（3）先将载体树脂与分散剂、偶联剂混合均匀，然后加入步骤（2）得到的核-壳结构的金属颜料混熔，再用螺杆挤出机挤出造粒，最后收集。即可得到低成本仿金属塑料母料。

本发明将金属颜料和无机填料混合后加入球磨机，利用球磨工艺使金属粉末均匀地包覆在无机填料粉末表面，得到具有核-壳结构的复合金属颜料，有效降低了金属颜料在塑料母粒中的比重，将其中一部分替换为价格低廉的无机填料，实现了降低仿金属塑料母料的目的；无机填料的加入，不仅能够降低金属颜料用量，而且可对塑料母料乃至塑料制品的综合性能实现增强。作为本发明的优选，步骤（1）所述混合物料是由大颗粒金属粉、无机填料粉末按照质量比1~4:1预混合30~60min得到，所述大颗粒金属粉为细度1~2mm的铝粉、银粉、铜粉、锌粉、不锈钢粉中的一种，所述无机填料为细度1~10μm、球度≥60%的玻璃粉、陶瓷粉中的一种。

作为本发明的优选，步骤（1）所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠（sds）、十二烷基苯磺酸钠（sdbs）、聚乙二醇（peg）、十六烷基三甲基溴化铵（ctab）中的一种，表面活性剂的加入量为混合物料质量的3~5%；所述粘接剂为硬脂酸、硬脂酸盐、石蜡中的一种，粘接剂的加入量为混合物料质量的1~3%。作为本发明的进一步优选，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠（sdbs）；所述粘接剂为硬脂酸钠。硬脂酸钠具有优良的润滑性，加工性能好。

作为本发明的优选，步骤（1）所述体系的固含量35~50%。

整个球磨过程选择在qm型球磨机中进行，能够实现在低速条件下整个物料在磨罐内无死角研磨，使所研磨的物料更加知匀细，并能解决部份物料沉底和粘罐问题，保证了研磨后大颗粒金属粉在无机填料粉末表面的均匀包覆。作为本发明的优选，步骤（1）所述球磨机为qm型球磨机，球磨处理的转速为40~50r/min，球磨时间为2~3h。

作为本发明的优选，步骤（2）所述超声分散的频率为5~10mhz，时间为15~30min；所述固体粉末分离的方式为重力沉降、离心沉降中的一种。作为本发明的进一步优选，固体粉末分离的方式为重力沉降。重力沉降分离借助于以重力运动规律为依据的分离和分选，由于球磨得到的复合金属颜料是金属粉末包覆在无机填料表面，金属自身比重较大，因此包覆效果的优劣很大程度上表现在复合金属颜料的重量方面，因此选择重力沉降分离可较佳地得到包覆效果更好地复合金属颜料。

作为本发明的优选，步骤（3）所述载体树脂为无规聚丙烯（app）、低密度聚乙烯（ldpe）、线性低密度聚乙烯（lldpe）、氯化聚乙烯（cpe）、乙烯-乙酸乙烯共聚物（eva）、聚氯乙烯（pvc）中的至少一种；所述分散剂为低分子pe、硬脂酸中的一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。

作为本发明的优选，步骤（3）所述各原料配比为，按质量百分数计，载体树脂10~20%、分散剂3~5%、偶联剂0.5~3%、核-壳结构的金属颜料70~85%。

作为本发明的优选，步骤（3）所述螺杆挤出机为20型双螺杆挤出机，螺杆挤出机的螺杆直径为20mm，长径比为32:1。

由上述方法制备得到的一种低成本仿金属塑料母料，其不但具有良好的金属质感和金属光泽，而且成本较低，便于推广生产。

本发明提供的一种低成本仿金属塑料母料及其制备方法，将大颗粒金属粉与无机填料粉末预混合，加水作为分散介质，依次添加表面改性剂、粘接剂，球磨，通过球磨，大颗粒金属粉既是研磨剂，同时通过球磨摩擦使金属粘附于微细的无机填料粉表面，通过球磨摩擦使无机填料粉的表面包覆了一层金属，可以大大降低母料中金属的用量，研磨后将大颗粒金属过滤出来，继续用于下一批次的研磨；进一步，将初步包覆由金属层的无机填充料超声分散，除脱未紧密包覆的金属层，得到核-壳结构的金属颜料；将载体树脂与分散剂、的偶联剂混合均匀后，加入核-壳结构的金属颜料混熔，最后用螺杆挤出机挤出造粒，即可。

本发明提供了一种低成本仿金属塑料母料及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了采用大颗粒金属粉研磨包覆无机填料，使无机填料粉末表面形成金属层，降低了金属的使用量。从而获得低成本的仿金属塑料母料。

2、通过将大金属颗粒与无机填料加入球磨机中，利用球磨工艺使金属均匀地包覆在无机填料粉末表面，得到具有核-壳结构的金属颜料，采用超声分散和重力沉降的方法分离出目标产物，干燥研磨后再与载体树脂混熔挤出造粒，以价格较低的无机填料部分替代价格较高的金属颜料，所得的仿金属母料成本降低，又不影响其金属光泽和质感。

3、通过球磨工艺对金属颜料进行了表面改性，降低了其表面能，提升了分散性，在与载体树脂进行混熔造粒的过程中不易出现团聚，沉降等现象，使所得的仿金属塑料母料以及进一步加工而成的仿金属塑料制品颜色分布均匀，无色差、色散现象。

说明书附图

图1为本发明的实施例1制得的仿金属塑料母料制成的塑料样品。

图2为本发明的对比例1制得的仿金属塑料母料制成的塑料样品。

图3为本发明的对比例2制得的仿金属塑料母料制成的塑料样品。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）先将大颗粒金属粉与无机填料粉末预混合得到混合物料，然后加水作为分散介质，再依次添加表面活性剂、粘接剂，调节体系的固含量，最后加入球磨机进行球磨处理，制得初步包覆填充料；混合物料是由大颗粒金属粉、无机填料粉末按照质量比3:1预混合50min得到，大颗粒金属粉为细度2mm的铝粉，无机填料为细度5μm、球度70%的玻璃粉；表面活性剂为十二烷基硫酸钠（sds），表面活性剂的加入量为混合物料质量的4%；粘接剂为硬脂酸，粘接剂的加入量为混合物料质量的2%；体系的固含量44%；球磨机为qm型球磨机，球磨处理的转速为46r/min，球磨时间为2h；

（2）将步骤（1）制得的初步包覆填充料超声分散，固体粉末分离出未包覆的金属粉末及无机填料组分，然后将剩余部分干燥研磨，得到核-壳结构的金属颜料；超声分散的频率为7mhz，时间为23min；固体粉末分离的方式为重力沉降；

（3）先将载体树脂与分散剂、偶联剂混合均匀，然后加入步骤（2）得到的核-壳结构的金属颜料混熔，再用螺杆挤出机挤出造粒，最后收集。即可得到低成本仿金属塑料母料；载体树脂为无规聚丙烯（app）；分散剂为低分子pe；偶联剂为硅烷偶联剂；各原料配比为，按质量百分数计，载体树脂16%、分散剂4%、偶联剂2%、核-壳结构的金属颜料78%；螺杆挤出机为20型双螺杆挤出机，长径比为32:1。

实施例2

（1）先将大颗粒金属粉与无机填料粉末预混合得到混合物料，然后加水作为分散介质，再依次添加表面活性剂、粘接剂，调节体系的固含量，最后加入球磨机进行球磨处理，制得初步包覆填充料；混合物料是由大颗粒金属粉、无机填料粉末按照质量比2:1预混合40min得到，大颗粒金属粉为细度2mm的银粉，无机填料为细度2μm、球度65%的陶瓷粉；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠（sdbs），表面活性剂的加入量为混合物料质量的3.5%；粘接剂为硬脂酸钠，粘接剂的加入量为混合物料质量的1.5%；体系的固含量40%；球磨机为qm型球磨机，球磨处理的转速为42r/min，球磨时间为3h；

（2）将步骤（1）制得的初步包覆填充料超声分散，固体粉末分离出未包覆的金属粉末及无机填料组分，然后将剩余部分干燥研磨，得到核-壳结构的金属颜料；超声分散的频率为7mhz，时间为23min；固体粉末分离的方式为离心沉降；

（3）先将载体树脂与分散剂、偶联剂混合均匀，然后加入步骤（2）得到的核-壳结构的金属颜料混熔，再用螺杆挤出机挤出造粒，最后收集。即可得到低成本仿金属塑料母料；载体树脂为低密度聚乙烯（ldpe）；分散剂为聚乙烯蜡；偶联剂为铝酸酯偶联剂；各原料配比为，按质量百分数计，载体树脂12%、分散剂4%、偶联剂1%、核-壳结构的金属颜料83%；螺杆挤出机为20型双螺杆挤出机，长径比为32:1。

实施例3

（1）先将大颗粒金属粉与无机填料粉末预混合得到混合物料，然后加水作为分散介质，再依次添加表面活性剂、粘接剂，调节体系的固含量，最后加入球磨机进行球磨处理，制得初步包覆填充料；混合物料是由大颗粒金属粉、无机填料粉末按照质量比3:1预混合40min得到，大颗粒金属粉为细度1mm的铜粉，无机填料为细度8μm、球度80%的玻璃粉；表面活性剂为聚乙二醇（peg），表面活性剂的加入量为混合物料质量的4.5%；粘接剂为石蜡，粘接剂的加入量为混合物料质量的2.5%；体系的固含量45%；球磨机为qm型球磨机，球磨处理的转速为48r/min，球磨时间为2h；

（2）将步骤（1）制得的初步包覆填充料超声分散，固体粉末分离出未包覆的金属粉末及无机填料组分，然后将剩余部分干燥研磨，得到核-壳结构的金属颜料；超声分散的频率为9mhz，时间为20min；固体粉末分离的方式为重力沉降；

（3）先将载体树脂与分散剂、偶联剂混合均匀，然后加入步骤（2）得到的核-壳结构的金属颜料混熔，再用螺杆挤出机挤出造粒，最后收集。即可得到低成本仿金属塑料母料；载体树脂为线性低密度聚乙烯（lldpe）；分散剂为硬脂酸；偶联剂为硅烷偶联剂；各原料配比为，按质量百分数计，载体树脂18%、分散剂5%、偶联剂2%、核-壳结构的金属颜料75%；螺杆挤出机为20型双螺杆挤出机，长径比为32:1。

实施例4

（1）先将大颗粒金属粉与无机填料粉末预混合得到混合物料，然后加水作为分散介质，再依次添加表面活性剂、粘接剂，调节体系的固含量，最后加入球磨机进行球磨处理，制得初步包覆填充料；混合物料是由大颗粒金属粉、无机填料粉末按照质量比1:1预混合30min得到，大颗粒金属粉为细度1mm的不锈钢粉，无机填料为细度1μm、球度60%的陶瓷粉；表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（ctab），表面活性剂的加入量为混合物料质量的3%；粘接剂为低密度pe，粘接剂的加入量为混合物料质量的1%；体系的固含量35%；球磨机为qm型球磨机，球磨处理的转速为40r/min，球磨时间为3h；

（2）将步骤（1）制得的初步包覆填充料超声分散，固体粉末分离出未包覆的金属粉末及无机填料组分，然后将剩余部分干燥研磨，得到核-壳结构的金属颜料；超声分散的频率为5mhz，时间为30min；固体粉末分离的方式为离心沉降；

（3）先将载体树脂与分散剂、偶联剂混合均匀，然后加入步骤（2）得到的核-壳结构的金属颜料混熔，再用螺杆挤出机挤出造粒，最后收集。即可得到低成本仿金属塑料母料；载体树脂为乙烯-乙酸乙烯共聚物（eva）；分散剂为低分子pe；偶联剂为铝酸酯偶联剂；各原料配比为，按质量百分数计，载体树脂11%、分散剂3%、偶联剂1%、核-壳结构的金属颜料85%；螺杆挤出机为20型双螺杆挤出机，长径比为32:1。

对比例1

对比例1的球磨时间缩短至20min，其他制备条件与实施例1相同，制得的仿金属塑料母料。

对比例2

对比例2在研磨时没有添加粘接剂硬脂酸钠，其他制备条件与实施例1相同，制得的仿金属塑料母料。

上述性能指标的测试方法为：

仿金属效果测试：

将实施例1和对比例1~2的母料与pvc按照1:6的比例进一步混熔挤出，并用压片机压制成片制成10×10cm的塑料样片，观察其表面色彩的均匀性和金属光泽度。

由图1可见：本发明实施例1制得的塑料母料制成的样品颜色分布均匀，金属光泽度和金属质感较好，说明包覆效果较好。对比例1制得的塑料母料制成的样品颜色分布不均匀，颜料分层现象严重，有明显色差和泛白，缺乏金属光泽和质感，说明较短的球磨时间会导致包覆效果不够好。对比例2制得的塑料母料制成的颜色分布不均匀，有明显色差，并出现较大面积的白色团聚现象，说明未加粘接剂导致金属颜料对无机填料的包覆效果差。