CN103804741B - 瓷塑材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种瓷塑材料及其制备方法和应用，本发明提供了一种瓷塑材料，其中，所述瓷塑材料含有聚烯烃和颜料剂，所述颜料剂为瓷白色，所述聚烯烃含有重均分子量为8‑15万的第一聚烯烃和重均分子量为5000‑20000的第二聚烯烃。本发明通过在180‑200℃下将瓷白色的颜料剂和低重均分子量的第二聚烯烃与第一聚烯烃混合以得到瓷塑材料，颜料剂均匀分散在瓷塑材料中，通过光学效应，使得瓷塑材料不透明的特性，第二聚烯烃具有较多的链端，能够起到桥梁的作用，使得瓷塑材料具有较高的交联度，因此由瓷塑材料制得管材较现有技术中的聚烯烃管材具有更优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体地，涉及一种瓷塑材料及其制备方法和应用。
背景技术
瓷塑材料，特别是PPR瓷塑材料（英文名称是polypropylene random(copolymer)，PPR是聚丙烯无规共聚物的简称），具有良好的光学性能（体现在具有良好的透明度）和力学性能，但是在实际生活中，由瓷塑材料，特别是PPR瓷塑材料制成的管材中储存或运送的物质有避光的要求，同时有需要所述瓷塑材料具有良好的抗冲击性能。所以在保证由瓷塑材料，特别是PPR瓷塑材料制成的管材具有良好的力学性能的前提下，使其具有不透光的特性是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的瓷塑材料，特别是PPR瓷塑材料的透明度过大的缺陷，提供一种新的瓷塑材料及其制备方法和应用，由该瓷塑材料制成的管材特别是PPR管材既具有良好的力学性能又具有不透光的特性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种瓷塑材料，其中，所述瓷塑材料含有聚烯烃和颜料剂，所述颜料剂为瓷白色，所述聚烯烃含有重均分子量为8-15万的第一聚烯烃和重均分子量为5000-20000的第二聚烯烃。
本发明还提供了一种瓷塑材料的制备方法，其中，所述方法包括在180-200℃下，将第一聚烯烃和色母粒进行混合，所述色母粒含有第二聚烯烃和颜料剂，所述颜料剂为瓷白色；所述第一聚烯烃的重均分子量为8-15万，所述第二聚烯烃的重均分子量为5000-20000。
本发明还提供了根据上述的瓷塑材料或者根据上述的制备方法得到的瓷塑材料在制备管材，特别是PPR管材中的应用。
本发明通过在180-200℃下将瓷白色的颜料剂和较低重均分子量的第二聚烯烃与第一聚烯烃混合，或者直接将由第二聚烯烃和颜料剂形成的色母料与第一聚烯烃混合，以得到瓷塑材料，使得瓷白色的颜料剂均匀分散在瓷塑材料中，通过光学效应，使得瓷塑材料具有不透光的特性。相对于大分子量的第一聚烯烃而言，小分子量的第二聚烯烃具有更多的链端，能够起到桥梁的作用，使得第一聚烯烃和第二聚烯烃更好地交联，保证瓷塑材料具有较高的交联度，因此由瓷塑材料制得管材较现有技术中的聚烯烃管材具有更优异的力学性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种瓷塑材料，其中，所述瓷塑材料含有聚烯烃和颜料剂，所述颜料剂为瓷白色，所述聚烯烃含有重均分子量为8-15万的第一聚烯烃和重均分子量为5000-20000的第二聚烯烃。
将瓷白色的颜料剂和低重均分子量的第二聚烯烃与第一聚烯烃混合，或者直接将由第二聚烯烃和颜料剂形成的色母料与第一聚烯烃混合，以得到瓷塑材料，使得瓷白色的颜料剂均匀分散在瓷塑材料中，通过光学效应，使得瓷塑材料不透明的特性。相对于大分子量的第一聚烯烃而言，小分子量的第二聚烯烃具有更多的链端，能够起到桥梁的作用，使得第一聚烯烃和第二聚烯烃更好地交联，保证瓷塑材料具有较高的交联度，因此由瓷塑材料制得管材较现有技术中的聚烯烃管材具有更优异的力学性能。体现在由该瓷塑材料制得的管材具有较高的耐压性能和较低的纵向回缩率上以及保证其不透明的特性。
本发明提供的瓷塑材料中颜料剂的含量可以根据对不透光性的具体需要进行确定，本发明提供的瓷塑材料中第二聚烯烃的适当的含量有利于提高得到的瓷塑材料制成的管件的力学性能，因此，优选情况下，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.7重量份，所述第二聚烯烃的含量为1-5重量份。所述颜料剂和所述第二聚烯烃既可以分别提供，也可以采用含有颜料剂和第二聚烯烃的色母粒的形式进行提供，优选地采用色母粒，方便快捷。在此优选范围内，便能完全实现瓷塑材料既具有优异的力学性能，又具有不透明的特性，为了进一步保证颜料剂和第一聚烯烃以及第二聚烯烃的相容性，从而进一步提高由瓷塑材料制得的管材的力学性能，同时颜料剂价格较第一聚烯烃以及第二聚烯烃要高，颜料剂含量过多增加了成本，造成浪费。因此，更优选地，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，所述第二聚烯烃的含量为1-3重量份，在这个范围内能够满足瓷塑材料既具有优异的力学性能，又具有不透明的特性的需求，进一步降低成本。
在本发明中，所述聚烯烃可以是各种能够用于制备瓷塑材料以及管材的聚烯烃，优选地，所述第一聚烯烃和第二聚烯烃均为聚丙烯。更优选，为了进一步保证第二聚烯烃与第一聚烯烃的交联以及制得的瓷塑材料的力学性能的提高，所述第一聚烯烃的重均分子量是8万-15万的聚丙烯，所述第二聚烯烃的重均分子量是5000-20000。这样的聚烯烃挤出成型工艺简单，能够使制得的瓷塑材料具有优良的力学性能和不透明的特性。
在本发明中，所述瓷塑材料还可含有纳米改性剂，所述纳米改性剂的含量在一定范围内可以在保证所述瓷塑材料在保证具有不透明特性的基础上，进一步提高瓷塑材料的力学性能，纳米改性剂的种类可选择范围较广，优选地，所述纳米改性剂选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛中的一种或多种，更优选为纳米二氧化钛。所述纳米改性剂的粒径可以为1-20nm，其中粒径为1-10nm纳米改性剂对瓷塑材料的改性作用最大，虽然粒径超过20nm的纳米改性剂能够瓷塑材料的力学性能，但是提升幅度较低。纳米改性剂一般是无机颗粒，在一定范围内，所述纳米改性剂可以在保证所述瓷塑材料在保证具有不透明特性的基础上，进一步提高瓷塑材料的力学性能，为了进一步保证提高纳米改性剂在瓷塑材料中的与所述聚烯烃和色母粒的相容性而使所述瓷塑材料的力学性能的更佳，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.7重量份，所述第二聚烯烃的含量为1-5重量份，所述纳米改性剂的含量为1-5重量份；由于纳米改性剂的价格昂贵，为了节省成本，进一步优选地，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，所述第二聚烯烃的含量为1-3重量份，所述纳米改性剂的含量为1-3重量份，这样的配方完全能够满足实际需求。更优选地，所述颜料剂和所述第二聚烯烃通过色母粒的形式进行提供，色母粒和纳米改性剂的质量比为1：1.2-1.5，这样的配方得到的瓷塑材料的性能最佳。
本发明还提供了一种瓷塑材料的制备方法，其中，所述方法在180-200℃下，将第一聚烯烃和色母粒进行混合，所述色母粒含有第二聚烯烃和颜料剂，所述颜料剂为瓷白色；所述第一聚烯烃的重均分子量为8-15万，所述第二聚烯烃的重均分子量为5000-20000。180-200℃能够使得聚烯烃和所述色母粒完全熔融混合，温度过高造成能量浪费，且易使得聚烯烃发生炭化，优选，先采用高混机进行混合，搅拌速度为600-3000r/min，使得原料间混合均匀，同时利用颗粒间高速混合摩擦生热从而将原料进行预热，并将所得混合物在挤出成型机中的机筒中熔融混合，机筒温度控制在180-200℃，挤出成型机中的模体温度为190-210℃，口模温度为210-220℃。
在本发明中所述的制备方法，在聚烯烃和所述色母粒进行混合过程中，各组分的用量可以根据实际需要进行确定，所述第一聚烯烃和色母粒的用量使以得到的瓷塑材料中，优选地，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.7重量份，第二聚烯烃的含量为1-5重量份；进一步优选地，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，第二聚烯烃的含量为1-3重量份。
在本发明中所述的制备方法，所述第一聚烯烃和第二聚烯烃的种类选择范围较广，优选地，所述第一聚烯烃为重均分子量是8万-15万的聚丙烯，第二聚烯烃为重均分子量是5000-20000的聚丙烯，这样的聚烯烃挤出成型工艺简单，能够使制得的瓷塑材料具有优良的力学性能和不透明的特性。
在本发明中所述的制备方法，其中，所述方法还包括将纳米改性剂、聚烯烃和色母粒进行混合，纳米改性剂的种类可选择范围较广，优选地，所述纳米改性剂选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛中的一种或几种；更优选为纳米二氧化钛；所述纳米改性剂的粒径对瓷塑材料的性能也有一定的影响，进一步优选地，所述纳米改性剂的粒径为1-20nm。
在本发明中所述的制备方法，其中，纳米改性剂、聚烯烃和所述色母粒进行混合过程中，优选地，以100重量份第一聚烯烃为基准，颜料剂的含量为0.3-0.7重量份，第二聚烯烃的含量为1-5重量份，纳米改性剂的含量为1-5重量份；进一步优选地，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，第二聚烯烃的含量为1-3重量份，纳米改性剂的含量为1-3重量份；更优选地，色母粒和纳米改性剂的质量比为1：1.2-1.5，这样的配方得到的瓷塑材料的性能最佳。
本发明还提供了根据上述的瓷塑材料或者根据上述的制备方法得到的瓷塑材料在制备管材，优选为PPR管材中的应用，使得制备的管材既具有良好的力学性能又具有不透明特性。
下面利用实施例对本发明做进一步说明。
下述实施例和对比例中，使用的第一聚烯烃为台化公司牌号为B8001的聚丙烯，重均分子量为8万-10万；重均分子量为5000-10000的第二聚烯烃和颜料剂由色母粒提供，色母粒为瓷白色的七色鹿牌色母粒；纳米改性剂选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛中的一种或多种，且纳米改性剂的粒径为10nm，所述高混机是张家港市鑫达塑料机械制造有限公司产品，型号为SHR-5A，搅拌速度设定为1000r/min；所述挤出成型机为河北文安通达塑料机械有限公司的产品，型号为SZ-80，机筒温度为180-200℃；管材的不透光、纵向回缩率以及静液压实验的检测方法为国标号为GB/T18472.2-2002的检测方法。挤出成型机挤出的管件的内径为25.0-25.3mm，壁厚2.8-3.2mm。
实施例1
将100重量份的第一聚烯烃、1.3重量份的色母粒（色母粒中第二聚烯烃和颜料剂的质量比为1：0.3）在高混机中搅拌20min，然后将混合物在挤出成型机中进一步混合并挤出管件A1。经过检测，A1的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，不透光，纵向回缩率为1.7%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
实施例2
将100重量份的第一聚烯烃、1.5重量份的色母粒（色母粒中第二聚烯烃和颜料剂的质量比为1：0.5）在高混机中搅拌20min，然后将混合物在挤出成型机中进一步混合并挤出管件A2。经过检测，A2的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，不透光，纵向回缩率为1.8%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
实施例3
将100重量份的第一聚烯烃、3.3重量份的色母粒（色母粒中第二聚烯烃和颜料剂的质量比为1：0.1）在高混机中搅拌20min，然后将混合物在挤出成型机中进一步混合并挤出管件A3。经过检测，A3的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，不透光，纵向回缩率为1.5%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
实施例4
将100重量份的第一聚烯烃、3.5重量份的色母粒（色母粒中第二聚烯烃和颜料剂的质量比为1：0.16）在高混机中搅拌20min，然后将混合物在挤出成型机中进一步混合并挤出管件A4。经过检测，A4的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，不透光，纵向回缩率为1.6%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
实施例5
将100重量份的第一聚烯烃、5.7重量份的色母粒（色母粒中第二聚烯烃和颜料剂的质量比为1：0.14）在高混机中搅拌20min，然后将混合物在挤出成型机中进一步混合并挤出管件A5。经过检测，A5的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，不透光，纵向回缩率为1.9%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
实施例6
将100重量份的第一聚烯烃、1.3重量份的色母粒（色母粒中第二聚烯烃和颜料剂的质量比为1：0.3）、0.5重量份的纳米二氧化硅和0.5重量份的纳米氧化铝在高混机中搅拌20min，然后将混合物在挤出成型机中进一步混合并挤出管件A6。经过检测，A6的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，不透光，纵向回缩率为1.3%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
实施例7
将100重量份的第一聚烯烃、1.3重量份的色母粒（色母粒中第二聚烯烃和颜料剂的质量比为1：0.3）、1重量份的纳米二氧化钛在高混机中搅拌20min，然后将混合物在挤出成型机中进一步混合并挤出管件A7。经过检测，A7的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，不透光，纵向回缩率为1.1%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
对比例1
本对比例1采用与实施例1相同的方法制备瓷塑材料以及挤出管材，与实施例1所不同的是，本对比例1没有使用色母粒，制得管材D1。经过检测，D1的内外壁光滑平整，无气泡，无凹陷，透光，纵向回缩率为2.0%，静液压实验（温度为20℃，压力位16MPa，时间为1h）的检测结果是管材无破裂和无渗透。
由对比例和实施例1-7对比可知，色母粒中的颜料剂能够使得管材具有良好的不透明特性，色母粒中的第二聚烯烃能够增强管材的力学性能；由实施例6-7和实施例1对比可知，纳米改性剂能够进一步增强管材的力学性能，使得管材的纵向回缩率＜1.5%，由实施例5和实施例1-4对比可知，由在本发明优选范围制得管材比非优选范围制得管材具有更加的力学性能；由实施例7和实施例6对比可知，纳米二氧化钛是优选纳米改性剂。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (14)
1.一种瓷塑材料，其特征在于，所述瓷塑材料含有纳米改性剂、聚烯烃和颜料剂，所述颜料剂为瓷白色，所述聚烯烃含有重均分子量为8-15万的第一聚烯烃和重均分子量为5000-20000的第二聚烯烃；其中，所述纳米改性剂选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛中的一种或多种；所述纳米改性剂的粒径为1-20nm；以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.7重量份，所述第二聚烯烃的含量为1-5重量份，所述纳米改性剂的含量为1-5重量份。
2.根据权利要求1所述的瓷塑材料，其中，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，所述第二聚烯烃的含量为1-3重量份。
3.根据权利要求2所述的瓷塑材料，其中，所述第一聚烯烃和第二聚烯烃均为聚丙烯。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的瓷塑材料，其中，所述纳米改性剂为纳米二氧化钛。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的瓷塑材料，其中，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，所述第二聚烯烃的含量为1-3重量份，所述纳米改性剂的含量为1-3重量份。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的瓷塑材料，其中，所述颜料剂和所述第二聚烯烃通过色母粒的形式提供，色母粒和纳米改性剂的质量比为1：1.2-1.5。
7.一种瓷塑材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括在180-200℃下，将纳米改性剂、第一聚烯烃和色母粒进行混合，所述色母粒含有第二聚烯烃和颜料剂，所述颜料剂为瓷白色；所述第一聚烯烃的重均分子量为8-15万，所述第二聚烯烃的重均分子量为5000-20000；所述第一聚烯烃和色母粒的用量使以得到的瓷塑材料中，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.7重量份，第二聚烯烃的含量为1-5重量份，纳米改性剂的含量为1-5重量份；其中，所述纳米改性剂选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛中的一种或多种，所述纳米改性剂的粒径为1-20nm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，第二聚烯烃的含量为1-3重量份。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述第一聚烯烃和第二聚烯烃均为聚丙烯。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述纳米改性剂为纳米二氧化钛。
11.根据权利要求7-10中任意一项所述的制备方法，其中，以100重量份第一聚烯烃为基准，所述颜料剂的含量为0.3-0.5重量份，第二聚烯烃的含量为1-3重量份，纳米改性剂的含量为1-3重量份。
12.根据权利要求7-10中任意一项所述的制备方法，其中，所述颜料剂和所述第二聚烯烃通过色母粒的形式提供，色母粒和纳米改性剂的质量比为1：1.2-1.5。
13.根据权利要求1-6中任意一项所述的瓷塑材料在制备管材中的应用。
14.根据权利要求13所述的应用，其中，所述的瓷塑材料在制备PPR管材中的应用。
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| CN103804741A (zh) | 2014-05-21 |
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