CN102070820A - 一种耐高温聚乙烯色母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐高温聚乙烯色母粒及其制备方法。目前因国内石化企业尚未生产该PE-RT材料，故其配用的色母粒也需进口，但价格高。本发明采用的技术方案为：一种耐高温聚乙烯色母粒，其包括基体树脂20~30%、纳米蒙脱土3~5%、分散剂7~15%、阻交联剂0.3~1%、聚硅氧烷有机硅表面活性剂0.5~2%、抗氧化剂1~3%、光稳定剂1~3%、颜料20~70%；所述的阻交联剂为二甲基亚砜、二甲胺或二甲基甲酰胺；所述的分散剂为低分子聚乙烯蜡或乙烯-醋酸乙烯蜡与含氟聚合物的复配物。本发明按比例掺入PE-RT后，能制造出多种色泽的PE-RT管道，保证了PE-RT管材的力学性能不降低而有所提高。

Description

一种耐高温聚乙烯色母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及工程塑料着色用色母粒，具体地说是一种耐高温聚乙烯色母粒及其制备方法。

背景技术

耐热聚乙烯(PE-RT)系新型材料，替代交联聚乙烯(PE-X)、PP铝塑复合管等化工进、排水管的首选新材料。PE-RT除聚乙烯材料质轻、耐腐、耐酸碱外，更具长期耐110℃高温与加工流动性好的突出优点。目前因国内石化企业尚未生产该PE-RT材料，故其配用的色母粒也需进口，但价格高，国内未见有PE-RT色母粒的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种配方设计合理的耐高温聚乙烯色母粒，按比例掺入PE-RT后，能制造出白、黄、桔、红、兰、绿、棕等七种色泽的PE-RT管道。

本发明采用的技术方案为：一种耐高温聚乙烯色母粒，其各组分的配比按重量百分比计分别为：基体树脂20～30％、纳米蒙脱土3～5％、分散剂7～15％、阻交联剂0.3～1％、聚硅氧烷有机硅表面活性剂0.5～2％、抗氧化剂1～3％、光稳定剂1～3％、颜料20～70％；

所述的基体树脂为乙烯与辛烯共聚物、丁烯与辛烯共聚物或前二者的共混物，或者以上任一种经马来酸酐、丙烯酸或苯乙烯接枝的改性聚烯烃材料；所述的阻交联剂为二甲基亚砜、二甲胺或二甲基甲酰胺；所述的分散剂为低分子聚乙烯蜡或乙烯-醋酸乙烯蜡与含氟聚合物的复配物，所述的含氟聚合物为可熔性聚四氟乙烯。

本发明为PE-RT配制专用色母粒，使其具备强耐温性、持久耐静液压强度和优良抗冲击强度、而且挤出生产管材无需交联；良好的柔韧性和高温稳定性的PE-RT力学性能得以保持和提高，并且赋予它良好感观，不仅可在冷、热水系统中应用，并且还广泛适用于地面辐射采暖系统。

所述的颜料选用金红石型钛白粉、钛黄粉、苯并咪唑酮黄、蒽醌橙、喹吖啶酮红、酞青兰、酞青绿、苯并咪唑硐棕中的任一种或二种以上的复合物。

所述的抗氧化剂选用受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配物。

所述的光稳定剂为紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、含镍稳定剂中的任一种。

所述的纳米蒙脱土粒径小于100nm。

所述的耐高温聚乙烯色母粒，还添加了硬脂酸金属盐，所述的硬脂酸金属盐为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸镁中的任一种，其加入量为各组分重量百分比总和的1～2％。

分散剂以聚乙烯蜡和含氟聚合物为主辅以聚硅氧烷有机硅表面活性剂，一是基于为提高纳米蒙脱土与颜料及其它添加助剂在加工过程中能达到纳米级的分散，从而保证色母粒在PE-RT管道中的均匀分散、分布；二是基于为提高纳米蒙脱土与颜料及其它添加助剂表面活性剂与分散剂表面改性后与基体树脂相容性增强，从而保证力学性能的提高；三是基于可熔性聚四氟乙烯具有优异的耐热稳定性与非迁移性，它能提高材料的爽滑性、流动性与脱膜性，故能明显降低加工过程中剪切摩擦系数，减小设备磨耗，降低机筒自身发热，避免因高温、高剪切产生物料粘附螺杆、口模而导致非正常流动产生制品表面缺陷和制品的力学性能下降。

阻交联剂二甲基亚砜、二甲胺或二甲基甲酰胺等的加入系基于用普通聚烯烃色母粒添加在PE-RT树脂中生产、管材或管件时，其PE-RT制品力学性能或多或少均有降低、特别发现在需要规格切换需换模口、模套或在停电、机械故障等停机情况后，重新开机二次加热生产则发现制品表面产生冷斑、趋纹、气泡流纹或表面粗糙等现象，长时间挤出变换工艺参数均无法消除此类现象，只有拆开模具，抽出螺杆清除粘附在模口或螺杆上的粘稠物才能恢复正常制品外观，解析原因是PE-RT熔体在高温下较长停当时间，PE-RT材料中催化剂残存促进催化或颜料与助剂中含金属离子作用致使PE-RT材料系带链结构与结晶度受破坏，从而产生轻度交联，粘附螺杆、膜口流口，引起熔体粘度差分别产生的丝、条、点、块状物携入制品内部或在表面产生，为此引入阻交联剂较好地解决这一问题。

抗氧剂与光稳定剂的加入可进一步提高PE-RT材料在加工过程中的热稳定性，避免热氧老化产生变色和力学性能降低。

着色剂-颜料，首先要求颜料达到饮用水管道卫生标准；再要求耐热性＞210℃、耐光性7级以上、能耐酸碱、防腐、粒径小、结构稳定。着色剂的作用是在加入到PE-RT树脂后，在其制品成型过程中产生特定的颜色，在其成型过程及使用过程中保持稳定不变，无褪色，无浸出、无毒、耐候性好。

上述耐高温聚乙烯色母粒的制备方法如下：所述的基体树脂先与纳米蒙脱土、抗氧化剂、分散剂、表面活性剂、硬脂酸金属盐和光稳定剂混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料，上述抗氧化剂、分散剂、表面活性剂、硬脂酸金属盐和光稳定剂的用量为配方添加量的40-60％，所述的纳米复合材料再与颜料和其他余下的所有材料在高速搅拌机上混合，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒。

先由基体树脂与纳米蒙脱土混合等制备纳米复合材料，基于1、色母料载体与基材PE-RT同属含辛烯单体共聚物，结构相似，不含产生相容性排斥而损害PE-RT材料力学性能，2、利用纳米粒子的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用，提高PE-RT材料的综合力学性能。

本发明经实际应用，具有以下突出优点和积极效果：

1、PE-RT管材专用色母粒耐热性优良、色泽稳定；

在注塑机设定平均温度210℃，加热时间分别为10min和90min条件下分别注塑制得色板，将色板与标准样板在美国Datacolor公司的测色仪进行比对测试，二者与标准色板的ΔE＜2，说明PE-RT专用色母粒的耐热性能优良。

2、PE-RT管材专用色母粒对PE-RT管道力学性能没有产生不利影响，并且略有提高。

纯PE-RT与专用色母粒着色后的样条力学性能测试表

3、PE-RT管材专用色母粒提高了PE-RT成型生产管道工艺的流动性、产能，管材表面光洁度良好。

4、PE-RT管材专用色母粒放大生产后停机换模，二次加热后的验证：

单螺杆挤出机直径65，L/D25∶1，温度：加料段180℃、压缩段220℃、计量段230℃、机头/口膜220-230℃，口膜至定径套距离：2-10CM，挤出速率25g/min，牵引速度410mm/s；PE-RT料比专用色母料(100∶2)。连续生产48小时，管材表面光滑细腻、无任何异常。后切换规格，需换模头口径停机14小时后，重新加热开机，只有首先挤出的约7-10分钟管材表面手感略有毛刺外，以下全部如前生产管材，经检测符合标准试样。

本发明实现了PE-RT树脂与无机粒子在纳米级尺度上的结合，因此赋予材料优异的力学性能、热性能；分散剂、抗氧剂、表面活性剂等低摩尔质量物的加入，特别是含氟聚合物加入，提高了螺杆、料筒及口模的光滑度，提高了PE-RT分子间的滑动性，减轻了剪切摩擦，减少了熔体发热，使得PE-RT材料的流动性更加顺畅；阻交联剂的加入杜绝了高温、高剪切速率情况下PE-RT材料熔体系带链的破坏或催化剂残余物及其它助剂释放的金属离子造成的催化反应而产生交联物；保证管材挤出生产正常，保证了PE-RT管材的力学性能不降低而有所提高。

具体实施方式

下表中所述本发明的7个实施例分别以金红石型钛白粉(1)、苯并咪唑酮黄(2)、蒽醌橙(3)、喹哪啶酮红(4)、酞青兰(5)、酞青绿(6)、苯并咪唑酮棕(7)为着色剂颜料，以纳米级层状蒙脱土为增强剂，以聚乙烯蜡、可熔性聚四氟乙烯及聚硅氧烷有机硅为分散、润滑剂，以二甲基亚砜或二甲胺、二甲基甲酰胺等为阻交联剂，以mLLDPE，PE-RT或丙烯酸、苯乙烯接枝mLLDPE为载体树脂，但实施例不应解释为限定本发明的范围。

上述实施例的制备步骤如下：

备用：

1、将双螺杆挤出机拉出组合用5组剪切块，每组二个并行，将角度90°的正向啮合块换成KB30°/5/56的正向啮合块，将真空口压料块进行反向加工。目的确保剪切分散、分布均匀性提高，达到纳米级或亚纳米级分散。

2、将mLLDPE、PE-RT、层状纳米硅酸盐按配比计量称妥，然后再按配比重量50％的聚硅氧烷有机硅表面活性剂、聚乙烯蜡、硬脂酸金属盐、抗氧剂、光稳定剂，混入搅匀，加入双螺杆挤出机，控温在160-220℃，转速为60-100r/min情况下挤出造粒成纳米复合材料。

3、将余下尚未计量的组分、按配比计量连同备用的纳米复合材料放入高速捏合机中，增混5-8分钟，见有结团，手捏即散的情况下，出料备用。

4、将已混合好的原料输送至双螺杆挤出机料斗中挤出造粒，控制螺杆转速为180-270r/min；温度为160-220℃，得到本发明的PE-RT专用色母粒。

将上述实施例1-7制得的母粒与PE-RT树脂以(1∶50)混合，经注塑制得样板，经测试各项性能如下表：

Claims (8)

1.一种耐高温聚乙烯色母粒，其各组分的配比按重量百分比计分别为：基体树脂20~30%、纳米蒙脱土3~5%、分散剂7~15%、阻交联剂0.3~1%、聚硅氧烷有机硅表面活性剂0.5~2%、抗氧化剂1~3%、光稳定剂1~3%、颜料20~70%；

所述的基体树脂为乙烯与辛烯共聚物、丁烯与辛烯共聚物或前二者的共混物，或者以上任一种经马来酸酐、丙烯酸或苯乙烯接枝的改性聚烯烃材料；所述的阻交联剂为二甲基亚砜、二甲胺或二甲基甲酰胺；所述的分散剂为低分子聚乙烯蜡或乙烯-醋酸乙烯蜡与含氟聚合物的复配物。

2.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯色母粒，其特征在于所述的含氟聚合物为可熔性聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯色母粒，其特征在于所述的颜料选用金红石型钛白粉、钛黄粉、苯并咪唑酮黄、蒽醌橙、喹吖啶酮红、酞青兰、酞青绿、苯并咪唑硐棕中的任一种或二种以上的复合物。

4.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯色母粒，其特征在于所述的抗氧化剂选用受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配物。

5.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯色母粒，其特征在于所述的光稳定剂为紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、含镍稳定剂中的任一种。

6.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯色母粒，其特征在于所述纳米蒙脱土的粒径小于100nm。

7.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯色母粒，其特征在于它还添加了硬脂酸金属盐，所述的硬脂酸金属盐为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸镁中的任一种，其加入量为各组分重量百分比总和的1~2%。

8.权利要求1-7任一项所述耐高温聚乙烯色母粒的制备方法，其步骤如下：所述的基体树脂先与纳米蒙脱土、抗氧化剂、分散剂、表面活性剂和光稳定剂混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料，上述抗氧化剂、分散剂、表面活性剂和光稳定剂的用量为配方添加量的40-60%，所述的纳米复合材料再与颜料和其他余下的所有材料在高速搅拌机上混合，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒。