CN103937072B - 复合颗粒着色高密度聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合颗粒着色高密度聚乙烯材料及其制备方法。原料按重量份数称取：高密度聚乙烯100～120份，复合颗粒30～50份，乙撑双硬脂酰胺8～14份，氯化聚乙烯0.5～0.9份，抗氧剂0.2-0.6份；所述复合颗粒由纳米BaCO3晶须、纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒和粘结剂组成，纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒通过粘结剂粘结在纳米BaCO3晶须上；其中，纳米BaCO3晶须10-30份，纳米TiO2 5-10份，纳米无机颜料颗粒 2-5份，粘结剂 5份。本发明通过添加复合颗粒对高密度聚乙烯材料进行着色，提供一种着色均匀且力学性能优良的高密度聚乙烯，同时还降低了着色高密度聚乙烯的生产成本。

Description

复合颗粒着色高密度聚乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高密度聚乙烯材料，尤其涉及一种复合颗粒着色高密度聚乙烯材料及其制备方法。
背景技术
自1953年Ziegler使用TiCl4和AlEt3在低压下使乙烯聚合生成HDPE,迄今已有50多年，高密度聚乙烯的开发生产不断取得创新，因其综合性能优良，原料来源丰富，成本较低而不断开发出新的用途和市场。HDPE呈乳白色半透明的蜡状固体，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，与LDPE、LLDPE比较，HDPE支链化程度最小，分子能紧密地堆砌,密度最大(0.941～0.965gPcm3)，结晶度高。HDPE有较高的刚性及韧性，良好的力学性能及较高的使用温度。与LDPE比较，有较高的耐温、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性，电绝缘性和抗冲击性及耐寒性都很好。HDPE在强度和劲度方面比LDPE好，韧性比PVC、LDPE高。HDPE吸水性极微小，无毒，化学稳定性及佳,薄膜对水蒸汽、空气的渗透性小。HDPE目前是世界生产能力和需求量位居第三大类的聚烯烃品种,其主要用于薄膜、吹塑、管材等。
已知的高密度聚乙烯着色成型加工中所使用的着色剂主要有干着色剂和着色母料。
干着色剂是干燥的粉末，颜料和分散剂容易飞散，带来作业性差、劳动卫生上的问题及环境污染问题。此外，干着色剂着色浓度低，分散不良，在制造高浓度和着色精度高的制品时是不适宜的。
着色母料是目前流行的高分子材料专用着色剂。它由颜料或染料、载体和添加剂三种基本要素所组成，是把超常量的颜料或染料均匀地载附于树脂之中而得到的聚集体。着色母料使用的颜料，其状态可分为原生颗粒、凝聚体、团聚体。当颜料处于原生颗粒状态的时候，其分散性最好，着色力最强，遮盖性能最佳。原生颗粒状态是颜料着色性能的最佳状态。但是，原生颗粒状态的颜料由于分子间的作用力，会形成粒径大许多倍的凝聚体，凝聚体间的作用力又会形成粒径更大的团聚体。颜料在包装、运输、储存的过程中由于挤压、吸潮会形成比团聚体粒径大许多倍的颜料颗粒。传统着色母料生产工艺的二次剪切由于其自身的技术缺陷，不能将颜料充分还原成原生颗粒状态，所以分散性等多项性能的提高受到限制。而且，着色母料的制造过程长，步骤复杂，制造价格很高，一般都要经过预分散-混炼-造粒等处理过程。
此外，无论是干着色剂颜料还是着色母料对HDPE的力学性能都有不利的影响。两种着色剂对HDPE力学性能的影响趋势大体相似，都是随着着色剂加入量的增加,缺口冲击强度、拉伸强度、伸长率、热变形温度呈下降趋势。这主要是干着色剂颜料与聚丙烯的亲和性差，导致的物理机械性能下降；而着色母料则是由于母料中含有较多有机低分子物(着色剂、卤素阻燃剂、分散剂等)和无机化合物(Sb2O3、ATH等)，使聚烯烃的力学性能受到影响。
发明内容
本发明通过添加复合颗粒对高密度聚乙烯材料进行着色，提供一种着色均匀且力学性能优良的高密度聚乙烯，同时还降低了着色高密度聚乙烯的生产成本。
本发明的技术方案如下：一种复合颗粒着色高密度聚乙烯材料，原料按重量份数称取：
高密度聚乙烯100～120份，复合颗粒30～50份，乙撑双硬脂酰胺8～14份，氯化聚乙烯0.5～0.9份，抗氧剂0.2-0.6份。
所述复合颗粒由纳米BaCO3晶须、纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒和粘结剂组成，所述纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒通过粘结剂粘结在纳米BaCO3晶须上；其中，纳米BaCO3晶须10-30份，纳米TiO25-10份，纳米无机颜料颗粒2-5份，粘结剂5份。
粘结剂选自选铝、钙、锂、镁、钛、锌和锆的脂肪酸盐，在高于60℃低于160℃的温度下软化或部分熔融。
纳米无机颜料颗粒选自镉红、铬黄、氧化铁红、氧化铁黄、炭黑。
抗氧剂选自β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或者它们的混合物。
一种复合颗粒着色高密度聚乙烯材料的制备方法，所述方法按照下述步骤进行：
①将粘结剂在高于60℃低于160℃的温度下软化或部分熔融以在纳米BaCO3晶须表面成膜，加入纳米TiO2颗粒和纳米无机颜料颗粒，迅速混合制备复合颗粒；
②将高密度聚乙烯、复合颗粒按规定量加入高速混合机初混；
③将乙撑双硬脂酰胺、氯化聚乙烯、抗氧剂按规定量加入高速混合机中，高速混合并升温加热至80-110℃，混合加热10-20分钟后，冷却至室温；
④将混合物加入双螺杆挤出机中，挤出、造粒。
粘结剂在低于60℃的温度下软化或部分熔融，将会不利于高密度聚乙烯材料热稳定性能的提高；在高于160℃的温度下软化或部分熔融，则容易在制备复合颗粒时造成颗粒的团聚，不利于颗粒在高密度聚乙烯材料中的均匀分布。
复合颗粒既能克服干着色剂着色浓度低，分散不良的缺陷，又能避免使用着色母料所带来的制造过程长，步骤复杂，制造价格高的缺陷。
本发明的有益效果是：
本发明复合颗粒着色的高密度聚乙烯材料，保持了高密度聚乙烯的成形性能好、表面质量高、组织致密、强度高、抗腐蚀性高等特点，同时，无机颜料和无机填料以复合颗粒的形式均匀的分布在高密度聚乙烯材料中，保证了高密度聚乙烯材料着色均匀且力学性能一致，减少各组分由于密度不同所造成的偏析。复合颗粒改善了高密度聚乙烯与无机颜料、无机填料之间的相容性，使两相结合力提高，能有效的在两相之间传递和分配应力和应变。纳米BaCO3晶须与纳米颗粒的复合，同时起到了增强与增韧作用。使用本发明复合颗粒着色的高密度聚乙烯材料，避免了有机低分子物(着色剂、卤素阻燃剂、分散剂等)和无机化合物(Sb2O3、ATH等)带来的不利影响，不但没有降低高密度聚乙烯材料的力学性能，反而使其力学性能得到极大提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
高密度聚乙烯100份，复合颗粒30份，乙撑双硬脂酰胺8份，氯化聚乙烯0.5份，抗氧剂0.2份。
所述复合颗粒由纳米BaCO3晶须、纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒和粘结剂组成，所述纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒通过粘结剂粘结在纳米BaCO3晶须上；其中，纳米BaCO3晶须15份，纳米TiO25份，纳米无机颜料5份，粘结剂5份。
粘结剂为脂肪酸锌；纳米无机颜料为镉黄；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
按照下述步骤制备复合颗粒着色高密度聚乙烯材料：
①将粘结剂在高于60℃低于160℃的温度下软化或部分熔融以在纳米BaCO3晶须表面成膜，加入纳米TiO2颗粒和纳米无机颜料颗粒，迅速混合制备复合颗粒；
②将高密度聚乙烯、复合颗粒按规定量加入高速混合机初混；
③将乙撑双硬脂酰胺、氯化聚乙烯、抗氧剂按规定量加入高速混合机中，高速混合并升温加热至80-110℃，混合加热10-20分钟后，冷却至室温；
④将混合物加入双螺杆挤出机中，挤出、造粒。
实施例2
高密度聚乙烯120份，复合颗粒50份，乙撑双硬脂酰胺14份，氯化聚乙烯0.9份，抗氧剂0.6份。
所述复合颗粒由纳米BaCO3晶须、纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒和粘结剂组成，所述纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒通过粘结剂粘结在纳米BaCO3晶须上；其中，纳米BaCO3晶须30份，纳米TiO210份，纳米无机颜料5份，粘结剂5份。
粘结剂为脂肪酸镁；纳米无机颜料为镉红；抗氧剂为β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯。
工艺步骤同实施例1。
实施例3
高密度聚乙烯110份，复合颗粒40份，乙撑双硬脂酰胺10份，氯化聚乙烯0.8份，抗氧剂0.5份。
所述复合颗粒由纳米BaCO3晶须、纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒和粘结剂组成，所述纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒通过粘结剂粘结纳米BaCO3晶须上；其中，纳米BaCO3晶须25份，纳米TiO26份，纳米无机颜料4份，粘结剂5份。
粘结剂为脂肪酸钙；纳米无机颜料为氧化铁红；抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
工艺步骤同实施例1。
比较例1
高密度聚乙烯120份，纳米BaCO3晶须30份，纳米TiO210份，镉红5份，乙撑双硬脂酰胺14份，氯化聚乙烯0.9份，抗氧剂0.6份。
抗氧剂为β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯。
按照下述步骤制备改性高密度聚乙烯材料：
①将高密度聚乙烯，纳米BaCO3晶须，纳米TiO2，镉红按规定量加入高速混合机初混；
②将乙撑双硬脂酰胺、氯化聚乙烯、抗氧剂按规定量加入高速混合机中，高速混合并升温加热至80-110℃，混合加热10-20分钟后，冷却至室温；
③将混合物加入双螺杆挤出机中，挤出、造粒。
比较例2
高密度聚乙烯100份，纳米BaCO3晶须15份，纳米TiO25份，镉黄5份，乙撑双硬脂酰胺8份，氯化聚乙烯0.5份，抗氧剂0.2-份。
抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
工艺步骤同比较例1。
比较例3
高密度聚乙烯100份，纳米BaCO3晶须15份，纳米TiO25份，色母粒5份，乙撑双硬脂酰胺8份，氯化聚乙烯0.5份，抗氧剂0.2-份。
抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
上述实施例、比较例性能测试结果：
注：各测试项目均按相关国家标准进行(阻燃性按极限氧指数测试方法)
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 (3)

1.一种复合颗粒着色高密度聚乙烯材料，原料按重量份数称取：高密度聚乙烯100～120份，复合颗粒30～50份，乙撑双硬脂酰胺8～14份，氯化聚乙烯0.5～0.9份，抗氧剂0.2-0.6份；所述复合颗粒由纳米BaCO3晶须、纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒和粘结剂组成，所述纳米TiO2颗粒、纳米无机颜料颗粒通过粘结剂粘结在纳米BaCO3晶须上；其中，纳米BaCO3晶须10-30份，纳米TiO25-10份，纳米无机颜料颗粒2-5份，粘结剂5份；粘结剂选自选铝、钙、锂、镁、钛、锌和锆的脂肪酸盐，在高于60℃低于160℃的温度下软化或部分熔融。
抗氧剂选自β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或者它们的混合物。
2.如权利要求1所述复合颗粒着色高密度聚乙烯材料，其特征在于：纳米无机颜料颗粒选自镉红、铬黄、氧化铁红、氧化铁黄、炭黑。
3.如权利要求1-2所述复合颗粒着色高密度聚乙烯材料的制备方法，按照下述步骤进行：
①将粘结剂在高于60℃低于160℃的温度下软化或部分熔融以在纳米BaCO3晶须表面成膜，加入纳米TiO2颗粒和纳米无机颜料颗粒，迅速混合制备复合颗粒；
②将高密度聚乙烯、复合颗粒按规定量加入高速混合机初混；
③将乙撑双硬脂酰胺、氯化聚乙烯、抗氧剂按规定量加入高速混合机中，高速混合并升温加热至80-110℃，混合加热10-20分钟后，冷却至室温；
④将混合物加入双螺杆挤出机中，挤出、造粒。
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