CN103756095B - 一种阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，该塑料制品由以下重量百分比的物质制备而成：聚烯烃70~90%，高阻隔性材料7~20%，马来酸酐-苯乙烯固体树脂2~5%，颜料0.4~5%，填料0~3%，助剂0~2%。本发明采用马来酸酐-苯乙烯固体树脂不仅改善非极性的聚烯烃、极性的高阻隔性材料的相容性，而且使得颜料、填料等粉粒体具有良好的分散性能。本发明的塑料制品具有良好的均匀性和阻隔性；同时赋予了色泽均匀，表面光洁，印刷性能好等优点，适用于饮料、食品及医药包装。

Description

一种阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品
技术领域
本发明涉及一种包装用塑料制品，更具体地，涉及一种阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，可用于饮料、食品及医药的包装。
背景技术
聚烯烃作为广泛使用的包装材料，其具有良好的阻湿性能，但是其阻气性能较差。为弥补一般聚烯烃材料阻气性较差的缺陷，主要采取的方法有多层复合和共混改性。多层复合是指在制造聚烯烃包装材料（如，聚烯烃瓶等容器）时，将容器壁制成多层结构，在聚烯烃层中间复合一层由阻隔性更好的高分子材料阻隔层，但由于多层结构的材料制造工艺复杂，使得生产成本较高。共混改性是塑料改性的常用方法之一，该方法采用高阻隔性能的聚合物与聚烯烃共混生产改性聚烯烃。这种改性聚烯烃可从降低气体和油脂等物质在材料表面的溶解系数，进而降低它们在材料本体中的扩散系数，提高材料的阻隔性能，该方法操作简单、生产周期短、适用性强。现有的聚烯烃产品中，由于需要赋予其多种色彩，因此需要在配方中加入颜料。而由于颜料的直接使用会带来很多不便，因此，生产中一般先将颜料制成色母粒再使用。色母粒是经过机械加工，对颜料进行了细化处理，将颜料和树脂载体、分散剂充分混炼，脱出颜料吸附的水分，从而提高了颜料的着色力、光泽度和分散均匀性。
色母粒的制备一般会加入聚烯烃蜡作为分散剂，分散剂用量过少会使颜料分散不均匀，过多会使加工成型困难，影响制品尺寸稳定性并导致性能变差。分散剂的量又很难准确控制，因此，现有的聚烯烃类彩色塑料制品很难在透明度及颜色均匀方面达到要求。
制备塑料时加入一定量的填料，可提高高分子聚合物材料的力学强度，是一种廉价且高效的改性剂。填料对体系中的颜料粒子可起到阻隔的作用，减少了颜料的团聚，一定程度上改善了颜料的分散性，使得体系着色力提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品。
本发明的另一目的在于提供所述阻隔彩色塑料制品的制备方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，由以下重量百分比的组分制造而成：聚烯烃70~90%，高阻隔性材料7~20%，马来酸酐-苯乙烯固体树脂（SMA）2~5%，颜料0.4~5%，填料0~3%，助剂0~2%。
所述颜料先与包括马来酸酐-苯乙烯固体树脂、助剂共混制成色母粒，再与其它组分混合制备塑料制品。
发明人意外地发现，马来酸酐-苯乙烯固体树脂与非极性的聚烯烃、极性的高阻隔性材料均具有良好的相容性，其能显著提高填料、颜料等粉粒体在塑料中的分散性能，使改性塑料具有良好的阻气性以及色泽均匀，表面光洁，印刷性能好，并且其制备共混塑料时不需要外加增容剂或进行塑料改性。
优选地，所述马来酸酐-苯乙烯固体树脂的玻璃化温度为105~155℃，重均分子量为5000~12000。
优选地，所述聚烯烃为聚乙烯（PE）、聚丙烯(PP)中的一种或两种的混合物。
所述高阻隔性材料为本领域常用的高阻隔性材料，优选地，所述高阻隔性材料为乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）、聚酰胺（PA）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、三苯甲烷共聚酯（Tritan）中的一种或几种的混合物。
所述颜料可以是有机颜料或无机颜料。优选地，所述有机颜料为杂环颜料；所述无机颜料包括氧化铁系颜料、二氧化钛和炭黑。
优选地，所述填料为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米滑石粉中的一种或几种的混合物。填料的作用是一定程度上增加塑料制品的机械性能。但填料的使用对塑料制品的透明性能有影响。优选地，当使用有机颜料制备透明塑料制品时，为提高透明度，一般不添加填料。
优选地，所述助剂包括成核剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧剂、塑化剂、抗静电剂、阻燃剂、防雾剂中的一种或几种的混合物。
优选地，所述偶联剂为聚醚钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品的制造方法，包括如下步骤：
S1.按配方将颜料、填料与占塑料制品总量不多于3%的聚烯烃、马来酸酐-苯乙烯固体树脂、助剂在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在单螺杆或双螺杆挤出机中进行塑化混合，使得树脂塑化流动并包裹颜料和填料，经造粒得色母粒，塑化温度为160~230℃；
S2.将S1.中所述色母粒与剩余聚烯烃、高阻隔性材料、助剂在高速搅拌机中混合均匀，然后于单螺杆或双螺杆挤出机中熔融塑化，通过加工工艺制备成所述塑料制品，塑化温度为160~230℃。
步骤S2.中，所述加工工艺为挤出-吹塑、注射-吹塑或注射-拉伸-吹塑。
在制备过程中，物料的共混温度为常温；塑化温度可根据基体塑料的熔融温度而定，应该在既保证基体塑料完全熔融又不会使塑料分解的范围内选择。
优选地，步骤S2.中所述加工工艺优选为注射-拉伸-吹塑。在这种工艺条件下，注塑型胚被加热到高弹态，在吹塑模具中被拉伸成型，注塑型胚受到单轴和双轴拉伸，可加强材料分子分散相的层化，使得在高阻隔性材料添加量不大的情况下依然能保持产品的高阻隔特性。
优选地，所述塑料制品为塑料瓶。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明使用的马来酸酐-苯乙烯固体树脂与非极性的聚烯烃、极性的高阻隔性材料均有良好的相容性，混合时不需要外加增容剂或进行塑料改性，提高了所制备塑料的均匀性和稳定性。
2.本发明使用的马来酸酐-苯乙烯固体树脂能显著提高填料、颜料等粉粒体在塑料中的分散性能，使改性塑料具有较好的阻气性，以及色泽均匀，表面光洁，印刷性能好等优点。
3.所述的阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品的采用制造方法相比现有高阻隔塑料制品的多层复合技术，具有操作简单，成本低，成品率高等优点。
附图说明
图1为实施例3和对比例3制备的塑料瓶的效果示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
在实施例中各指标的测试方法如下所述。
按照GB/T3682-2000测量塑料的熔体流动速率；将自制塑料粒制成塑料片，按照GB/T1038-2000测试塑料薄片的气体透过性，GB1037-88测试塑料片材的透水蒸气性；使用SANSCMT6103型微机控制电子万能试验机，按GB/T1040.1-2006规定测试塑料的拉伸强度和断裂伸长率。
实施例中，用到的原料均为可以从市面购买得到。其中，所用到的马来酸酐-苯乙烯固体树脂(SMA)购自克雷威利化工有限公司。
SMA1000：玻璃化温度为155℃，重均分子量为5500；
SMA3000：玻璃化温度为125℃，重均分子量为9500；
SMAEF40：玻璃化温度为115℃，重均分子量为10500；
SMAEF60：玻璃化温度为106℃，重均分子量为11500。
取制备的塑料制品于自然光线明亮处，正视目测外观。取塑料制品加水至标示容量，从规定高度（表1）自然跌落至水平刚性光滑表面，不得破裂。实施例中，制备的塑料制品均为塑料瓶。
表1跌落高度
实施例和对比例的配方如表2所示，性能测试结果如表3所示。
表2具体实施例配方
单位：重量百分比，%
实施例1
称取聚乙烯3份、SMAEF40树脂2份、C.I.颜料红2550.4份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为180℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与87份聚烯烃、7份聚萘二甲酸乙二醇酯、0.6份抗静电剂在高速搅拌机中混合均匀，200℃下于单螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒并注塑成型胚，在吹塑模具中经拉伸吹塑成塑料制品。
对比例1
称取聚乙烯3份、C.I.颜料红2550.4份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为180℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与89份聚烯烃、7份聚萘二甲酸乙二醇酯、0.6份抗静电剂在高速搅拌机中混合均匀，200℃下于单螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒并注塑成型胚，在吹塑模具中经拉伸吹塑成塑料制品。
实施例2
称取SMA1000树脂3份、炭黑2份、纳米碳酸钙3份，铝酸酯偶联剂（DL-411-A）2份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为220℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与70份聚烯烃、20份聚酰胺在高速搅拌机中混合均匀，220℃下于单螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒，经挤出吹塑形成塑料制品。
对比例2
称取炭黑2份、纳米碳酸钙3份，铝酸酯偶联剂（DL-411-A）2份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为220℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与73份聚烯烃、20份聚酰胺在高速搅拌机中混合均匀，220℃下于单螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒，经挤出吹塑形成塑料制品。
实施例3
称取聚乙烯2份、SMAEF60树脂5份、C.I颜料黄1801份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为165℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与48份聚乙烯、32份聚丙烯、12份乙烯-乙烯醇共聚物在高速搅拌机中混合均匀，180℃下于双螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒，经注射-吹塑形成塑料制品。
对比例3
称取聚乙烯2份、C.I颜料黄1801份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为165℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与53份聚乙烯、32份聚丙烯、12份乙烯-乙烯醇共聚物在高速搅拌机中混合均匀，180℃下于双螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒，经注射-吹塑形成塑料制品。
实施例4
称取1份聚丙烯、SMA3000树脂2份、氧化铁红1.5份、纳米硫酸钡1.0份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为230℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与84份聚丙烯共聚物、10份聚偏二氯乙烯、抗氧化剂0.5份在高速搅拌机中混合均匀，230℃下于单螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒并注塑成型胚，在吹塑模具中经拉伸吹塑成塑料制品。
对比例4
称取1份聚丙烯、氧化铁红1.5份、纳米硫酸钡1.0份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为230℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与86份聚丙烯共聚物、10份聚偏二氯乙烯、抗氧化剂0.5份在高速搅拌机中混合均匀，230℃下于单螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒并注塑成型胚，在吹塑模具中经拉伸吹塑成塑料制品。
实施例5
称取SMAEF40树脂3份、二氧化钛5份、纳米滑石粉1份、异丙基三(聚醚基异辛基焦磷酰氧基)钛酸酯0.5份，在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在双螺杆挤出机中进行塑化混合，塑化温度为180℃，经造粒得到色母粒；将上述色母粒与75份聚丙烯共聚物、15.5份聚萘二甲酸乙二醇酯在高速搅拌机中混合均匀，220℃下于双螺杆挤出机中熔融塑化，造粒得到塑料粒。
根据塑料制品的用料量称量适量塑料粒并注塑成型胚，在吹塑模具中经拉伸吹塑成塑料制品。
实施例1~5及对比例1~4的性能测试结果如表3所示：
表3性能测试结果
熔体流动速率（g/10min） 拉伸强度（MPa） 断裂伸长率（%） 气体透过量（cm3/m2·24h·bar） 透水蒸气性(g/m2·24h) 抗跌性 色泽及表面均匀性
实施例1 9.8 24.3 275 0.53 0.598 无破裂 色泽均一
对比例1 10.0 22.1 180 1.56 0.601 无破裂 色泽不均一
实施例2 9.0 24.8 185 0.55 0.515 无破裂 色泽均一
对比例2 8.8 23.0 117 2.03 0.605 有裂纹 色泽不均一，有色块
实施例3 7.2 23.8 220 0.60 0.803 无破裂 色泽均一
对比例3 7.2 22.8 175 3.25 1.010 无破裂 色泽不均一，有色块
实施例4 8.5 22.5 250 0.50 0.490 无破裂 色泽均一
对比例4 9.0 21.7 145 2.12 0.500 有裂纹 色泽不均一，有色块
实施例5 6.8 23.0 213 0.48 0.437 无破裂 色泽均一
注：实施例1~3测定熔体流动速率的条件为190℃，2.16Kg；实施例4~5的测定条件为230℃，2.16Kg。
实施例中塑料制品色泽均一，无明显色差，瓶的表面光洁、平整、无色块或色点。用于制备的塑料制品，其跌落无破裂。而对比例所得塑料瓶色泽不均一，透明度有所降低，阻气性能出现明显下降。图1反映了实施例3与对比例3所制备的塑料制品的效果差别，图1左侧为实施例3制备的塑料瓶，右侧为对比例3制备的塑料瓶。

Claims (8)

1.一种阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，其特征在于，所述的塑料制品由以下重量百分比的物质制备而成：
所述颜料先与包括马来酸酐-苯乙烯固体树脂、助剂共混制成色母粒，再与其它组分混合制备塑料制品；其中，所述马来酸酐-苯乙烯固体树脂的玻璃化温度为105～155℃，重均分子量为5000～12000；所述高阻隔性材料为乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚偏二氯乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、三苯甲烷共聚酯中的一种或多种的混合物。
2.根据权利要求1所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，其特征在于，所述颜料为杂环颜料、氧化铁系颜料、钛白粉或炭黑。
3.根据权利要求1所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，其特征在于，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，其特征在于，所述填料为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米滑石粉中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，其特征在于，所述助剂为成核剂、偶联剂、稳定剂、润滑剂、抗氧剂、塑化剂、抗静电剂、阻燃剂、防雾剂中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求5所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品，其特征在于，所述偶联剂为聚醚钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
7.权利要求1至6任意一项权利要求所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.按配方将颜料、填料与占塑料制品总量不多于3％的聚烯烃、马来酸酐-苯乙烯固体树脂、助剂在高速搅拌机充分混合，然后将混合物料在单螺杆或双螺杆挤出机中进行塑化混合，使得树脂塑化流动并包裹颜料和填料，经造粒得色母粒，塑化温度为160～230℃；
S2.将S1.中所述色母粒与剩余聚烯烃、高阻隔性材料、助剂在高速搅拌机中混合均匀，然后于单螺杆或双螺杆挤出机中熔融塑化，通过加工工艺制备成所述塑料制品，塑化温度为160～230℃。
8.根据权利要求7所述阻湿阻气的高阻隔彩色塑料制品的制备方法，其特征在于，所述加工工艺为注射-拉伸-吹塑。
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