CN104497352A - 一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料领域，涉及一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法。为了克服现有技术中防雾流滴剂耐高温性能及与树脂相容性较差的技术不足，本发明提供一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由单元醇多元酸酯和季戊四醇脂肪酸酯组成，二者液相混熔后制得的防雾流滴剂不仅防雾流滴性能优异，而且具有耐高温且与树脂相容性好的优点，适合在塑料加工领域推广应用。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法。
背景技术
流滴剂和消雾剂一般是由多种酯化物复配而成的化合物，这些化合物由亲水基和疏水基组成，在塑料薄膜中添加流滴剂、消雾剂后，其分子运动可以通过塑料内部的非结晶区域逐渐迁移到薄膜表面做定向排列，流滴剂、消雾剂分子的亲水基自动排列在薄膜外侧，靠向空气的一方，而疏水基则自动排列在薄膜内侧，形成具有亲水性的膜。消雾剂按使用方法可以分为两大类，一是内涂式，将具有消雾效果的助剂直接喷涂在棚膜表面，操作简单，但是粘合不好会影响使用效果；二是添加式，与许多塑料助剂一样，在塑料聚合或棚膜压延时添加进去，许多高档高效消雾剂属于该类型。无论内涂式或添加式，流滴剂、消雾剂必须具有典型的表面活性剂的特征，有能够改善聚合物薄膜表面亲水性的亲水基团和能够使流滴剂、消雾剂分子附着在膜面的疏水基团，因此流滴剂、消雾剂组成主要是具有高表面活性的特殊表面活性剂，主要有含氟、硅或含氮、磷、硼等表面活性剂。这些表面活性剂作为流滴剂、消雾剂使用，必须兼具较高的热稳定性和与其他助剂的配伍性，可与其他助剂协同使用，并且不影响薄膜的性质。国外研究与生产流滴剂及消雾剂水平最高的国家是日本，日本理研维他命公司、三菱公司、米可多公司均是世界上著名的流滴剂及消雾剂及其母料的生产商。我国流滴剂及消雾剂研究起步较晚，但是近年来进展很快，以国产硅系消雾剂和流滴剂组成的防滴消雾体系已在聚烯烃棚膜生产中应用，而且国内消雾膜产量逐年增加。尽管我国流滴剂及消雾剂的研究开发较快，但是仍然存在很多问题，一是高档添加型含氟流滴剂及消雾剂尚没有生产，多数企业生产内涂式或含硅添加型产品，产品消雾效果不理想，产量比较低，市场有待进一步开发；二是流滴剂及消雾剂产品与合成树脂、其他塑料助剂相容性问题没有很好解决，影响使用效果和棚膜的质量；三是多数产品是借鉴国外开发的产品进行研究，与国内棚膜实际应用地区的气候情况联系不紧，尽管在理论上行得通，但是与实际应用效果差距较大，而且品种单一，不能满足不同地区用户的要求。
李婉等在《防雾膜的研究现状和发展前景》（发表于中国科技博览2010 年第25 期）综述了防雾膜的防雾无滴原理，常用流滴剂和消雾剂的分类和防雾性能的测定方法。赵桂华在《喷涂型防雾防水滴剂的研制》（发表于塑料科技2000 年第4 期）公开了一种聚乙烯棚膜用喷涂型防雾防水滴剂的研制和使用效果，该防水滴剂的流滴持效性长、生产成本低，但该流滴剂与棚膜存在相容性的问题，使用寿命短。201210126048.8公开了一种农膜流滴剂，其包括多元醇脂肪酸酯类和聚氧乙烯醚类化合物在熔融状态下混合均匀，按重量份数计，多元醇脂肪酸酯类30-90、聚氧乙烯醚类10-70。其无毒无害性，可有效降低环境污染，同时具有优秀的持续流滴性能，但该农膜流滴剂的使用寿命较短，使得成本显著升高。201210144720.6用废弃油脂肪酸聚乙二醇(PEG400) 单酯、废弃油脂肪酸二乙醇酰胺、废弃油脂肪酸失水山梨醇酯和废弃油脂肪酸硼酸甘油酯通过复配技术，制作农业大棚膜流滴剂，其流滴性的效果优于单一品种表面活性剂做流滴剂，但其与树脂的相容性较差，同样影响着塑料膜的使用寿命和使用效果。
基于此，本发明旨在提供一种耐高温且与树脂相容性好的防雾流滴组合物及其制备方法。
发明内容
为了克服现有技术中塑料加工过程中防雾流滴剂耐高温性能及与树脂相容性较差的技术不足，本发明提供一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由单元醇多元酸酯和季戊四醇脂肪酸酯组成，二者液相混熔后制得的防雾流滴剂不仅防雾流滴性能优异，而且具有耐高温且与树脂相容性好的优点，适合在塑料加工领域推广应用。
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由单元醇多元酸酯和多元醇脂肪酸酯组成，其中所述的多元醇脂肪酸酯由失水山梨醇单油酸酯（SP-80）和季戊四醇脂肪酸酯组成，其中所述季戊四醇脂肪酸酯为季戊四醇单脂肪酸酯、季戊四醇双脂肪酸酯或其任意组合。所述季戊四醇脂肪酸酯中的脂肪酸采用饱和或不饱和脂肪酸，包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸等。
上述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物中，所述的单元醇多元酸酯为己二酸酯、庚二酸酯、辛二酸酯、壬二酸酯、癸二酸酯或其组合，所述的单元醇多元酸酯中的醇可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇、正辛醇中的一种。
上述所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物中，所述的单元醇多元酸酯，失水山梨醇单油酸酯和季戊四醇脂肪酸酯的重量比为1：（2-4）：（1-2）更优选为1：3：1。
作为本发明所优选的一个实施方式，所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由己二酸二辛酯、失水山梨醇单油酸酯、季戊四醇单脂肪酸酯和季戊四醇双脂肪酸酯组成，其中己二酸二辛酯、失水山梨醇单油酸酯、季戊四醇单脂肪酸酯和季戊四醇双脂肪酸酯的重量比为1：3：0.5：0.5。
上述所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物中，其还可以包含树脂喷粉，所述树脂喷粉的重量可以根据需求进行适当调整，一般为防雾流滴组合物的2-4倍。
一种制备上述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的方法，其包括如下步骤：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物。
上述所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法，所述的负压条件是指液相混熔釜内的压强为-0.06--0.08Mpa。申请人经过多次重复试验证实，所述防雾流滴组合物的制备方法中所述混熔组合物的混熔温度为100℃、保温搅拌的时间为35min时，混熔效果最好。
本发明还请求保护上述组合物的一种应用，即所述的组合物在制备防雾流滴剂中的应用。本发明组合物用于所述用途时，可以采用两种方式达到目的，一种是内添加法，即将本发明组合物与聚乙烯树脂混合吹膜形成无滴膜，凝结在薄膜表面的水滴能迅速扩散形成极薄的水膜或大水珠顺薄膜流下。另一种为外涂法，即将本发明组合物制备成溶液形式外涂在塑料薄膜的表面，从而达到防水滴效果。
本发明所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法与现有技术相比，取得了如下有益的技术效果：
1) 本发明组合物防雾流滴性能优异，本发明实施例7证明本发明组合物添加于母料中后可改善薄膜的高温和低温防雾期，大大提高薄膜的使用时间和适用范围；本发明组合物添加入母料时可以减低水滴与薄膜的接触角，从而使薄膜的防雾性能大大提高。
2) 本发明所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物合成工艺与化学结构的改变，所涉及的多元醇酯与多元酸酯都是非离子型表面活性剂，二者配伍时无需偶联剂、螯合剂，而且可以任意比例混熔（液相混熔），形成一个分配均匀的复合体产品。
3) 本发明所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物液相混熔后形成复配物，产品均匀度极好，具有耐高温和与树脂相容性好的优点，可以替代合成PE蜡、EPS等，可以作为广谱功能性助剂使用。
4) 本发明组合物配方简单、成本低廉，制备工艺操作性强，工艺可控，具有很高的价格优势和工业应用前景。本发明组合物用于防雾流滴用途时，可以采用外涂方式或内添方式，与薄膜树脂相容性强，使用方便，操作简单，具有重要的农业推广意义。
具体实施方式
以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
以下所述的实施例中，所述防雾流滴组合物中单元醇多元酸酯为己二酸酯、庚二酸酯、辛二酸酯、壬二酸酯、癸二酸酯或其组合，所述的单元醇多元酸酯中的醇可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇、正辛醇中的一种。
实施例1 一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法
一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由如下组分制备得到：
所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法为：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物。
实施例2 一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法
一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由如下组分制备得到：
所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法为：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物。
实施例3 一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法
一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由如下组分制备得到：
所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法为：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物。
实施例4 一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法
一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由如下组分制备得到：
所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法为：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物。
实施例5 一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法
一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由如下组分制备得到：
所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法为：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物。
实施例6 一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物及其制备方法
一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由如下组分制备得到：
所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法为：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物。
实施例7 含有本发明防雾流滴组合物的薄膜的性能测定
1、含有本发明防雾流滴组合物的薄膜制备
分别取按表1所示的本发明防雾流滴剂组合物及其他助剂与载体树脂(EVA)充分混合后，采用德国PLE-330型Brabender塑化仪进行共混、挤出、造粒。挤出机各段温度分别控制在90℃、150℃、170℃、160℃ 。其中防雾剂含量为薄膜中本发明组合物的百分含量，型号1为按照实施例1制备的本发明组合物，型号2为按照实施例2制备的本发明组合物，型号3为按照实施例3制备的本发明组合物，型号4为按照实施例4制备的本发明组合物，型号5为按照实施例5制备的本发明组合物，型号6为按照实施例6制备的本发明组合物。
型号7为参比实施例1,其按照201210144720.6实施例1制备得到,具体处方和制备方法为配方：废弃油脂肪酸聚乙二醇(PEG400) 单酯40％、废弃油脂肪酸二乙醇酰胺40％、废弃油脂肪酸失水山梨醇酯15％、废弃油脂肪酸硼酸甘油酯5％。制作方法：在反应容器中计量加入废弃油脂肪酸聚乙二醇(PEG400) 单酯40 公斤、废弃油脂肪酸二乙醇酰胺40 公斤、废弃油脂肪酸失水山梨醇酯15 公斤、废弃油脂肪酸硼酸甘油酯5 公斤，加热80±2℃，搅拌1 小时后降温至40℃，测定相关技术指标，合格后装入包装。型号8为参比实施例2，按照201210126048.8制备得到，所述的农膜流滴剂，包括多元醇脂肪酸酯类和聚氧乙烯醚类化合物在熔融状态下混合均匀，按重量计(g)单脂肪酸甘油酯30g，山梨醇脂肪酸酯60g，脂肪胺聚氧乙烯醚(EO ＝ 20)50g，熔化混合搅拌均匀。
将母料与基体树脂(LDPE)按一定比例混合，于德国产PLE-330型Brabender吹塑机上吹塑成膜(防雾滴剂在薄膜中总含量为10%)，膜厚控制在0.08mm左右。挤出机各段温度分别控制在l00℃、170℃、180℃、170℃。
防雾滴膜的性能测试
将按照本实施例上述方法制备得到的薄膜进行防雾滴膜的性能测试：
2.1 接触角的测定
取80mm×20mm的防雾滴膜，固定在载玻片上，于J-150型接触角测定仪(承德实验机有限责任公司)上进行测定。测试时，在薄膜的不同地方测量5-8次，取其平均值θ，并计算它的方差s。
2.2 防雾滴性能的测定
(1)测试装置取一块长150mm，宽150mm，厚约0.08mm的正方形薄膜，罩于500ml的烧杯上，将杯口扎紧，烧杯内装有400ml水。将烧杯分别放置在不同温度的恒温水槽中，呈15。倾角，观察薄膜表面的雾滴情况。
(2)高温防雾滴性：将烧杯分别置于60℃和80℃的恒温水槽中，环境温度为室温。60℃时薄膜上雾滴面积超过膜面的1/3视为失效，80℃时超过1/2视为失效。
(3)低温防雾滴性：将烧杯置于18℃的恒温水槽中，环境温度为-5℃。薄膜上雾滴面积超过1/4视为失效。
结果与讨论
表1本发明防雾滴流含量对薄膜防雾性能的影响
与0组相比，*P＜0.05，**P＜0.01；
由表1可以看出，添加本发明组合物与未添加组相比的薄膜相比在高温防雾期、低温防雾期方面均具有显著性差异，。在相同添加比例的情况下，型号6（按本发明实施例6制备的组合物）在提高薄膜防雾期方面更为优异，为本发明优选实施方式。
表2母料中防雾剂含量对薄膜接触角的影响
与0组相比，*P＜0.05，**P＜0.01；
接触角越小，水滴越容易滑落，薄膜的防流滴效果越好。由表2可以看出，添加比例不同本发明组合物与未添加组相比的薄膜相比在接触角方面均具有显著性差异，在相同添加比例的情况下，型号6（按本发明实施例6制备的组合物）在降低薄膜接触角方面更为优异，为本发明优选实施方式。
实施例 8 本发明所述防雾流滴组合物与其他助剂的配伍性测试
1．方法
取100mL待测工作液，调节好pH值、温度，然后加入10mL其他助剂工作液，搅拌，静置，观察溶液分层现象。本实施例中其他助剂选用常用有机酸和有机酸卤化物。测试结果如表3所示。
2结果与讨论
表3 本发明组合物与其他助剂的配伍效果
一种助剂是否与其他助剂匹配，主要是看工作液混合后是否稳定。一般来说，不分层，不出现沉淀，没有气泡生成和粘度变化不大，即可认为匹配性好，可以同浴使用。由表2可以看出，本发明组合物与常用助剂在多种配比和不同pH下长期存放稳定，未出现分层现象、固形物均在10%以下。这表明本发明组合物作为助剂使用时与其他助剂的配伍性好，具有广泛的使用范围。
上述实施例仅是本发明较佳实施例，其并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质任何细微修改﹑等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其由单元醇多元酸酯和多元醇脂肪酸酯组成，其中所述的多元醇脂肪酸酯由失水山梨醇单油酸酯和季戊四醇脂肪酸酯组成，所述季戊四醇脂肪酸酯为季戊四醇单脂肪酸酯、季戊四醇双脂肪酸酯或其任意组合。
2.如权利要求1所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其特征在于，所述季戊四醇脂肪酸酯中的脂肪酸采用饱和或不饱和脂肪酸，包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸。
3.如权利要求1所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其特征在于，所述的单元醇多元酸酯为己二酸酯、庚二酸酯、辛二酸酯、壬二酸酯、癸二酸酯或其组合。
4.如权利要求1所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其特征在于，所述的单元醇多元酸酯中的醇可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇、正辛醇中的一种。
5.如权利要求1所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其特征在于，所述的单元醇多元酸酯，失水山梨醇单油酸酯和季戊四醇脂肪酸酯的重量比为1：（2-4）：（1-2）,优选地，所述的单元醇多元酸酯，失水山梨醇单油酸酯和季戊四醇脂肪酸酯的重量比为1：3：1。
6.如权利要求1所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其特征在于，其由己二酸二辛酯、失水山梨醇单油酸酯、季戊四醇单脂肪酸酯和季戊四醇双脂肪酸酯组成，其中己二酸二辛酯、失水山梨醇单油酸酯、季戊四醇单脂肪酸酯和季戊四醇双脂肪酸酯的重量比为1：3：0.5：0.5。
7.如权利要求1所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物，其特征在于，其还包含树脂喷粉，所述树脂喷粉的重量为防雾流滴组合物的2-4倍。
8.一种制备权利要求1所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的方法，其特征在于，其包括如下步骤：将单元醇多元酸酯注入液相混熔釜内，搅拌升温至50-65℃，向液相混熔釜内投入失水山梨醇单油酸酯以及季戊四醇双脂肪酸酯或季戊四醇单脂肪酸酯，搅拌升温至95-110℃，负压条件下保温搅拌30-50min，液相混熔釜放空减负压得混熔组合物，将混溶物送入喷粉塔喷树脂粉，冷却即可得到本发明防雾流滴组合物。
9.如权利要求8所述含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物的制备方法，其特征在于，所述的负压条件是指液相混熔釜内的压强为-0.006~-0.008Mpa，所述混熔组合物的混熔温度为100℃、保温搅拌的时间为35min。
10.权利要求1所述的含有多元醇脂肪酸酯的防雾流滴组合物在制备防雾流滴剂中的应用。
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