CN110157089A - 一种用于食品级塑料制品的黑色母粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于食品级塑料制品的黑色母粒及其制备方法和应用，一种用于食品级塑料制品的黑色母粒黑色母粒包括如下重量百分比的组分：线性低密度聚乙烯树脂55‑60%、去异味炭黑35‑40%、润滑剂2‑6%以及分散剂1‑3%。本发明传统的炭黑经过去异味处理得到的去异味炭黑中不含有油气味等异味，通过润滑剂、分散剂以及线性低密度聚乙烯树脂的配合，在以聚乙烯、聚丙烯为基材的塑料制品中具有良好的分散性以及着色性，符合食品级塑料制品用助剂的要求。

Description

一种用于食品级塑料制品的黑色母粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及塑料助剂技术领域，更具体的说，它涉及一种用于食品级塑料制品的黑色母粒及其制备方法和应用。
背景技术
母粒又称为色母粒、塑料母粒，是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂，经过良好分散而成的塑料着色剂；在塑料制品加工的过程中，相较于直接加入颜料来说，采用色母粒的方式可以提高颜料的分散性和着色力，使加热熔融后的颜料颗粒可以更好的分散于塑料制品中，提高制品颜色的稳定性；采用不同颜色的颜料可以制得不同的色母粒，其中黑色母粒是由炭黑、载体和助剂注塑等工序环节所生产的色母原料。
由于黑色母粒的颜料为炭黑，而黑色又具有很好的遮盖力，因此为了降低成本，可以在黑色母粒中添加一些再生材料。现有技术中，申请公布号为CN105585757A的专利申请文件，公开了一种用废旧轮胎制备黑色母料的方法，其采用废胶轮胎胶粉代替部分的炭黑，以降低原料成本；但是由于再生材料属于回收材料，其材质不纯，含有的物质不确定，不能保证满足国家食品安全法规的要求，因此添加了再生材料的黑色母料不能用作食品级塑胶制品的原料使用。
黑色母粒用的炭黑是由煤炭或石油在空气不足的条件下，经不完全燃烧或受热分解而得的产物，但是传统的炭黑在制备的过程中因残留了硫化物等杂质而会产生油气味，导致由其制备的黑色母粒存在异味，不符合GB4806.7-2016《食品安全国家标准食品接触用塑料材料及制品》中对塑料制品的感官的要求。因此，如何能够降低黑色母粒的异味，使其适用于食品级塑料制品，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其通过传统的炭黑经过去异味处理得到的去异味炭黑中不含有油气味等异味，通过润滑剂、分散剂以及线性低密度聚乙烯树脂的配合，在以聚乙烯、聚丙烯为基材的塑料制品中具有良好的分散性以及着色性，符合食品级塑料制品用助剂的要求。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，所述黑色母粒包括如下重量百分比的组分：线性低密度聚乙烯树脂55-60％、去异味炭黑35-40％、润滑剂2-6％以及分散剂1-3％。
通过采用上述技术方案，传统的炭黑经过去异味处理得到的去异味中不含有油气味等异味，通过润滑剂、分散剂以及线性低密度聚乙烯树脂的配合，在以聚乙烯、聚丙烯为基材的塑料制品中具有良好的分散性以及着色性，符合食品级塑料制品用助剂的要求。
进一步地，所述去异味炭黑采用如下方法制备：以重量份数计，取50份炭黑，以10-15ml/min的流量循环通入氨气，持续20-30min；然后停止通入氨气，以5-15ml/min的流量通入氮气，在60-80℃的温度下，持续5-10min，以将氨气排出；向处理后炭黑中加以及2-3份护色剂，以50-200r/min的速度搅拌5-10min后，加入30-40份活性炭，搅拌均匀后，在30-40℃的温度下，放置1-2h；然后将活性炭过滤后，即可得到去异味炭黑。
通过采用上述技术方案，将普通的炭黑经过氨气处理后，可以出去其中含有硫化物等酸性气体，可以降低炭黑中的异味，通过护色剂以及活性炭的配合，可以在防止炭黑脱色的前提下，进一步降低炭黑中的异味，从而使得到的去异味炭黑的产品纯度高，适合作为食品级包装材料使用。
进一步地，所述去异味炭黑中的炭黑的平均原生粒径为16nm，DBP吸油量为105ml/100g，BET比表面积为225m2/g。
进一步地，所述护色剂由重量比为1:1:1:2的乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠混合而成。
通过采用上述技术方案，由乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠混合而成的护色剂对炭黑具有良好的护色性能，可以保护炭黑的黑度，提高其着色强度，降低总色差。
进一步地，所述黑色母粒包括如下重量百分比的组分：线性低密度聚乙烯树脂57％、去异味炭黑38％、润滑剂3％以及分散剂2％。
通过采用上述技术方案，在上述配比上，可以在色度以及分散性能上达到最佳的性能。
进一步地，所述润滑剂为石蜡。
通过采用上述技术方案，石蜡又称晶形蜡，主要成分为固体烷烃，无臭无味，在加工的过程可以起到润滑脱模的作用，改善加工性能。
进一步地，所述分散剂为硬脂酸锌。
通过采用上述技术方案，硬脂酸锌具有很好的润滑性，其与石蜡配合，可以改善小粒径炭黑分散性差的问题。
本发明的目的之二在于提供一种用于食品级塑料制品的黑色母粒的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于食品级塑料制品的黑色母粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：取去异味炭黑与分散剂，使其在500-1000r/min的速度下，混合10-20min，得到预混料；
(2)混料：向预混料中加入润滑剂、线性低密度聚乙烯树脂，在温度为110-120℃、转速为1000-2000r/min的条件下，混合5-10min，得到混合料；
(3)造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，在140-150℃的温度下挤出，经过热切、冷却、干燥后得到黑色母粒。
通过采用上述技术方案，黑色母粒的加工简单，易于操作，具有较高的生产效率。
本发明的目的之三在于提供一种用于食品级塑料制品的黑色母粒的应用，用于聚乙烯和/或聚丙烯材质的食品级塑料制品。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.通过传统的炭黑经过去异味处理得到的去异味炭黑中不含有油气味等异味，通过润滑剂、分散剂以及线性低密度聚乙烯树脂的配合，在以聚乙烯、聚丙烯为基材的塑料制品中具有良好的分散性以及着色性，符合食品级塑料制品用助剂的要求；
2.将普通的炭黑经过氨气处理后，可以出去其中含有硫化物等酸性气体，可以降低炭黑中的异味，通过护色剂以及活性炭的配合，可以在防止炭黑脱色的前提下，进一步降低炭黑中的异味，从而使得到的去异味炭黑的产品纯度高，适合作为食品级包装材料使用；
3.由乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠混合而成的护色剂对炭黑具有良好的护色性能，可以保护炭黑的黑度，提高其着色强度，降低总色差。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、去异味炭黑的制备例
以下制备例中的炭黑选自欧励隆(Orion)提供的型号为PRINTEX 80的食品级炭黑，炭黑的平均原生粒径为16nm，DBP吸油量为105ml/100g，BET比表面积为225m2/g；活性炭选自河南子敬环保材料有限公司提供的货号为GK-22、粒径为2-4mm的果壳活性炭。
制备例1：取50kg炭黑，以10ml/min的流量循环通入氨气，持续20min；然后停止通入氨气，以5ml/min的流量通入氮气，在60℃的温度下，持续5min，以将氨气排出；向处理后炭黑中加以及2kg由重量比为1:1:1:2的乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠混合而成的护色剂，以50r/min的速度搅拌5min后，加入30kg活性炭，搅拌均匀后，在30℃的温度下，放置1h；然后将活性炭过滤后，即可得到去异味炭黑。
制备例2：取50kg炭黑，以13ml/min的流量循环通入氨气，持续25min；然后停止通入氨气，以10ml/min的流量通入氮气，在70℃的温度下，持续8min，以将氨气排出；向处理后炭黑中加以及2.5kg由重量比为1:1:1:2的乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠混合而成的护色剂，以100r/min的速度搅拌8min后，加入35kg活性炭，搅拌均匀后，在35℃的温度下，放置1.5h；然后将活性炭过滤后，即可得到去异味炭黑。
制备例3：取50kg炭黑，以15ml/min的流量循环通入氨气，持续30min；然后停止通入氨气，以15ml/min的流量通入氮气，在80℃的温度下，持续10min，以将氨气排出；向处理后炭黑中加以及3kg由重量比为1:1:1:2的乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠混合而成的护色剂，以200r/min的速度搅拌10min后，加入40kg活性炭，搅拌均匀后，在40℃的温度下，放置2h；然后将活性炭过滤后，即可得到去异味炭黑。
制备例4：本制备例与制备例1的不同之处在于，未添加由乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠组成的护色剂。
制备例5：本制备例与制备例1的不同之处在于，护色剂中不包含乳酸钙以及海藻酸钠。
二、实施例
以下实施例中的线性低密度聚乙烯树脂选自美国埃克森美孚提供的牌号为LLDPE LL6201的食品级线性低密度乙烯；石蜡选自荆门市维佳实业有限公司提供的58#食品级石蜡；硬脂酸锌选自武汉千润生物工程有限公司提供的型号为1077的食品级硬脂酸锌。
实施例1：一种用于食品级塑料制品的黑色母粒采用如下方法制备而得：以下各原料的用量均为重量百分比；
(1)预混：取35kg去异味炭黑(选自制备例1)与3kg硬脂酸锌，使其在500r/min的速度下，混合10min，得到预混料；
(2)混料：向预混料中加入2kg石蜡、55kg线性低密度聚乙烯树脂，在温度为110℃、转速为1000r/min的条件下，混合5min，得到混合料；
(3)造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，在140℃的温度下挤出，经过热切造粒后，冷却至室温，在80℃的温度下干燥8h后得到黑色母粒。
实施例2：一种用于食品级塑料制品的黑色母粒采用如下方法制备而得：以下各原料的用量均为重量百分比；
(1)预混：取38kg去异味炭黑(选自制备例2)与3kg硬脂酸锌，使其在800r/min的速度下，混合15min，得到预混料；
(2)混料：向预混料中加入3kg石蜡、57kg线性低密度聚乙烯树脂，在温度为115℃、转速为1500r/min的条件下，混合8min，得到混合料；
(3)造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，在145℃的温度下挤出，经过热切造粒后，冷却至室温，在80℃的温度下干燥8h后得到黑色母粒。
实施例3：一种用于食品级塑料制品的黑色母粒采用如下方法制备而得：以下各原料的用量均为重量百分比；
(1)预混：取35kg去异味炭黑(选自制备例3)与1kg硬脂酸锌，使其在1000r/min的速度下，混合20min，得到预混料；
(2)混料：向预混料中加入4kg石蜡、60kg线性低密度聚乙烯树脂，在温度为120℃、转速为2000r/min的条件下，混合10min，得到混合料；
(3)造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，在150℃的温度下挤出，经过热切造粒后，冷却至室温，在80℃的温度下干燥8h后得到黑色母粒。
实施例4：一种用于食品级塑料制品的黑色母粒采用如下方法制备而得：以下各原料的用量均为重量百分比；
(1)预混：取36kg去异味炭黑(选自制备例1)与2kg硬脂酸锌，使其在500r/min的速度下，混合10min，得到预混料；
(2)混料：向预混料中加入6kg石蜡、56kg线性低密度聚乙烯树脂，在温度为110℃、转速为1000r/min的条件下，混合5min，得到混合料；
(3)造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，在140℃的温度下挤出，经过热切造粒后，冷却至室温，在80℃的温度下干燥8h后得到黑色母粒。
三、对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，用普通的炭黑代替本发明中的去异味炭黑。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，去异味炭黑选自制备例4制备的去异味炭黑，在制备的过程中未添加由乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠组成的护色剂。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，去异味炭黑选自制备例5制备的去异味炭黑，在制备的过程添加的护色剂中不包含乳酸钙以及海藻酸钠。
四、性能测试
根据QB 1648-92《聚乙烯着色母料》，对实施例1-4以及对比例1-3制备的黑色母粒的性能进行测试，将测试结果示于表1。
表1
由表1数据可以看出，本发明制备的黑色母粒的表面光洁、色泽一致，具有优异的着色强度，较低的总色差，并且具有优异的耐迁移性、耐热性以及分散性，符合QB 1648-92《聚乙烯着色母料》中一等品的要求；此外，从表1数据也可以看出，实施例2中的黑色母粒的各项性能最佳，说明各原料的重量百分比分别为：去异味炭黑38％、硬脂酸锌3％、石蜡3％、线性低密度聚乙烯树脂57％时，可以达到最佳的综合性能。
对比例1用普通的炭黑代替本发明中的去异味炭黑；相较于实施例1，对比例1的分散性能有较小幅度的降低，说明本发明中的去异味炭黑具有优良的分散性。
对比例2的去异味炭黑选自制备例4制备的去异味炭黑，在制备的过程中未添加由乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠组成的护色剂；相较于实施例1，对比例2的着色强度以及总色差明显变差，说明在对炭黑进行处理时，由乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠组成的护色剂的加入可以改善去异味炭黑的着色强度以及总色差。
对比例3去异味炭黑选自制备例5制备的去异味炭黑，在制备的过程添加的护色剂中不包含乳酸钙以及海藻酸钠；相较于实施例1，对比例3的着色强度以及总色差明显变差，说明在对炭黑进行处理时，由护色剂中的乳酸钙以及海藻酸钠组成的加入可以改善去异味炭黑的着色强度以及总色差。
将实施例1-4以及对比例1制备的黑色母粒与食品级聚乙烯树脂混合均匀，在140℃的温度下熔融加热后，经过挤出、冷却成型后，制得塑料餐盒；根据GB4806.7-2016《食品安全国家标准食品接触用塑料材料及制品》，对塑料餐盒的性能进行测试，将测试结果示于表2。
表2
由表2数据可以看出，本发明制备的黑色母粒用于制作聚乙烯树脂为基材的塑料制品时，其制品的色泽正常、无异臭、不洁物，迁移试验所得浸泡液无浑浊、沉淀、异臭等感官性的劣变，其他性能指标均符合GB4806.7-2016《食品安全国家标准食品接触用塑料材料及制品》的要求。
对比例1用普通的炭黑代替本发明中的去异味炭黑；相较于实施例1，采用对比例1的黑色母粒制得的塑料制品具有油气味，符合GB4806.7-2016《食品安全国家标准食品接触用塑料材料及制品》的要求，说明用本发明的方法处理的炭黑制作去异味炭黑可以大幅度降低其中的异味，使其更加安全、无毒。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其特征在于：所述黑色母粒包括如下重量百分比的组分：线性低密度聚乙烯树脂55-60%、去异味炭黑35-40%、润滑剂2-6%以及分散剂1-3%。
2.根据权利要求1所述的一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其特征在于：所述去异味炭黑采用如下方法制备：以重量份数计，取50份炭黑，以10-15ml/min的流量循环通入氨气，持续20-30min；然后停止通入氨气，以5-15ml/min的流量通入氮气，在60-80℃的温度下，持续5-10min，以将氨气排出；向处理后炭黑中加以及2-3份护色剂，以50-200r/min的速度搅拌5-10min后，加入30-40份活性炭，搅拌均匀后，在30-40℃的温度下，放置1-2h；然后将活性炭过滤后，即可得到去异味炭黑。
3.根据权利要求2所述的一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其特征在于：所述去异味炭黑中的炭黑的平均原生粒径为16nm，DBP吸油量为105ml/100g， BET比表面积为225m2/g。
4.根据权利要求2所述的一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其特征在于：所述护色剂由重量比为1:1:1:2的乳酸钙、植酸钠、焦磷酸钠、海藻酸钠混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其特征在于：所述黑色母粒包括如下重量百分比的组分：线性低密度聚乙烯树脂57%、去异味炭黑38%、润滑剂3%以及分散剂2%。
6.根据权利要求1所述的一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其特征在于：所述润滑剂为石蜡。
7.根据权利要求1所述的一种用于食品级塑料制品的黑色母粒，其特征在于：所述分散剂为硬脂酸锌。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的用于食品级塑料制品的黑色母粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）预混：取去异味炭黑与分散剂，使其在500-1000r/min的速度下，混合10-20min，得到预混料；
（2）混料：向预混料中加入润滑剂、线性低密度聚乙烯树脂，在温度为110-120℃、转速为1000-2000r/min的条件下，混合5-10min，得到混合料；
（3）造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，在140-150℃的温度下挤出，经过热切、冷却、干燥后得到黑色母粒。
9.一种如权利要求1-7任意一项所述的用于食品级塑料制品的黑色母粒的应用，其特征在于：用于聚乙烯和/或聚丙烯材质的食品级塑料制品。
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