CN109503923A - 一种硅炭黑色母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅炭黑色母粒及其制备方法，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：30‑70％、普通炭黑：0‑10％、基体树脂：20‑50％、偶联剂：1‑5％、加工助剂：2‑6％，经密炼机共混密炼、密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机挤出造粒，所述硅炭黑由稻壳或生物秸秆通过热解法制得，解决现有色母粒炭黑颜料来源于不可再生的煤炭，成本较高，本发明采用绿色环保可再生稻壳制备的硅碳黑作为颜料，采用特殊的生产工艺及设备，制备出可替代现有炭黑色母的硅炭黑色母，可提高以本发明为母料的塑料制品的刚性，提高使用性能，降低生产成本，减少污染。

Description

一种硅炭黑色母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料着色领域，特别涉及一种硅炭黑色母粒及其制备方法。
背景技术
塑料制品在使用过程中，处于对其美观好看、延长寿命的需要，往往对其进行着色处理。塑料制品着色应用最多的是色母料法，即先将颜料与载体树脂制成色母料，用色母料与基体树脂混合后成型加工制得着色塑料制品。色母粒着色法具有使用方便、配色准确、颜料分散均匀等优点，因此色母料着色法是塑料制品着色中最重要也最普遍的方法。色母粒通常由着色剂、载体树脂、分散剂和其它功能填料组成，通过特殊工艺将超常量的着色剂均匀分布于载体树脂中，制得的颜料浓缩物，随后可按比例与其他树脂混合后加工成塑料制品。在塑料制品中，由于黑色塑料中的黑色颜料能吸收紫外线，可大幅提高塑料的寿命，所以在不需要美观的情况下，一般都会将塑料制品染成黑色。染色黑色母主要采用基体树脂与炭黑混合方法制得，目前的炭黑生产工艺主要为炉黑工艺，在缺氧条件下的密闭炉，以油类作原料，并加入可燃气体使之不完全燃烧获得，生产原料主要来源于煤炭工业，如煤焦油，蒽油，天然气，高炉煤气等，属于不可再生资源。硅碳黑是以可再生的废弃稻壳为原料，通过热解工艺生产而成的纳微结构功能材料，将纳米二氧化硅与炭黑有机结合在一起，可作替代传统炭黑用于色母颜料，硅碳黑成份结构与传统炭黑不同，无法使用传统炭黑色母生产工艺生产，需要对原有炭黑色母的配方、生产工艺、设备等进行研发和改进。
发明内容
本发明的目的是解决现有色母粒炭黑颜料来源于不可再生的煤炭，成本较高，本发明采用绿色环保可再生稻壳制备的硅碳黑作为颜料，采用特殊的生产工艺及设备，制备出可替代现有炭黑色母的硅炭黑色母，可提高以本发明为母料的塑料制品的刚性，提高使用性能，降低生产成本，减少污染。
本发明提供的技术方案为：
一种硅炭黑色母粒，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：30-70％、普通炭黑：0-10％、基体树脂：20-50％、偶联剂：1-5％、加工助剂：2-6％。
优选的是，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：50-60％、普通炭黑：0-10％、基体树脂：30-40％、偶联剂：5％、加工助剂：5％。
优选的是，加工助剂为包括聚乙烯蜡、聚乙烯蜡接枝物和硬脂酸。
优选的是，所述偶联剂为磷酸酯、硅酸酯和钛酸脂中的一种或几种。
优选的是，所述基体树脂为尼龙、聚碳酸酯、PE或PP中的一种。
一种硅炭黑色母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1)共混密炼：将硅炭黑，普通炭黑，基体树脂，分散剂，润滑剂按照组分配比置于密炼机中，温度为140-180℃，时间为60min。
2)密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机。
3)挤出造粒：经由单螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度为200℃。
4)色母粒冷却，通过一级旋风分离器、二级旋风分离器分离冷却。
5)冷却后的颗粒经过振动筛，入库。
优选的是，所述硅炭黑由稻壳或生物秸秆通过热解法制得。
由于传统炭黑色母粒制备过程中，不经过或很少经过密炼机密炼过程，密炼机出来的半成品体积过大，市售的所述单螺杆挤出机物料入口无法与之适配，所以本发明所用单螺杆挤出机物料入口设置有扩口器，由于硅炭黑的特殊性质是的本发明所制色母粒无法进行传统工艺中的水冷冷却，所以所述一级旋风分离器和二级旋风分离器设有冷冻螺旋水管和高压风机对单螺杆挤出机挤出的色母粒进行风冷，冷却效果好，形状均匀。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种硅炭黑色母粒，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：30％、普通炭黑：10％、基体树脂：55％、偶联剂：1％、加工助剂：4％。
所述加工助剂为包括聚乙烯蜡和硬脂酸。所述偶联剂为磷酸酯、硅酸酯和钛酸脂中的一种或几种，所述基体树脂为PE。
所述硅炭黑由稻壳或生物秸秆通过热解法制得。
一种硅炭黑色母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1)共混密炼：将硅炭黑，普通炭黑，基体树脂，分散剂，润滑剂按照组分配比置于密炼机中，温度160℃，时间60min。
2)密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机。
3)挤出造粒：经由单螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度为180℃。所述单螺杆挤出机物料入口设置有扩口器。
4)色母粒冷却，通过一级旋风分离器、二级旋风分离器分离冷却，所述一级旋风分离器和二级旋风分离器设有冷冻螺旋水管和高压风机。
5)冷却后的颗粒经过振动筛，入库。
实施例2
一种硅炭黑色母粒，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：50％、普通炭黑：4％、基体树脂：40％、偶联剂：1％、加工助剂：5％。
所述加工助剂为包括聚乙烯蜡和硬脂酸。所述偶联剂为磷酸酯、硅酸酯和钛酸脂中的一种或几种，所述基体树脂为PE。
所述硅炭黑由稻壳或生物秸秆通过热解法制得。
一种硅炭黑色母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1)共混密炼：将硅炭黑，普通炭黑，基体树脂，分散剂，润滑剂按照组分配比置于密炼机中，温度160℃，时间60min。
2)密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机。
3)挤出造粒：经由单螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度为190℃。所述单螺杆挤出机物料入口设置有扩口器。
4)色母粒冷却，通过一级旋风分离器、二级旋风分离器分离冷却，所述一级旋风分离器和二级旋风分离器设有冷冻螺旋水管和高压风机。
5)冷却后的颗粒经过振动筛，入库。
实施例3
一种硅炭黑色母粒，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：60％、普通炭黑：0％、基体树脂：32％、偶联剂：2％、加工助剂：6％。
所述加工助剂为包括聚乙烯蜡和硬脂酸。所述偶联剂为磷酸酯、硅酸酯和钛酸脂中的一种或几种，所述基体树脂为PE。
所述硅炭黑由稻壳或生物秸秆通过热解法制得。
一种硅炭黑色母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1)共混密炼：将硅炭黑，普通炭黑，基体树脂，分散剂，润滑剂按照组分配比置于密炼机中，温度160℃，时间60min。
2)密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机。
3)挤出造粒：经由单螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度为200℃。所述单螺杆挤出机物料入口设置有扩口器。
4)色母粒冷却，通过一级旋风分离器、二级旋风分离器分离冷却，所述一级旋风分离器和二级旋风分离器设有冷冻螺旋水管和高压风机。
5)冷却后的颗粒经过振动筛，入库。
实施例4
一种硅炭黑色母粒，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：70％、普通炭黑：0％、基体树脂：22％、偶联剂：2％、加工助剂：6％。
所述加工助剂为包括聚乙烯蜡和硬脂酸。所述偶联剂为磷酸酯、硅酸酯和钛酸脂中的一种或几种，所述基体树脂为PE。
所述硅炭黑由稻壳或生物秸秆通过热解法制得。
一种硅炭黑色母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1)共混密炼：将硅炭黑，普通炭黑，基体树脂，分散剂，润滑剂按照组分配比置于密炼机中，温度180℃，时间60min。
2)密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机。
3)挤出造粒：经由单螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度为200℃。所述单螺杆挤出机物料入口设置有扩口器。
4)色母粒冷却，通过一级旋风分离器、二级旋风分离器分离冷却，所述一级旋风分离器和二级旋风分离器设有冷冻螺旋水管和高压风机。
5)冷却后的颗粒经过振动筛，入库。
对比例
一种硅炭黑色母粒，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：0％、普通炭黑：50％、基体树脂：42％、偶联剂：2％、加工助剂：6％。
所述加工助剂为包括聚乙烯蜡和硬脂酸。所述偶联剂为磷酸酯、硅酸酯和钛酸脂中的一种或几种，所述基体树脂为PE。
一种硅炭黑色母粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1)共混密炼：将硅炭黑，普通炭黑，基体树脂，分散剂，润滑剂按照组分配比置于密炼机中，温度160℃，时间60min。
2)密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机。
3)挤出造粒：经由单螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度为200℃。所述单螺杆挤出机物料入口设置有扩口器。
4)色母粒冷却，通过一级旋风分离器、二级旋风分离器分离冷却，所述一级旋风分离器和二级旋风分离器设有冷冻螺旋水管和高压风机。
5)冷却后的颗粒经过振动筛，入库。
对实施例1-4与对比例1制备的硅炭黑色母粒为母料制得的PE载体复合材料性能进行检测，硅炭黑色母粒与PE载体按重量的百分比为：1：10结果如表1所示。
表1实施例1-4和对比例的PE载体复合材料的性能测试结果
组别 对比例1 实施例1 实施列2 实施例3 实施例4
拉伸强度/MPa 10.8 11.0 11.8 12.6 13.2
弯曲强度/MPa 3.9 5.3 5.8 7.6 9.0
弯曲模量/MPa 150 216 242 301 384
缺口冲击强度/kJ·m-2 断裂 断裂 断裂 19.14 7.13
邵氏硬度D 60 61 63 66 70
密度/g·cm-3 0.904 0.938 0.967 0.988 1.069
熔融指数/g·10min-1 5.51 2.87 2.37 1.65 1.25
实验结果分析：
通过实验结构可以得出，随着硅炭黑比例的升高，所述PE载体复合材料性能逐渐增强，提高了PE载体复合材料的拉伸强度，弯曲强度和邵氏硬度，尤其提高了PE载体复合材料的刚性，具有高硬度，实施例4为最佳实施例。
本发明所制备的硅炭黑黑色母粒，其颜料选用生物基来源硅碳黑，以稻壳为原料，经热解工艺制得，经RoHs、SVHC、PAHs等检验认证不含有生物毒性，通过密炼机混合，带有扩口器的单螺杆挤出机造粒，强风强冷冷却成型，所制成的PE载体具有刚性，高硬度，可替代原有黑色母，用于饮用水管材的染色，安全无毒，产品性能好，符合当今人们对健康与环保的要求。本发明所述的硅炭黑色母粒具有较高的价格优势，以同样的染色能力作对比，其价格较普通炭黑色母低20-30％，可有效降低企业生产成本。功能色母中的硅碳黑颜料含有硅化合物，可作为增强材料，对于同时需要染色与增强的企业，选用合适配比的本发明，可以减少塑料改性工序，提高企业生产效率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (7)

1.一种硅炭黑色母粒，其特征在于，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：30-70％、普通炭黑：0-10％、基体树脂：20-50％、偶联剂：1-5％、加工助剂：2-6％。
2.根据权利要求1所述的一种硅炭黑色母粒，其特征在于，按重量百分含量计，包括以下组分：硅炭黑：50-60％、普通炭黑：0-10％、基体树脂：30-40％、偶联剂：5％、加工助剂：5％。
3.根据权利要求1所述的一种硅炭黑色母粒，其特征在于，加工助剂为包括聚乙烯蜡、聚乙烯蜡接枝物和硬脂酸。
4.根据权利要求1所述的一种硅炭黑色母粒，其特征在于，所述偶联剂为磷酸酯、硅酸酯和钛酸脂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种硅炭黑色母粒，其特征在于，所述基体树脂为尼龙、聚碳酸酯、PE或PP中的一种。
6.一种制备权利要求1-5任意一项权利要求所述的一种硅炭黑色母粒的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1)共混密炼：将硅炭黑，普通炭黑，基体树脂，分散剂，加工助剂按照组分配比置于密炼机中，温度140～180℃，时间30～60min；
2)密炼后未冷却的半成品由自动提升机的传送带运送到单螺杆挤出机；
3)挤出造粒：经由单螺杆挤出机挤出造粒，造粒温度为150～200℃；
4)色母粒冷却，通过一级旋风分离器、二级旋风分离器分离冷却；
5)冷却后的颗粒经过振动筛，入库。
7.一种根据权利要求6所述的一种制备硅炭黑色母粒的方法，其特征在于，所述硅炭黑由稻壳或生物秸秆通过热解法制得。
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