经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法

经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其包含：将聚丙烯、马来酸酐改性聚丙烯、钛白粉、无机填料及抗氧剂混合搅拌均匀；加热成型；挤出条状复合材料，降温；制粒获得复合材料粒子；将复合材料粒子加热熔融，注射到产品模具中；冷却定型；打开模具，取出成型的产品。且，该方法还包含对制品进行表面装饰处理步骤：采用3D成影技术在成型产品上喷绘所需图案；或，采用IMD或IMR方法完成表面装饰。本发明的工艺自动化程度高、成品率高，能耗小，制品韧性好、强度高、抗冲击、耐腐蚀、绿色环保，经表面装饰能制出凹凸、花纹、波浪等不同艺术效果和观感的图案，能制出木纹、大理石纹、皮纹、金属质感等的各种艺术效果。
【专利说明】经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热塑性树脂复合材料制品的制备工艺，具体地，涉及一种经无机填料(硅灰石/碳酸钙)改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，该复合材料制品包括洁具、洁具五金件、户外产品、外墙装饰管材、及公共景观用装饰产品。
【背景技术】
[0002]常见的洁具包括浴缸、台盆、座便器、小便斗，大部分采用陶土烧制而成，先把陶土制成洁具产品进行烧制，成型后表面上釉再进行烧结，其烧制过程需消耗大量煤炭或天然气，造成大量的碳排放和能源消耗，碳排放量大，尤其是对空气的污染；而其在烧制过程中由于温度的不对称使产品开裂和变形导致产品大量的次品和报废，形成二次污染和成本提高。同时生产中用的陶土资源也日益稀少，一旦资源枯竭，将无法再用陶土生产洁具产品。而且，该类陶瓷制品，色彩效果比较单调，其表面很难制成木纹、大理石纹、皮纹、玉石、晶石或金属质感等。
[0003]也有报道采用人造玛瑙或亚克力来制备卫浴洁具的，但其外观似塑料制品，感观、耐用性和使用性都较差。
[0004]通常，洁具、洁具五金件、户外产品、外墙装饰管材、及公共景观用装饰产品的表面装饰主要是采用乳胶漆、墙纸、和木饰板等进行装饰。色调单一，并且容易吸水和剥落，以及热胀冷缩造成开裂，难以修补维护。
[0005]因此，需要开发一种高填充、能耗低，生产工艺先进简便，效率高，耐腐蚀、阻燃、耐水、耐污防滑、图案丰富、造型美观的复合材料制品的制备方法，其可以代替传统能耗大的陶瓷制品，材料可以循环使用，以使资源得到很大的保护和循环利用。

【发明内容】

[0006]本发明提供了一种经无机填料(如硅灰石、碳酸钙等)改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，该方法能耗低，生产工艺先进简便，效率高，耐腐蚀、阻燃、耐水、耐污防滑的复合材料制品的制备方法；经表面装饰工艺处理，能制出凹凸、花纹、波浪等不同艺术效果和观感的图案制品，造型美观、立体感强，可具有木纹、大理石纹、皮纹、玉石、晶石、金属质感等各种艺术效果，图案丰富、艺术感强；且该表面装饰不易被刮花，还能抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型，不易吸水和剥落或热胀冷缩造成开裂，难以修补维护。
[0007]为达到上述目的，本发明提供了一种经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，该方法包含以下步骤:
步骤1，将按重量百分数计25%~40%的聚丙烯、3%~6%的马来酸酐改性聚丙烯、1%~3%的钛白粉、50%~70%的无机填料及1%~2%的抗氧剂混合搅拌均匀；`步骤2，将上述混合均匀的原料加入到挤出机中，加热成型；
步骤3，挤出条状复合材料，并使复合材料降温；
步骤4，把降温后的条状复合材料加入到制粒机中，加工成颗粒状的复合材料粒子；步骤5，将上述复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温使得复合材料粒子熔融，利用注塑机将料筒中的复合材料注射到产品模具中；
步骤6，冷却定型；
步骤7，打开模具，取出成型的产品；
其中，该方法还包含对制品进行表面装饰处理步骤。
[0008]上述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其中，所述表面装饰处理是指采用3D成影技术在成型产品上喷绘所需图案，再喷涂UV透明漆以保护喷绘图案，使其表面光亮度增强或具有亚光效果。[0009]上述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其中，所述表面装饰处理是指采用MD方法完成产品的表面装饰:在步骤5中，所述的产品模具内预先放置印有所需图案效果的薄膜，当注射完成后，其能与热塑性树脂复合材料在模具中结为一体，完成表面装饰。
[0010]上述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其中，所述表面装饰处理是指采用MR方法完成产品的表面装饰:在步骤7中，将油墨印刷在PE薄膜上，或以蒸着方式将金属装饰、木纹、大理石纹或皮纹蒸着在PE薄膜上，将该薄膜的印刷位置与模具腔内产品欲印位置精确对位后，通过压膜框压紧薄膜使其贴服于模具内产品表面，从而使得图案或装饰转印到制品上，完成制品的表面装饰。
[0011]上述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其中，所述的无机填料为硅灰石、碳酸钙中的任意一种以上，该填料经硬脂酸改性处理。
[0012]上述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其中，所述的改性处理是指，将重量百分数为1%~5%的硬脂酸和95%~99%的填料，在90°C~100°C温度下，采用高速混合搅拌15%~30%分钟，使得硬脂酸与填料充分混合，成为一体，达到表面沾粒的物质改性处理的目的。改性后的碳酸钙和硅灰石与聚丙烯能充分结合，大大提高了材料之间的相容性，同时降低了碳酸钙、硅灰石表面的吸油性，大幅度提高了碳酸钙、硅灰石的添加比例，使热塑性复合材料具有高填充和良好相容性的优点。上述改性的热塑性树脂复合材料制品具有坚硬、强度高、耐腐蚀的特性并具有天然石材的质感。
[0013]由于聚丙烯大分子链中的叔碳原子对氧的侵蚀非常敏感，在光、热和空气的氧作用下容易老化，故本发明的复合材料还加入抗氧剂以抑制老化过程。
[0014]本发明采用注射工艺生产，机械自动化程度高、劳动强度低、成品率高、材料可循环使用；制备过程勿需高能耗长时间高温烧制，能耗大幅降低。通过本发明的方法所得制品，具有韧性好、强度高、抗冲击、耐腐蚀、绿色环保、阻燃、无辐射和重金属，能生产凹凸、花纹、波浪等各种不同艺术变现效果和观感的图案，造型美观、艺术感立体感强，且可以制作出各种木纹、大理石纹、皮纹、金属质感等产品表面装饰。本发明的表面装饰方法制作的表面装饰，不易被刮花，还能抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型，不易吸水、剥落，能避免热胀冷缩造成开裂，难以修补维护的问题。
【具体实施方式】
[0015]本发明提供了一种经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，该方法包含以下步骤:步骤1，将按重量百分数计25%~40%的聚丙烯、3%~6%的马来酸酐改性聚丙烯、1%~3%的钛白粉、50%~70%的无机填料及1%~2%的抗氧剂在密炼机中混合搅拌均匀；
步骤2，将上述混合均匀的原料加入到双螺杆挤出机中，加热成型；
步骤3，由双螺杆挤出机挤出条状复合材料，并使复合材料降温；
步骤4，把降温后的条状复合材料加入到制粒机中，加工成颗粒状的复合材料粒子；步骤5，将上述复合材料粒子通过中央供料系统加入到注射成型机的料筒中，然后通过注射成型机的螺杆把复合材料粒子熔融并注射到产品的金属模具中；
步骤6，将冷却水注入到金属模具的冷流道中，冷却定型；
步骤7，打开模具，取出成型的产品；
其中，该方法还包含对制品进行表面装饰处理步骤。
[0016]在本发明的一些实施例中，所述表面装饰处理是指采用3D成影技术在成型产品上喷绘所需图案，再喷涂UV透明漆以保护喷绘图案，使其表面光亮度增强或具有亚光效果。
[0017]在本发明的一些优选的实施例中，本发明的热塑性树脂复合材料制品还可采用IMD (In Mould Decoration的简称)模内装饰技术进行表面装饰。MD是指将一个丝印有图案的薄膜放置到产品模具中，然后进行注射。这种薄膜包括基材，如PET基材，油墨及耐磨材料。当模具注射完成后，该薄膜与复合材料融为一体，耐磨材料在最外面，防止印刷的图案被刮花，抗腐蚀，防尘、防潮·、抗变型能力强。
[0018]在本发明的另一些优选的实施例中，本发明的热塑性树脂复合材料制品还可采用IMR (In-mold Rolling的简称)模内转印技术进行表面装饰。MR的制程为将油墨印刷在一 PE薄膜(PE薄膜上预先印刷有离型层)上，或以蒸着方式将金属材质、木纹、大理石纹或皮纹等图案蒸着在PE薄膜上，将薄膜的印刷位置与模具腔内欲印位置精确对位后，通过压膜框压紧薄膜使其贴服于模面，通过抽真空，使得薄膜与模腔内的复合材料表面尽可能贴月艮，模具闭合，成型射出产品，开模取出产品，薄膜胶料自动从油墨离型。成型后的产品经UV照射后表面产生硬化而完成。
[0019]以下实施例中所述的碳酸钙、硅灰石均是经过改性处理的，即通过在高速混合机中加入1.5%的硬脂酸(C16H3202，熔点69.6°C)和98.5%的碳酸钙，或硅灰石，或碳酸钙与硅灰石的混合物进行高速混合预处理:高速混合机加热至90°C~100°C，使硬脂酸熔解并与碳酸钙或硅灰石充分接触，完全混合，15~30分钟后，停止搅拌混合，完成改性处理操作。
[0020]以下为各个不同配方的实施例:
实施例1
按重量百分数计，
1250目硅灰石粉料50%，
M700聚丙烯粒子15%，
M2600聚丙烯粒子25%,
MAH-G-PP马来酸酐改性聚丙烯 5%，
CR-834钛白粉3%，
抗氧剂10102%;
按照配方量将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口和旁路加料口定量加入到双螺杆挤出机的料斗中，加热成型；然后通过挤出机模口挤出加热成型后的条状复合材料，并将所述的条状复合材料置于水槽中降至室温；把降温后的条状复合材料放入制粒机中加工成颗粒状的复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入100°c~120°C的烘箱中加热烘干，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具(该模具中设置有丝印有表面装饰图案的薄膜，这种薄膜包括基材，如PET基材，油墨及耐磨材料)中，所述的注塑机采用活塞式机筒通过高压注入到产品的金属模具中；把51:~10°C的冷却水注入到金属模具的冷流道中，印有图案的薄膜与复合材料融为一体，耐磨材料在最外面，防止印刷的图案被刮花，还能抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型；使产品冷却定型，打开模具，用取件机械手取出成型的产品。
[0021]本实施例制得的产品薄而轻，抗冲击和抗压强度高，产品表面光滑，自洁性强，耐高温、耐腐蚀性强。采用IMD (In Mould Decoration的简称)模内装饰技术进行表面装饰，使得产品具有凹凸状的、波浪形等的各种形状，具有木纹、大理石纹、皮纹、金属质感等不同颜色、花纹和图案的效果，色彩丰富，造型多样美观，且该表面装饰不易被刮花，还能抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型，不易吸水和剥落，以及热胀冷缩造成开裂，难以修补维护。
[0022]实施例2按重量百分数计，
1250目硅灰石粉料40%，
325目硅灰石粉料20%，
M700聚丙烯粒子12%，
M2600聚丙烯粒子18%,·
MAH-G-PP马来酸酐改性聚丙烯 5%，
CR-834钛白粉3%，
抗氧剂10102%;
按照配方量将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口和旁路加料口定量加入到双螺杆挤出机的料斗中，加热成型；然后通过挤出机模口挤出加热成型后的条状复合材料，并将所述的条状复合材料置于水槽中降至室温；把降温后的条状复合材料放入制粒机中加工成颗粒状的复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入100°C~120°C的烘箱中加热烘干，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具中，所述的注塑机采用活塞式机筒通过高压注入到产品的金属模具中。把5°C~10°C的冷却水注入到金属模具的冷流道中，使产品冷却定型，打开模具。将油墨印刷在一 PE薄膜(PE薄膜上预先印刷有离型层)上，或以蒸着方式将金属材质、木纹、大理石纹或皮纹等图案蒸着在PE薄膜上，将薄膜的印刷位置与模具腔内欲印位置精确对位后，通过压膜框压紧薄膜使其贴服于模面，模具闭合；通过抽真空，使得薄膜与模腔内的复合材料表面尽可能贴服；用取件机械手取出成型的产品，薄膜离型层自动从油墨离型。成型后的产品经UV照射后表面产生硬化而完成。[0023]本实施例制得的产品不粘污，自洁性强，能保持常温状态，无冰冷之感，韧性高，抗冲击和抗压强度高。本实施例还采用MR (In-mold Rolling的简称)模内转印技术进行表面装饰，使其具有凹凸状的、花纹、波浪形等的各种形状，具有木纹、大理石纹、金属质感等不同颜色、花纹和图案的效果，色彩丰富，造型多样美观，且该表面装饰不易被刮花，还能抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型，不易吸水和剥落，以及热胀冷缩造成开裂，难以修补维护。
[0024]实施例3按重量百分数计，
1250目硅灰石粉料40%，
325目碳酸钙20%，
100目碳酸钙10%，
M700聚丙烯粒子10%，
M2600聚丙烯粒子15%,
MAH-G-PP马来酸酐改性聚丙烯 3%，
CR-834钛白粉1%，
抗氧剂10101%;
按照配方量将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口和旁路加料口定量加入到双螺杆挤出机的料斗中，加热成型；然后通过挤出机模口挤出加热成型后的条状复合材料，并将所述的条状复合材料置于水槽中降至室温；把降温后的条状复合材料放入制粒机中加工成颗粒状的复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入100°c~120°C的烘箱中加热烘干，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具中，所述的注塑机采用活塞式机筒通过高压注入到产品的金属模具中；把51:~10°C的冷却水注入到金属模具的冷流道中，使产品冷却定型，打开模具，用取件机械手取出成型的产品。再采用3D成影技术喷绘所需图案，再喷涂UV透明漆达到保护喷绘图案以增强表面光亮度的目的。
[0025]本实施例制得的产品防水性能好、表面不积污、硬度高、抗冲击和耐磨性能好，尤其是保温性能大幅提高。经表面装饰处理后，制品色彩丰富，造型多样美观，且该表面装饰不易被刮花，还能抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型，不易吸水和剥落或热胀冷缩造成开裂，难以修补维护。
[0026]实施例4按重量百分数计，
1250目碳酸钙18%，
325目碳酸钙26%，
80目碳酸钙26%，
M700聚丙烯粒子10%，
M2600聚丙烯粒子15%,
MAH-G-PP马来酸酐改性聚丙烯 3%，
CR-834钛白粉1%，抗氧剂10101%;
按照配方量将上述原料在搅拌机中充分混合搅拌均匀，将混合后的原料由加料口和旁路加料口定量加入到双螺杆挤出机的料斗中，加热成型；然后通过挤出机模口挤出加热成型后的条状复合材料，并将所述的条状复合材料置于水槽中降至室温；把降温后的条状复合材料放入制粒机中加工成颗粒状的复合材料粒子；把所述的复合材料粒子放入100°c~120°c的烘箱中加热烘干，除去水分；将烘干的复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温使得复合材料粒子熔融，根据所要生产的单个产品的材料用量输入注塑机的电脑控制程序中，启动注塑机注射控制程序，采用注射螺杆推进将料筒中的复合材料注射到金属模具中，所述的注塑机采用活塞式机筒通过高压注入到产品的金属模具中；把51:~10°C的冷却水注入到金属模具的冷流道中，使产品冷却定型，打开模具，用取件机械手取出成型的产品。再采用3D成影技术喷绘所需图案，再喷涂UV透明亚光漆达到保护喷绘图案，并产生亚光效果。
[0027]本实施例制得的产品有大理石的质感，产品表面呈现出天然大理石颗粒状晶体，层次感和立体感强，敲击产品有天然石材的坚硬和厚实感。经表面装饰处理后，制品色彩丰富，造型多样美观，且该表面装饰不易被刮花，还能抗腐蚀，防尘、防潮、抗变型，不易吸水和剥落或热胀冷缩造成开裂，难以修补维护。
[0028]本发明所制备的复合材料制品包括洁具、洁具五金件、户外产品、外墙装饰管材、及公共景观用装饰产品。
[0029]所述的洁具产品可以是洗脸盆、浴缸、座便器、净身器、小便斗、淋浴盆等，洁具五金件可以是洗脸盆和浴缸的笼头，淋浴用笼头和花洒、洗脸盆、浴缸水槽下水，厨房水槽笼头、地漏、水表表壳等；户外产品可以是桌子、椅子、花盆公共景观装饰产品等，外墙装饰用管材可以是方形、圆形、菱形、长方形等。
[0030]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的`。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其特征在于，该方法包含以下步骤:步骤1，将按重量百分数计25%~40%的聚丙烯、3%~6%的马来酸酐改性聚丙烯、1%~3%的钛白粉、50%~70%的无机填料及1%~2%的抗氧剂混合搅拌均匀；步骤2，将上述混合均匀的原料加入到挤出机中，加热成型；步骤3，挤出条状复合材料，并使复合材料降温；步骤4，把降温后的条状复合材料加入到制粒机中，加工成颗粒状的复合材料粒子；步骤5，将上述复合材料粒子加入到注塑机的料筒中，加温使得复合材料粒子熔融，利用注塑机将料筒中的复合材料注射到产品模具中；步骤6，冷却定型；步骤7，打开模具，取出成型的产品；其中，该方法还包含对制品进行表面装饰处理步骤。
2.如权利要求1所述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述表面装饰处理是指采用3D成影技术在成型产品上喷绘所需图案，再喷涂UV透明漆以保护喷绘图案，使其表面光亮度增强或具有亚光效果。
3.如权利要求 1所述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述表面装饰处理是指采用MD方法完成产品的表面装饰:在步骤5中，所述的产品模具内预先放置印有所需图案效果的薄膜，当注射完成后，其能与热塑性树脂复合材料在模具中结为一体，完成表面装饰。
4.如权利要求1所述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述表面装饰处理是指采用IMR方法完成产品的表面装饰:在步骤7中，将油墨印刷在PE薄膜上，或以蒸着方式将金属装饰、木纹、大理石纹或皮纹蒸着在PE薄膜上，将该薄膜的印刷位置与模具腔内产品欲印位置精确对位后，通过压膜框压紧薄膜使其贴服于模具内产品表面，从而使得图案或装饰转印到制品上，完成制品的表面装饰。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述的无机填料为硅灰石、碳酸钙中的任意一种以上，该填料经硬脂酸改性处理。
6.如权利要求5所述的经无机填料改性的热塑性树脂复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述的改性处理是指，将重量百分数为1%~5%的硬脂酸和95%~99%的填料，在90°C~100°C温度下，采用高速混合搅拌15%~30%分钟，使得硬脂酸与填料充分混合，成为一体。
【文档编号】C08L51/06GK103665555SQ201310650125
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】池立群 申请人:上海琥达投资发展有限公司, 青海西旺高新材料有限公司