CN106977898B - 一种黑色母料、其制备方法及黑色地膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种黑色母料，由包括以下重量份数组分的混合物制成：二氧化碳‑环氧丙烷共聚物：28～62份；聚(碳酸酯‑醚)二元醇：20～40份；炭黑：15～30份；封端剂：0.5～2份；润滑剂：1～3份。本发明以二氧化碳‑环氧丙烷共聚物和聚(碳酸酯‑醚)二元醇为基质，因此炭黑母料与生物降解薄膜具有良好的相容性。聚(碳酸酯‑醚)二元醇提高流动性，使炭黑在较高添加量时仍能够顺利挤出，并且耐析出性好。本发明还提供了一种黑色母料的制备方法和黑色地膜。实验结果表明，黑色母料的添加量高达30％，采用本发明中黑色母料制成8μm厚的黑色地膜，拉伸强度为23.2MPa，断裂伸长率为477％，光透过率为4.6％。

Description

一种黑色母料、其制备方法及黑色地膜
技术领域
本发明属于生物降解材料技术领域，尤其涉及一种黑色母料、其制备方法及黑色地膜。
背景技术
近年来，随着农田铺膜时间的积累，农田白色污染的逐年恶化，土壤板结严重，肥力下降，导致农作物的质量和产量大幅度的下降，不可生物降解的地膜还会影响第二年农作物的耕种，而生物降解黑色地膜由于可降解，且具有出色的除杂草能力，被认为是最有希望解决农田白色污染的技术方案，受到了广泛的关注。
二氧化碳-环氧丙烷共聚物(PPC)熔体黏度大，具有较好的熔体强度，是少数适合制备薄膜的生物降解材料之一。特别是二氧化碳-环氧丙烷共聚物相对其他生物降解材料价格低廉，并且具有较好的耐老化性和阻水能力，被认为是最适合制备生物降解地膜的材料。
二氧化碳-环氧丙烷共聚物在制备黑色生物降解地膜时必须添加炭黑以保障其力学性能和耐候性，但炭黑在塑料中润湿性和分散性差，在塑料加工配方中添加量往往很小，尤其是炭黑的粒子强度较高时较难分散均匀，而且炭黑在混料加工时易飞扬，粉尘污染严重，所以一般先将炭黑粉末制成炭黑色母料，炭黑预分散在色母粒中，再混入塑料基质中，加工制备黑色地膜，炭黑在塑料基质中进一步稀释，从而得到较好的分散效果。
但是，目前炭黑色母料都是以非生物降解材料为基质，与生物降解材料大部分都相容性不好，影响产品性能，尤其是在制备生物降解薄膜时，问题更加突出，相容性不好的炭黑母料无法起到良好分散的效果，添加量太少地膜透过率太大，失去除草功能，添加量太多会导致地膜的力学性能变差，甚至由于炭黑的团聚无法稳定吹膜。由于没有合适的黑色母料，导致无法制备二氧化碳-环氧丙烷共聚物黑色生物降解地膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黑色母料，其制备方法及黑色地膜，本发明中的黑色母料能够制备黑色地膜，并且性能优良。
本发明提供一种黑色母料，由包括以下重量份数组分的混合物制成：
二氧化碳-环氧丙烷共聚物：27～62份；
聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；
炭黑：15～30份；
封端剂：0.5～2份；
润滑剂：1～3份。
优选的，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的数均分子量为80000～200000g/mol；
所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的分子量分布为1.5～7。
优选的，所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的数均分子量为1300～6000g/mol；
所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的酯含量为30～85％。
优选的，所述炭黑的粒径为18～500nm。
优选的，所述封端剂包括硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、马来酸酐和丁二酸酐中的一种或几种；
所述润滑剂包括液体石蜡、硬脂酸盐和单硬脂酸甘油酯中的一种或几种。
本发明提供一种黑色母料的制备方法，包括以下步骤：
A)将20～40重量份的聚(碳酸酯-醚)二元醇、15～30重量份的炭黑和0.5～2重量份的封端剂混合，得到第一混合物；
B)在第一混合物中加入28～62重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和1～3份润滑剂混合，得到第二混合物；
C)将所述混合物造粒，得到黑色母料。
优选的，所述步骤A)中混合的温度为75～85℃；
所述步骤B)中混合的温度为20～40℃。
本发明提供一种黑色地膜，由上文中的黑色母料制成。
优选的，所述黑色母料与塑料基质的重量比为(1～4)：25。
优选的，所述炭黑占塑料基质的质量分数为1.8～2.5％。
本发明提供一种黑色母料，由包括以下重量份数组分的混合物制成：二氧化碳-环氧丙烷共聚物：28～62份；聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；炭黑：15～30份；封端剂：0.5～2份；润滑剂：1～3份。本发明用二氧化碳-环氧丙烷共聚物和聚(碳酸酯-醚)二元醇为基质，因此炭黑母料与生物降解薄膜具有良好的相容性，聚(碳酸酯-醚)二元醇大幅提高流动性，使得炭黑在较高添加量时仍能够从双螺杆顺利挤出，制备炭黑母粒，与常用增塑剂相比，聚(碳酸酯-醚)二元醇与PPC具有更好的相容性和耐析出性，避免了增塑剂易析出的问题；封端剂除了可以起到润滑作用外，还能够与聚(碳酸酯-醚)二元醇的端羟基发生反应，起到稳定聚(碳酸酯-醚)二元醇的作用；润滑剂的加入可以提高润滑性，有效降低了螺杆的剪切强度，有效避免部分二氧化碳-环氧丙烷共聚物在制备母料时发生降解，也更有利于炭黑母料的添加量的进一步提高。实验结果表明，黑色母料的添加量高达30％，采用本发明中黑色母料制成8μm厚的黑色地膜，拉伸强度为23.2MPa，断裂伸长率为477％，光透过率为4.6％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1和比较例3中黑色地膜的实物图。
具体实施方式
本发明提供一种黑色母料，由包括以下重量份数组分的混合物制成：
二氧化碳-环氧丙烷共聚物：28～62份；
聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；
炭黑：15～30份；
封端剂：0.5～2份；
润滑剂：1～3份。
在本发明中，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的数均分子量优选为80000～200000g/mol，更优选为100000～180000g/mol，最优选为120000～150000g/mol；所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的分子量分布优选为1.5～7，更优选为2～6，最优选为3～5；所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的重量份数优选为28～62份，更优选为30～55份，具体的，可以是27份、30份或62份。本发明对所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的来源没有特殊的限制。
在本发明中，所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的数均分子量优选为1300～6000g/mol，更优选为2000～5000g/mol，最优选为3000～4000g/mol；所述聚(碳酸酯-醚)二元醇中碳酸酯的含量优选为30～85％，更优选为40～80％，最优选为50～70％；所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的重量份数优选为20～40份，更优选为25～35份，具体的，可以是20份或40份。本发明对所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的来源没有特殊的限制。所述聚(碳酸酯-醚)二元醇大幅提高流动性，使得炭黑在较高添加量时仍能够从双螺杆顺利挤出，制备炭黑母粒，与常用增塑剂相比聚(碳酸酯-醚)二元醇与PPC具有更好的相容性，而且由于是数均分子量1300～6000g/mol的低聚物，因此耐析出性好，避免了增塑剂易析出的问题。
本发明以二氧化碳-环氧丙烷共聚物(PPC)和聚(碳酸酯-醚)二元醇为黑色母料的基质，使得到的黑色母料与可降解生物材料具有良好的相容性，尤其是PPC材质的黑色地膜。
在本发明中，所述炭黑的粒径优选为18～500nm，更优选为50～450nm；所述炭黑的质量分数优选为15～30份，更优选为20～30份，具体的，可以是15份、27份或30份。本发明对所述炭黑的来源没有特殊的限制。本发明中的黑色母料，能够使18～500nm粒径范围的炭黑枣黑色母粒中的添加量达到30％，并且分散性良好，力学性能优异。
在本发明中，所述封端剂包括硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、马来酸酐和丁二酸酐中的一种或几种；所述封端剂的重量份数优选为0.5～2份，更优选为1份。在本发明中，封端剂除了可以起到润滑作用外，还能够与聚(碳酸酯-醚)二元醇的端羟基发生反应，起到稳定聚(碳酸酯-醚)二元醇的作用
在本发明中，所述润滑剂包括液体石蜡、硬脂酸盐(如硬脂酸钙、硬脂酸锌等)和单硬脂酸甘油酯中的一种或几种，优选为液体石蜡和单硬脂酸甘油酯以1:1的质量比加入；所述润滑剂的重量份数优选为1～3份，更优选为2份。润滑剂的加入可以提高润滑性，有效降低了螺杆的剪切强度，有效避免部分二氧化碳-环氧丙烷共聚物在制备母料时发生降解，也更有利于炭黑母料的添加量的进一步提高。
本发明还提供了一种黑色母料的制备方法，包括以下步骤：
A)将20～40重量份的聚(碳酸酯-醚)二元醇、15～30重量份的炭黑和0.5～2重量份的封端剂混合，得到第一混合物；
B)在第一混合物中加入28～62重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和1～3份润滑剂混合，得到第二混合物；
C)将所述混合物造粒，得到黑色母料。
在本发明中，各原料的种类、用量和来源与上文中各原料的种类、用量和来源一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述步骤A)中混合的温度优选为75～85℃，更优选为80℃；所述步骤B)中混合的温度优选为20～40℃，更优选为25～35℃。
本发明优选采用双螺杆造粒机进行造粒，得到黑色母料；所述造粒的温度优选为140～200℃；具体的，双螺杆造粒机共设置7段温度，1～7段温度分别设置为140℃、165±5℃、180±5℃、190±5℃、195±5℃、195±5℃、190±5℃，模头温度170℃。
本发明还提供了一种黑色地膜，由上文中的黑色母粒制成。
本发明优选采用聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、二氧化碳-环氧丙烷共聚物、光稳定剂和本发明中的黑色母料来制备黑色地膜，具体的，可将70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、1重量份光稳定剂770在混合机里混合均匀，得到混合物，然后加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒，将所述塑料颗粒与本发明中的黑色母料混合均匀，混合比例为：炭黑重量占混合物的1.8～2.5％；黑色母粒与混合物的重量比为(1～4)：25，可以是1.8:25、2:25或4:25。然后吹塑成型，得到黑色地膜。
本发明提供一种黑色母料，由包括以下重量份数组分的混合物制成：二氧化碳-环氧丙烷共聚物：28～62份；聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；炭黑：15～30份；封端剂：0.5～2份；润滑剂：1～3份。本发明用二氧化碳-环氧丙烷共聚物和聚(碳酸酯-醚)二元醇为基质，因此炭黑母料与生物降解薄膜具有良好的相容性，聚(碳酸酯-醚)二元醇大幅提高流动性，使得炭黑在较高添加量时仍能够从双螺杆顺利挤出，制备炭黑母粒，与常用增塑剂相比，聚(碳酸酯-醚)二元醇与PPC具有更好的相容性，而且由于是数均分子量1300～6000g/mol的低聚物，因此耐析出性好，避免了增塑剂易析出的问题；封端剂除了可以起到润滑作用外，还能够与聚(碳酸酯-醚)二元醇的端羟基发生反应，起到稳定聚(碳酸酯-醚)二元醇的作用；润滑剂的加入可以提高润滑性，有效降低了螺杆的剪切强度，有效避免部分二氧化碳-环氧丙烷共聚物在制备母料时发生降解，也更有利于炭黑母料的添加量的进一步提高。实验结果表明，采用本发明中黑色母料中炭黑的添加量高达30％，通过黑色母料制成8μm厚的黑色地膜，拉伸强度为23.2MPa，断裂伸长率为477％，光透过率为4.6％。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种黑色母料、其制备方法及黑色地膜进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将40份的数均分子量为2000g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、27份粒径18nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合机里75℃下混合均匀，冷却至室温，然后添加30份的数均分子量为200000g/mol的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和2份的润滑剂，分别为1份液体石蜡，1份单硬脂酸甘油酯在混合机里25℃下混合均匀，将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到PPC黑色母料颗粒。
将70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、1重量份光稳定剂770在混合机里混合均匀，然后加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒，将所述塑料颗粒与PPC黑色母料混合均匀，重量混合比例为：25:2，在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，如图1中的b)图所示，图1为本发明实施例1和比较例3中黑色地膜的实物图，其力学性能及光透过率见表1，表1为本发明实施例1～5及比较例1～3中黑色地膜的性能数据。
实施例2
将20份的数均分子量为6000g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、15份粒径18nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合机里85℃下混合均匀，冷却至室温，然后添加62份的数均分子量为80000g/mol的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和2份的润滑剂，分别为1份液体石蜡，1份单硬脂酸甘油酯在混合机里25℃下混合均匀，将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到PPC黑色母料颗粒。
将70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、1重量份光稳定剂770在混合机里混合均匀，然后加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒，将所述塑料颗粒与PPC黑色母料混合均匀，重量混合比例为：25:4，在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，力学性能及光透过率见表1。
实施例3
将40份的数均分子量为1300g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、30份粒径500nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合机里75℃下混合均匀，冷却至室温，然后添加27份的数均分子量为200000g/mol的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和2份的润滑剂，分别为1份硬脂酸钙，1份硬脂酸锌在混合机里25℃下混合均匀，将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到PPC黑色母料颗粒。
将70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、1重量份光稳定剂770在混合机里混合均匀，然后加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒，将所述塑料颗粒与PPC黑色母料混合均匀，重量混合比例为：25:1.8，在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，力学性能及光透过率见表1。
实施例4
将40份的数均分子量为1300g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、30份粒径18nm的炭黑和1份的硬脂酸在混合机里75℃下混合均匀，冷却至室温，然后添加27份的数均分子量为80000g/mol的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和2份的润滑剂，分别为1份液体石蜡，1份硬脂酸钙在混合机里25℃下混合均匀，将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到PPC黑色母料颗粒。
将70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、1重量份光稳定剂770在混合机里混合均匀，然后加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒，将所述塑料颗粒与PPC黑色母料混合均匀，重量混合比例为：25:1.8，在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，得到8μm厚的黑色的生物降解地膜，力学性能及光透过率见表1。
实施例5
按照实施例1的配方和方法制备厚度为12μm的黑色地膜。
比较例1
将30份粒径18nm的炭黑67份的数均分子量为80000g/mol的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和3份的润滑剂，分别为1份硬脂酸、1份液体石蜡和1份单硬脂酸甘油酯在混合机里30℃下混合均匀，将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，由于双螺杆扭矩过大，无法得到PPC黑色母料颗粒。
比较例2
将40份的数均分子量为1300g/mol的聚(碳酸酯-醚)二元醇、30份粒径18nm的炭黑在混合机里75℃下混合均匀，冷却至室温，然后添加30份的数均分子量为80000g/mol的二氧化碳-环氧丙烷共聚物在混合机里25℃下混合均匀，将得到的混合物加入双螺杆造粒机中进行造粒，由于二氧化碳-环氧丙烷共聚物和聚(碳酸酯-醚)二元醇分解严重，无法得到PPC黑色母料颗粒。
比较例3
将70重量份的聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)、29重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物、1重量份光稳定剂770在混合机里混合均匀，然后加入双螺杆造粒机中进行造粒，得到塑料颗粒，将所述塑料颗粒与粒径18nm的炭黑混合均匀，重量混合比例为：50:1，在常用的制备地膜设备上进行吹塑成型，只能得到厚度为12微米的黑色的生物降解地膜，如图1中的a)图所示，其力学性能及光透过率见表1。
由图1可以看出，本发明实施例1中的黑色地膜材质和颜色均匀，表面光滑，质量较高，而比较例3中的黑色地膜明显可见炭黑在其中分布不均匀，导致地膜整体厚薄不均，透光性能较差。
表1本发明实施例1～5及比较例1～3中黑色地膜的性能数据
由表1可以看出，使用本发明黑色母粒能够制成8μm的轻薄地膜，而比较例3中使用了炭黑的黑色地膜至少要达到12μm才能成型，而且本发明中的黑色地膜同厚度条件下的力学性能和透光率性能都远高于使用炭黑的比较例3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种黑色母料，由包括以下重量份数组分的混合物制成：
二氧化碳-环氧丙烷共聚物：27～62份；
聚(碳酸酯-醚)二元醇：20～40份；
炭黑：15～30份；
封端剂：0.5～2份；
润滑剂：1～3份；
所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的数均分子量为1300～6000g/mol；
所述封端剂包括硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、马来酸酐和丁二酸酐中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的黑色母料，其特征在于，所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的数均分子量为80000～200000g/mol；
所述二氧化碳-环氧丙烷共聚物的分子量分布为1.5～7。
3.根据权利要求1所述的黑色母料，其特征在于，所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的酯含量为30～85％。
4.根据权利要求1所述的黑色母料，其特征在于，所述炭黑的粒径为18～500nm。
5.根据权利要求1所述的黑色母料，其特征在于，所述润滑剂包括液体石蜡、硬脂酸盐和单硬脂酸甘油酯中的一种或几种。
6.一种黑色母料的制备方法，包括以下步骤：
A)将20～40重量份的聚(碳酸酯-醚)二元醇、15～30重量份的炭黑和0.5～2重量份的封端剂混合，得到第一混合物；
所述聚(碳酸酯-醚)二元醇的数均分子量为1300～6000g/mol；
所述封端剂包括硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、马来酸酐和丁二酸酐中的一种或几种；
B)在第一混合物中加入28～62重量份的二氧化碳-环氧丙烷共聚物和1～3份润滑剂混合，得到第二混合物；
C)将所述混合物造粒，得到黑色母料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中混合的温度为75～85℃；
所述步骤B)中混合的温度为20～40℃。
8.一种黑色地膜，由黑色母料和塑料颗粒制成，所述黑色母料为权利要求1～5任意一项所述的黑色母料或权利要求6～7任意一项所述的制备方法制得的黑色母料。
9.根据权利要求8所述的黑色地膜，其特征在于，所述炭黑占塑料颗粒的质量分数为1.8～2.5％。
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