一种可激光打标的白色聚丙烯材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种可激光打标的白色聚丙烯材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯（PP）具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等优点，广泛应用在汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等领域。聚丙烯制品在实际应用中，特别是家电领域，为提高产品的可辨识性和追溯性，通常需在其表面进行标识。

激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种标记方法，其具有永久性、防伪性、非接触性、适用性广、雕刻精度高、加工效率高等优点，在塑料制品标识方面的应用得到快速发展。

对于白色聚丙烯材料，由于白色聚丙烯基本上不吸收激光束能量，无法将光能转化成为热能，其激光打标性能差，一般只能产生模糊的、几乎不能识别的标记。目前的可激光打标的白色聚丙烯材料，通常需要添加激光打标剂、并且打标工艺参数设定很高，才能打出清晰可辨的标记，且其标记效果局限，颜色单一，只能呈现出黑色的标记效果，满足不了市场多样化的外观需求。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种白色聚丙烯材料，不需再额外添加激光打标剂，可激光打标出清晰的黄色标记。

本发明的另一目的在于提供上述聚丙烯材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述聚丙烯材料的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种可激光打标的白色聚丙烯材料，按重量份数计，包括以下组分：

PP树脂 900-990份；

白色颜料 10-100份；

色粉混合物 0.01-0.1份；

所述的色粉混合物为包括乙炔炭黑、群青和群青紫的混合物，其中，基于所述聚丙烯材料的总重量，所述的乙炔炭黑的含量为0.0002%-0.001%，所述的群青的含量为0.001%-0.006%，所述的群青紫的含量为0.002%-0.008%，且群青和群青紫的总含量<0.01%。

所述的白色颜料选自硫化锌。

本发明经研究发现，通过在聚丙烯树脂中添加一定量的硫化锌，与乙炔炭黑、群青和群青紫组成的色粉混合物协同作用，能够使白色聚丙烯材料上激光打标出黄色的标记。硫化锌能够使材料达到较高的白度，同时其对红外激光有一定的透射性，能量有部分损失，所示导致使聚集在PP材料表面的能量降低，而一定含量的乙炔炭黑、群青和群青紫色粉混合物，可以调节材料遮光度和色相、保证材料白色的纯正性，同时提高材料的具有热量传导性及均匀性，从而使激光烧蚀对PP材料的烧灼能够达到一定程度又不够会过于透彻，最终而显示出清晰的黄色打标效果标记。

一般的，白色颜料在本发明要求的添加量下，即基于所述聚丙烯材料的总重量，白色颜料的含量为1%-10%，材料能够具有较高的白度，同时能够实现较好的黄色激光打标效果；若添加量过少，材料白度低，且无法打出黄色标记；若添加量过多，材料白度提高不明显，增加成本，而且反而会使打标效果变差，同时影响材料的力学性能，特别是冲击强度。优选的，基于所述聚丙烯材料的总重量，所述的白色颜料的含量为2%-8%；更优选的，基于所述聚丙烯材料的总重量，所述的白色颜料的含量为3%-6%。

为保证材料的白度，以及更好的激光打标色彩呈现，优选的，基于所述聚丙烯材料的总重量，所述的乙炔炭黑的含量为0.0004%-0.00085%，所述的群青的含量为0.002%-0.004%，所述的群青紫的含量为0.004%-0.0065%。

更优选的，基于所述聚丙烯材料的总重量，所述的乙炔炭黑的含量为0.0006%-0.00075%，所述的群青的含量为0.0025%-0.003%，所述的群青紫的含量为0.005%-0.006%。

本发明主要研究使用色粉组合改善聚丙烯材料的激光打标效果，对于PP树脂，选用均聚聚丙烯或共聚聚丙烯均能实现本发明效果。

根据材料性能需求，所述的可激光打标的白色聚丙烯材料，按重量份数计，还包括1-5份加工助剂；2-6份抗氧剂。

所述的加工助剂选自聚乙烯蜡、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺或硬脂酸盐类中的任意一种或几种；所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的任意一种或几种。本发明对加工助剂和抗氧剂的种类和来源没有要求，技术人员可以根据实际情况需求选择合适的加工助剂和抗氧剂种类添加。

本发明还提供上述可激光打标的白色聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照配比将各组分加入高速混合机或者密炼机混合均匀，得到混合物料；

（2）将步骤（1）中得到的混合物料经过喂料器喂入挤出机或者密炼机中，温度为60℃-220℃，进行混炼、挤出、冷却、切粒，制得可激光打标的白色聚丙烯材料。

本发明还提供上述可激光打标的白色聚丙烯材料在家用电器领域中的应用。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明研究使用色粉组合改善聚丙烯材料的激光打标性能，通过添加白色颜料和乙炔炭黑、群青、群青紫组成的色粉混合物，制得可激光打标的高白度的白色聚丙烯材料，其激光打标可呈现黄色效果，打破了传统聚丙烯材料在激光打标时只能“白打黑”的技术局限，拓宽了白色聚丙烯材料激光打标颜色的多样性，满足市场多样化的外观需求。

本发明的可激光打标的白色聚丙烯材料不需额外添加激光打标剂，成本经济。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

对本发明实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：

PP树脂1：共聚聚丙烯，PP HP500N，中沙；

PP树脂2：均聚聚丙烯，PP T30S，大庆；

白色颜料1 ：硫化锌1，泛能拓；

白色颜料2 ：硫化锌2，湖北实顺生物科技有限公司；

白色颜料3：钛白粉，杜邦；

白色颜料4：锌钡白，蒂蓝化工；

乙炔炭黑：和兴化学工业；

着色炭黑：安徽黒钰颜料新材料有限公司；

群青：海格瑞；

群青紫：海格瑞；

抗氧剂：抗氧剂1010与抗氧剂168按重量比1:1复配；

加工助剂：芥酸酰胺，市购。

实施例和对比例的制备方法：

（1）按照表1或表2配比将各组分加入高速混合机混合均匀，得到混合物料；

（2）将步骤（1）中得到的混合物料经过喂料器喂入挤出机中，温度设置为一区：60℃，二区：160℃，三区：180℃，四区：200℃，五区：200℃，六区：210℃，七区：200℃，8区：220℃，进行混炼、挤出、冷却、切粒，制得聚丙烯材料。

表1：实施例1~10各组分用量配比（按重量份数计）

表2：对比例1~10各组分用量配比（按重量份数计）

将上述实施例和对比例制备得到的聚丙烯材料，通过注塑机进行注塑成平整的方板（100mm*100mm）；所选注塑机为卧式挤出机，注塑温度为200℃±5℃；再使用塑料专用红外激光打标设备将得到的方板进行激光打标后，使用color-Eye测色仪进行颜色测试，以Lab颜色模型分析材料和打标字体颜色，其中L值代表颜色的深浅（L值越大，白度越高，L值为90以上材料白度较好），a值代表颜色红绿（a值越大越红），b值代表颜色的黄蓝（b值越大越黄），测试结果如表3/4所示。

打标字体黄色效果评价：打标字体的b值越大，表明打标字体呈现的黄相越好（黄色效果越好），607.0时，能够呈现出明显的黄色。

打标字体清晰度评价：计算材料打标前后的明度变化绝对值∣ΔL∣=∣L

表3：实施例1~10聚丙烯材料的激光打标效果测试结果

接表3：

接表3：

表4：对比例1~10聚丙烯材料的激光打标效果测试结果

接表4：

接表4：

由上述实施例和对比例可以看出，本发明通过添加一定含量的白色颜料和乙炔炭黑、群青、群青紫组成的色粉混合物，制得白色聚丙烯材料，白度高（颜色测试的L值达到90以上），其激光打标字体清晰（打标前后的明度变化∣ΔL∣>7），且标记颜色可呈现出较好的黄色效果。

实施例1-6比较，在一定范围内，硫化锌含量越高，材料的白度越高（L值越高），在3%的含量即可获得较高的白度和较好的打标效果，此时再增加硫化锌添加量，对材料白度提高不明显，且更高的硫化锌添加量反而会影响打标效果。

对比例1/2与实施例1比较，对比例1使用钛白粉，虽能制得白度较高的白色材料，但其激光打标字体的L值小于30，颜色为黑色，无法呈现出黄色效果；对比例2使用锌钡白，制得材料白度低，为灰白色，且其激光打标字体的L值小于30，颜色为黑色，无法呈现出黄色效果。

对比例3与实施例1比较，选择着色炭黑代替乙炔炭黑的使用，制得材料白度低，为灰白色，其激光打标字体黄相差，呈现灰黄色，且打标字体模糊，清晰度差。

对比例4/5与实施例1比较，色粉混合物含量过高，材料白度低，为浅灰色或浅蓝色，且其激光打标字体黄色相差，且打标字体模糊，清晰度差。

对比例6/7与实施例1比较，硫化锌含量过低或过高，均不能实现清晰的黄色打标效果。

对比例8，不添加白色颜料，材料白度低，其激光打标字体颜色为灰色且模糊难以辨识。

对比例9，不添加乙炔炭黑，虽能制得白度较高的白色材料，但其激光打标字体为灰色且模糊难以辨识。

对比例10，不添加群青、群青紫，材料白度低、黄相较高，为黄白色，不能满足外观制件对白色材料的白度要求，且其激光打标字体模糊、黄相差，呈现灰黄效果。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。