一种增强型高耐候的色母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及色母粒生产技术领域，具体涉及一种增强型高耐候的色母粒及其制备方法。

背景技术

硅胶及其制品广泛应用于建筑工程、电子电器按键、汽车保护罩、婴儿奶嘴、胶管和面罩等，通常，依据产品功能和应用特性需要赋予硅胶及其制品不同的颜色，而赋予需求颜色的主要功能性原料为色粉或色浆。目前工业化生产技术中，硅胶及其制品着色多采用生胶或硅油直接与色粉混合经捏合、混炼和高速分散等工艺使硅胶及其制品着色，但存在色粉分散不均匀、容易出现分层、析出等问题，特别是国内生产胶用增塑剂主要为白油或甲基硅油，但色粉含有羟基、羰基、氨基或氰基等极性基团，与非极性的白油或甲基硅油的分散性和相容性不好，并且这些问题在低温条件下更加突出。

另外，色粉及其制品的低温耐候性不佳。例如CN110066480B公开了一种通过添加色母粒来提高PVC电工套管耐候性、力学性能及光学性能的方法，优点是成本低，缺点是色母粒着色载体含量高，导致其颜料含量少，导致其制品耐候性降低，而且在弯曲时会产生应力发白现象。

因此，如何改善色粉及其制品的低温耐候性以及色粉的色牢度是亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种增强型高耐候的色母粒，通过对色粉进行改性优化，得到低温耐候性和色牢度改善的色粉。

本发明的另一目的在于提供这种增强型高耐候的色母粒的制备方法。

为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种增强型高耐候的色母粒，包括如下重量份的组分：载体30～70份、抗氧剂0.1～5份、增塑剂0.5～10份、改性色粉10～30份；

其中，所述改性色粉为经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性的色粉，色粉与经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点的质量比为100：2～30：0.5～10。

在一个具体的实施方案中，包括如下重量份的组分：载体35～65份、抗氧剂0.5～3份、增塑剂1～8份、改性色粉12～25份。

在一个具体的实施方案中，色粉与经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点的质量比为100：5～25：1～8。

在一个具体的实施方案中，所述载体选自PVC树脂、聚丙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丁腈橡胶、氯化聚乙烯中的一种或几种。

在一个具体的实施方案中，所述抗氧剂选自抗氧剂1024、抗氧剂1330、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂3114中的一种或几种。

在一个具体的实施方案中，所述增塑剂选自磷酸三丁酯。

在一个具体的实施方案中，所述色粉选自炭粉、钛白粉、氧化铁色粉或柠檬黄色粉中的任一种。

在一个具体的实施方案中，所述(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅的结构通式如式(1)所示：

其中，R表示环氧基或(甲基)丙烯酰氧基，m＝1～100，n＝0～100。

在一个具体的实施方案中，改性色粉的改性步骤为：向(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅中加入碳量子点，随后向其中加入色粉，搅拌反应0.5～5h，干燥得到经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性的色粉。

本发明的另一方面，前述的增强型高耐候的色母粒的制备方法，包括将各组分原料投入高速搅拌机中，搅拌混合；然后将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中熔融、塑化、挤出、造粒，得到所述的色母粒的步骤。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

1)本发明的色粉采用(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点进行改性，通过(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅与色粉表面极性基团形成氢键在色粉表面接枝上(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅大分子，并加入碳量子点，有效改善了色粉及其制品的低温耐候性，同时色粉与载体的相容性好，在载体中的分散性好。

2)本发明的色粉中还加有碳量子点，利用碳量子点具有的多个多种类型的荧光活性中心，能够响应不同波长的光激发的特性，经过(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅的修饰，最终意外地提高了色粉的色牢度。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

一种增强型高耐候的色母粒，包括如下重量份的组分：载体30～70份、抗氧剂0.1～5份、增塑剂0.5～10份、改性色粉10～30份；其中，所述改性色粉为经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性的色粉，色粉与经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点的质量比为100：2～30：0.5～10。

一个优选的方案中，所述增强型高耐候的色母粒，包括如下重量份的组分：载体35～65份、抗氧剂0.5～3份、增塑剂1～8份、改性色粉12～25份；其中，所述改性色粉为经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性的色粉，色粉与经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点的质量比为100：5～25：1～8。

本发明中，所述载体没有特别的限制，可以是本领域常见的载体，例如树脂类载体，具体地，可以选自PVC树脂、聚丙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丁腈橡胶、氯化聚乙烯中的一种或几种。通常，色粉应用到什么材料里，优选该材料对应的树脂作为载体；例如色粉添加到PVC管材中时，可以选自PVC树脂作为载体，色粉添加到丁腈橡胶制品中时，选自丁腈橡胶作为载体。

本发明中，载体的重量份为30～70份，例如包括但不限于30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份，优选为35～65份。

所述抗氧剂选自抗氧剂1024、抗氧剂1330、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂3114中的一种或几种，例如前述抗氧剂中的任意一种，或者两种及两种以上的组合；当所述抗氧剂为几种的组合时，各组合抗氧剂的比例没有特别的限制，可以是任意的比例，例如是等比例混合。

本发明中，抗氧剂的重量份为0.1～5份，例如包括但不限于0.1份、0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份，优选为0.5～3份。

为便于挤出加工，本发明的色粉中还加入增塑剂，所述增塑剂例如为磷酸三丁酯。本发明中，增塑剂的重量份为增塑剂0.5～10份，例如包括但不限于0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份、10份，优选为1～8份。

所述色粉可以选自有机色粉或无机色粉的人一种，例如选自炭粉、钛白粉、氧化铁色粉或柠檬黄色粉中的任一种。色粉经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性为改性色粉。改性色粉的重量份为10～30份，例如包括但不限于10份、15份、20份、25份、30份，优选为12～25份。

改性色粉中色粉与经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点的质量比为100：2～30：0.5～10，例如100：2：0.5、100：5：1、100：10：5、100：15：8、100：20：5、100：30：10等，色粉与经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点的质量比优选为100：5～25：1～8。

具体地改性步骤例如为：按照上述重量份比例，向(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅中加入碳量子点，分散均匀后，随后向其中加入色粉，搅拌反应0.5～5h，干燥得到经(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性的色粉。

其中，所述(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅的结构通式如式(1)所示：

式中，R表示环氧基或(甲基)丙烯酰氧基，m＝1～100，n＝0～100。

本发明的色粉通过(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点的改性，既增强了色粉的强度等机械性能，又改善了色粉的低温耐候性；同时意外地改善了色粉的色牢度。

前述的增强型高耐候的色母粒的制备方法，包括将各组分原料投入高速搅拌机中，搅拌混合；然后将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中熔融、塑化、挤出、造粒，得到所述的色母粒的步骤。其中，熔融温度根据选用的载体相关，本领域技术人员根据载体的具体选型可以常规确定得到。例如以聚丙烯树脂为载体时，双螺杆挤出机的温度为170-200℃，双螺杆转速200-350rpm。

下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。

主要原料：

色粉攀钢钛白粉R258；

载体PVC树脂英力特P450；

碳量子点购自瑞禧生物；

抗氧剂1024、1076南京米兰化工；

磷酸三丁酯购自Sigma-Aldrich；

甲基丙烯酸改性环氧化有机硅按CN101555386B实施例1中的方法制备得到。

性能测试方法：

相容性、分散性检测：检测其外观，通过人眼观察是管材否有色斑、色块，评价色粉的分散均匀性。

耐候性检测：检测其低温耐候性，将管材置于60℃的烘箱中72h，冷却至室温，再将管材放入-10℃低温箱中24h。对管材进行冲击，查看管材耐候性情况。

根据GB/T 251-2008测试方法进行评估其色牢度，即耐迁移等级：指色母粒所选用的颜料的耐迁移性，迁移是指颜料从塑料内部迁移到制品表面上(起霜)或迁移到相邻塑料制品和溶剂中。1级最差(迁移严重)，5级最好(无迁移)。

制备例改性色粉的制备

向15g甲基丙烯酸改性环氧化有机硅中加入5g碳量子点，搅拌均匀后，随后向其中加入100g色粉，搅拌反应3h，80℃干燥6h得到经甲基丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性的色粉。

实施例1

聚丙烯色母粒的制备：将35g聚丙烯、1g抗氧剂1024、1g磷酸三丁酯、15g上述制备例的改性色粉加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

实施例2

聚丙烯色母粒的制备：将60g聚丙烯、1g抗氧剂1024、1g抗氧剂1076、5g磷酸三丁酯、20g上述制备例的改性色粉加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

实施例3

聚丙烯色母粒的制备：将70g聚丙烯、5g抗氧剂1076、10g磷酸三丁酯、30g上述制备例的改性色粉加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

实施例4

聚丙烯色母粒的制备：将30g聚丙烯、0.1g抗氧剂1076、0.5g磷酸三丁酯、10g上述制备例的改性色粉加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

对比例1

与实施例1相比，改性色粉不加入甲基丙烯酸改性环氧化有机硅，其他条件完全相同。

对比例2

与实施例1相比，改性色粉不加入碳量子点，其他条件完全相同。

对比例3

与实施例1相比，色粉不经任何改性，直接与载体、增塑剂、抗氧剂混合使用，其他条件完全相同。

对比例4

与实施例1相比，将甲基丙烯酸改性环氧化有机硅替换常见的硅烷偶联剂KH550，其他条件完全相同。

对比例5

与实施例1相比，将碳量子点替换为常见的炭黑，其他条件完全相同。

将实施例和对比例所得的色母粒按比例加入混料中制成管材，对管材进行性能检测，测试结果如表1所示。

表1实施例和对比例试样的性能测试数据

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由上表可知，本发明的增强型高耐候的色母粒，通过(甲基)丙烯酸改性环氧化有机硅和碳量子点改性，得到低温耐候性好、耐迁移性能也很好的色母粒。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。