CN102372911A - 一种高效的生物降解塑料专用色母组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效的生物降解塑料专用色母组合物及其制备方法，该色母组合物以质量百分比计，包含生物降解聚酯10.0%~80.0%、颜料1.0%~80.0%、润滑剂0.1%~10.0%、耐高温剂0.1%~5.0%和抗水解剂0.1%~5.0%，其制备方法是将各组分在高速混合机中混合后加入到熔融混炼设备进行混炼塑化并挤出、造粒、干燥即得。本发明提供的色母组合物不仅具有完全的生物降解性能，而且具有易分散，耐高温和抗水解的高效着色能力，在应用于生物降解塑料着色过程中能保持原有材料的物理机械性能。

Description

一种高效的生物降解塑料专用色母组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种色母组合物，具体涉及一种高效的生物降解塑料专用色母组合物及其制备方法。

背景技术

近年来，生物降解塑料的发展与日俱增，应用不断扩大，在包装材料，一次性餐具，农用地膜和日用制品等领域开始逐步取代传统塑料。生物降解塑料能够在更多领域更深层次取代传统塑料的关键是其在保证完全生物降解特性的同时能够提供与传统塑料相比的使用性能和价格。 目前，仅从着色应用而言，与传统塑料能提供之色彩缤纷的外观相比，生物降解塑料所能呈现的外观多为本色，显得过于单调，而在传统塑料着色应用中广泛使用的通用级色母却无法应用于生物降解塑料。通用级色母均以通用塑料为载体，如PE、PP或PS等，这些烯烃结构的载体与聚酯结构的生物降解塑料在极性方面具有较大差异，两者混合时的相容性问题，必然导致通用级色母在生物降解塑料中无法分散甚至无法着色。即便可以着色，也势必会导致生物降解塑料性能的大幅降低，最为关键的是其完全生物降解的特性因传统塑料载体的混入而荡然无存。

CN200810241673.0提供了一种全降解基色母料及其制备方法，该色母料是由载体树脂可完全降解材料、颜(染)料、表面处理剂、润滑分散剂、填充剂、热氧稳定剂及其它助剂构成，具有保持产品全降解性能的优点，但为能使色母料在生物降解塑料着色过程中具有更好的分散性，并同时能保持生物降解塑料的物理机械性能，其色母料的性能有待进一步的提高。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种高效的生物降解塑料专用色母组合物，该色母组合物不仅具有易分散，耐高温和抗水解的高效着色能力， 并能保持被着色材料的物理化学性能。

本发明的另一目的在于提供上述生物降解塑料专用色母组合物的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种高效的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：按质量百分比计，包含如下组分：

生物降解聚酯：10.0%~80.0%

颜料：1.0%~80.0%

润滑剂：0.1%~10.0%

耐高温剂：0.1%~5.0%

抗水解剂：0.1%~5.0%。

所述生物降解聚酯为具有生物降解性能的脂肪族聚酯或脂肪族/芳香族共聚酯，其生物降解性能符合标准En 13432，其分子量为10000~100000。具体为聚乳酸PLA、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚己内酯PCL、聚（己二酸丁二醇共对苯二甲酸丁二醇酯）PBAT、聚羟基烷酸酯PAHs和聚（丁二酸丁二醇酯共对苯二甲酸丁二醇酯）PBSA中的一种或几种的混合物。

所述颜料包括无机颜料和有机颜料，其平均粒径小于400nm。

所述润滑剂为硬脂酸及其盐、褐煤蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺和乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种的混合物。

所述耐高温剂为丙烯酸共聚物类物质，是由一种或几种环氧类丙烯酸共聚物混合组成，优选结构中含有2~15个环氧基团，摩尔质量为1000~7000g/mol的环氧类丙烯酸共聚物。

该类耐高温剂可以和所选用的生物降解聚酯的端基，如羟基或羧基反应，达到扩充直链或支链和增加相容性的目的，从而提高其组合物的耐热性能，改善组合物的加工性能和颜料的分散性。

所述抗水解剂为碳化二亚胺类物质，由一种或几种碳化二亚胺混合组成，优选结构中含有1~30个碳化二亚胺基团，摩尔质量为40~30000g/mol的碳化二亚胺。

碳化二亚胺类物质是一类含有碳化二亚胺基团（-N=C=N-）的化合物。现在比较成熟的制备碳化二亚胺及其聚合物的方法是由异氰酸酯在催化剂作用下加热生成。通过对反应溶剂的改进，如采用卤代烃、脂环醚、混合溶剂或不使用溶剂，最终得到高分子量的聚碳化二亚胺溶液或者粉末，并且有较好的储存稳定性。二异氰酸酯生成线性聚碳化二亚胺，三官能度以上异氰酸酯则生成具有支链结构的聚碳化二亚胺，这类缩聚物具有很高的熔融温度。聚碳化二亚胺的耐热性好、活性高，能与物质中微量的水发生反应，具有显著的抗水解性能。在生物降解聚酯中应用碳化二亚胺类物质，还可以有效提高材料的抗水解性能。

一种高效的生物降解塑料专用色母组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、按上述组分的质量配比称取各种原料，进行烘干；

b、将烘干后的各组分原料在高速混合机依次进行低速、高速搅拌，得到混合物；

c、将上述混合物送入熔融混炼设备进行混炼塑化并挤出造粒，干燥即得到生物降解塑料专用色母组合物。

熔融混炼时可以选用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机和开炼机等，为了提高生物降解速度控制剂的分散性，优选双螺杆挤出机。

所述高效的生物降解塑料专用色母组合物可应用于吹塑成型、挤出成型、注塑成型和纺丝成型等通用加工方法制备各种彩色制品。

作为吹塑成型可以是拉伸吹塑成型用于制备薄膜制品，如购物袋、包装袋、垃圾袋、手套和农膜等；也可以是注射成型用于制备容器制品，如瓶子等。作为挤出成型可以采用T型模头、圆口模头等，用于制备片材和管材等，如盘、碗、盆、饭盒、文件夹、绳子、吸管、硬质管材等。作为注塑成型可以是一般的注塑成型、也可以是气体注射成型和注射加压成型等，用于制备各种注射件，如筷子、刀叉、笔、文具、牙刷、梳子、衣架以及各种电子产品的结构件和壳体等。作为纺丝成型可以是熔融纺丝或溶液纺丝用于制备纤维制品，如长纤维、短纤维、无纺布等。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明所述的色母组合物以生物降解聚酯为载体，与着色生物降解塑料相容性一致，以超细颜料为着色剂，其颜料在载体中的平均分散粒径小于500nm，保证了颜料的分散程度在微米级,同时辅以高效的润滑剂，有效阻止了颜料的团聚，这些技术手段使得该色母在生物降解塑料着色过程中具有极佳的分散性；

（2）本发明得到的色母组合物符合生物降解塑料En13432的使用要求，与生物降解塑料混合后仍能完全保持原有材料的生物降解性能；

（3）本发明在色母组合物中引入环氧类丙烯酸共聚物的耐高温剂和碳化二亚胺类物质的抗水解剂，使其初始分解温度大于250度，经24小时90度热水浸泡后其熔融指数保持率在60%以上，可明显提高组合物的耐高温和抗水解性能，使得该组合物在应用于生物降解塑料着色过程中最大程度的保持了原有材料的物理机械性能。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下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下述实施例的限制。 

测试方法：

平均粒径：通过扫描电镜（SEM）测得；

初始分解温度：通过热重分析（TG）测得；

水煮熔指保持率：24小时90度热水浸泡后熔融指数与初始熔融指数的比值。

实施例1-5和比较例1-2  按表1所示组分的质量配比称取各种原料，进行烘干；将烘干后的各组分原料在高速混合机中，先先低速搅拌5分钟，再高速搅拌3分钟；混合均匀后加入到双螺杆挤出机中，该挤出机的直径为65mm，长径比为36:1，设有9个加热区并带有真空排气装置。挤出过程选择下述操作条件：

温度设定：80/150/190/190/190/190/190/190/170

喂料速度：100KG/H

螺杆转速：300RPM

真空压力：0.4大气压

挤出机料条挤出物通过水下热切方式造成颗粒后，在除湿干燥机中80度烘干2小时，即得生物降解塑料专用色母组合物，其性能测试如表2所示： 

  表1 生物降解塑料专用色母组合物的组成及含量

表2 实施例及对比例组合物的性能测试结果

实施例	平均粒径nm	初始分散温度	水煮熔指保持率
				实施例1	30	265	76.3
实施例2	150	255	77.1
				实施例3	200	270	65.9
实施例4	80	275	78.3
				实施例5	150	260	71.8
对比例1	1200	268	66.1
				对比例2	150	205	21.3

实施例1-5可用来吹塑成型、挤出成型、注塑成型、纺丝成型。

 从实施例结合对比例可以看到，所述的色母组合物，其颜料在载体中的平均分散粒径小于500nm，其初始分解温度大于250度，经24小时90度热水浸泡后其熔融指数保持率在60%以上。

Claims (10)

1.一种高效的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：按质量百分比计，包含如下组分：

生物降解聚酯：10.0%~80.0%

颜料：1.0%~80.0%

润滑剂：0.1%~10.0%

耐高温剂：0.1%~5.0%

抗水解剂：0.1%~5.0%。

2.根据权利要求1所述的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：所述生物降解聚酯为具有生物降解性能的脂肪族聚酯或脂肪族/芳香族共聚酯，其生物降解性能符合标准En 13432，其分子量为10000~100000。

3.根据权利要求2所述的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：所述生物降解聚酯为聚乳酸PLA、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚己内酯PCL、聚（己二酸丁二醇共对苯二甲酸丁二醇酯）PBAT、聚羟基烷酸酯PAHs和聚（丁二酸丁二醇酯共对苯二甲酸丁二醇酯）PBSA中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：所述颜料包括无机颜料和有机颜料，其平均粒径小于400nm。

5.根据权利要求1所述的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸及其盐、褐煤蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺和乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：所述耐高温剂为环氧类丙烯酸共聚物，其含有2~15个环氧基团，摩尔质量为1000~7000g/mol。

7.根据权利要求1所述的生物降解塑料专用色母组合物，其特征在于：所述抗水解剂为碳化二亚胺，其结构中含有1~30个碳化二亚胺基团，摩尔质量为40~30000g/mol。

8.权利要求1~7任一项所述的生物降解塑料专用色母组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、按上述组分的质量配比称取各种原料，进行烘干；

b、将烘干后的各组分原料在高速混合机依次进行低速、高速搅拌，得到混合物；

c、将上述混合物送入熔融混炼设备进行混炼塑化并挤出造粒，干燥即得到生物降解塑料专用色母组合物。

9.根据权利要求8所述的生物降解塑料专用色母组合物的制备方法，其特征在于：步骤c所述熔融混炼设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机或开炼机。

10.根据权利要求9所述的生物降解塑料专用色母组合物的制备方法，其特征在于：所述熔融混炼设备为双螺杆挤出机。