CN110467749B - 一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法 - Google Patents

一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及塑料母料的技术领域，公开了一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法。包括如下制备过程：（1）将硫酸钡分散于聚苯乙烯/甲苯浆体中，喷雾干燥得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；（2）将聚苯乙烯包覆的硫酸钡与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击得到滑石粉‑硫酸钡复合球；（3）将滑石粉‑硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂进行高速混合，制得滑石粉基透明塑料母料。本发明利用高球度的硫酸钡作为内核，使滑石粉粘附在球形硫酸钡表面，辅助润滑剂\偶联剂,其直接作为母料;应用时,滑石粉以宏观球形状存在，与基体塑料具有良好的滑动性和分散性。

Description

一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法
技术领域
本发明涉及塑料母料的技术领域，公开了一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法。
背景技术
填充母料在塑料中的应用最初为降低塑料制品的原材料成本，节约合成树脂。由于母料不但是填充材料，还具有改善塑料制品物理性能、提高加工效率等特性，因此发展速度很快。但由于填充母料市场大都走低端路线，生产企业一味降低成本，没有技术配套，忽略了性能和高端需求。目前，随着塑料原材料价格不断攀升，一些高端塑料制品为了降低成本也开始添加填充母料。这对填充母料提出了较高的要求。母料走高端路线是目前塑料市场的需求，也是母料生产企业发展的需要。例如上海林达塑胶化工有限公司、湖南科汛环保塑料有限公司、四川宝兴县华明实业有限公司等企业逐步向高端填充塑料发展。因此性能优良的填充母料具有巨大的利润空间。如果填充母料具有功能性和针对性，则利润空间更大。
塑料母料 (Plastic Master batch)是把塑料助剂超常量地载附于树脂中而制成的浓缩体;在制造塑料制品时，不必再加入该种塑料助剂，只需按比例加入这种带有超常量的母料即可。因此塑料母料是一种新型高分子材料加工专用料。品种多种多样，例如各类低成本填充母料、色母料、阻燃母料、抗静电母料、耐磨母料、多功能母料、透明母料等。
矿物粉体加入聚合物填充的目的最初是作为填料以降低成本。但现在，加入聚合物的填料中更重要的是能够提高材料的刚性，尺寸稳定性，并赋予材料某些特殊的物理化学性能。透明填充母料是一种以优质矿物粉体为主要原材料，通过特殊工艺复合挤出造粒而成。产品填充在聚乙稀、聚丙稀中具有良好的透明性，而且制品表面光亮度、刚性、热变形温度、抗蠕变性能都有提高，同时节省树脂用量，降低生产成本。透明填充母料由于采用无机复合粉体折射率与塑料接近，添加到塑料中能保持塑料制品良好的透光性，因而广泛用于PE、PP的薄膜、片材、管材生产中。透明母料添加到PE薄膜中使用，合适的添加量能改善HDPE薄膜的透明性，对LDPE薄膜的透明性几乎没有影响，同时具有很好的表面光洁度和均衡的力学性能。这些都是普通填充母料所无法比拟的。
滑石粉粉体呈片状，不但具有良好的流动性，而且由于折射率为1.57，最为接近常规塑料的折射率，是制备透明塑料母料的最佳选择，然而在实践中，制备透明塑料母料时，少量的使用滑石粉，滑石粉可以促进流动性，对加工性影响较少，但当滑石粉含量超过60%时，母料粘度极大，严重影响滑石粉的流动分散。技术人员通过增加润滑剂尽管改进了滑石粉在母料体系中的加工流动性，但在使用母料时，分散性较差，难以在塑料薄膜中形成均匀的分散相，而是聚集为块状，影响塑料制品的透明性和外观。
发明内容
针对滑石粉用于制备塑料透明母料时，高含量的滑石粉难以有效分散的缺陷，本发明提出一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法，利用高球度的硫酸钡作为内核，使滑石粉粘附在球形的硫酸钡表面，在制备母料加工时，滑石粉以宏观球形状形态存在，使得在母料中滑石粉具有良好的滑动性和分散性。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：
一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，制备的具体过程为：
（1）先将聚苯乙烯溶解在甲苯中，常温下在密闭容器中以200~300r/min高速搅拌20~30min，形成透明的浆体，然后加入硫酸钡继续高速搅拌20~30min，再喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；
（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯包覆的硫酸钡粉末与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，使得微细的滑石粉粘附在硫酸钡表面，制得滑石粉-硫酸钡复合球；
（3）先将步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂在高速混合机中混合均匀，得到一种粉末滑石粉基透明塑料母料。
由于填料的粒度范围相差越大，填充制品的表面越凸凹不平，入射光越易产生漫反射现象，因此一般填料粒度分布越宽，填充制品的表面光泽度越低。在多组分体系复配时，分布均匀的粉体粒径有利于获得透明的材料，因此硫酸钡的粒径分布要求均匀。作为本发明的优选，所述硫酸钡为上海威亿实业有限公司生产的高球度沉淀高光性沉淀硫酸钡，粒径为800~1000目。
作为本发明的优选，所述滑石粉为意大利产HTP2型6000目的滑石粉。
作为本发明的优选，所述润滑剂为祥和202B聚乙烯蜡、EBS芥酸酰胺中的至少一种。
作为本发明的优选，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
聚苯乙烯与甲苯形成的胶体应容易包覆在硫酸钡表面，并适当渗透，从而易于在硫酸钡表面形成紧密的聚苯乙烯包膜，硫酸钡的加入量应保证硫酸钡表面均被足够的透明浆体覆盖。作为本发明的优选，步骤（1）所述各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯33份、甲苯67份、硫酸钡150~200份。
作为本发明的优选，步骤（1）所述喷雾干燥采用离心喷雾干燥机，转速为15000~18000r/min，入口温度设置为100-120℃。
作为本发明的优选，步骤（2）所述各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯包覆的硫酸钡100份、滑石粉100~200份。
步骤（2）中通过涡旋气流粉碎机的冲击，使得滑石粉在包覆聚苯乙烯的球形硫酸钡表面粘附，而硫酸钡由于包覆了聚苯乙烯，具有微弹性，其不会被气流粉碎机进一步破坏，最终使得滑石粉均匀紧密粘附硫酸钡，从而形成宏观球形的滑石粉-硫酸钡复合球。作为本发明的优选，步骤（2）所述涡旋气流粉碎机的主机转速为1600~1800r/min，分级机转速为2000r/min。
作为本发明的优选，步骤（3）所述各原料配比为，按质量份计，滑石粉-硫酸钡复合球70~80份、润滑剂2~3份、偶联剂1~3份。
作为本发明的优选，步骤（3）所述高速混合的转速为120~180r/min，加热温度为80~100℃，混合时间为20~40min。
由上述方法制备得到的一种滑石粉基透明塑料母料，呈良好的球形，分散均匀，无明显团聚现象。其应用时直接与聚乙烯混合进行热塑性加工，由于滑石粉为宏观球形，在热塑和剪切条件下会快速分散，最终由于滑石粉-硫酸钡复合球中连接的聚苯乙烯也会热熔，因此滑石粉-硫酸钡复合球会解体。
我们通过大量实验验证，滑石粉在用于聚乙烯体系的塑料时，对透明性影响较小，可以作为透明塑料母料的首选材料。然而，在高添加滑石粉制备透明母料时，滑石粉的加工流动性和分散性均受到影响。我们曾试图通过加大润滑剂用量来增加滑石粉的分散性，但尽管流动性提升，但由于润滑剂的润滑影响不能够很好的剪切分散，使得母料的加工流动性提升但滑石粉分散性降低，甚至在薄膜中出现了团状物。鉴于此，本发明对滑石粉自身进行处理，利用高球度的硫酸钡作为内核，使滑石粉粘附在球形的硫酸钡表面形成宏观球形，在应用时，滑石粉以宏观球形状形态存在，使得在滑石粉具有良好的滑动性和分散性快速分散在聚合物基体中。
本发明提供的一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法，将聚苯乙烯溶解在甲苯中形成透明浆体，加入硫酸钡后进行喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；然后与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，得到滑石粉-硫酸钡复合球；最后将复合球与润滑剂、偶联剂经过高速混合机混合、双螺杆挤出机挤出造粒，即可。
本发明提供了一种滑石粉基透明塑料母料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、将滑石粉预制为宏观球形，作为透明母料，用于基体塑料时，达到会快速分散的目的。
2、本发明制备方法工艺简单，无需螺杆挤出造粒，简化了母料制备工艺。
3、通过具体的实践操作,以球形的硫酸钡为辅助，使滑石粉良好分散得到的母料色白亮均匀。
附图说明
图1为实施例1制得的滑石粉-硫酸钡复合球的颗粒形态；
图2为实施例1制备的透明母料添加在聚乙烯塑料中，制得的薄膜中填料的分散状况；
图3为对比例1制备的透明母料添加在聚乙烯塑料中，制得的薄膜中填料的分散状况。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）先将聚苯乙烯溶解在甲苯中，常温下在密闭容器中以280r/min高速搅拌28min，形成透明的浆体，然后加入硫酸钡继续高速搅拌22min，再喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；硫酸钡为上海威亿实业有限公司生产的高球度沉淀高光性沉淀硫酸钡，粒径为800目；喷雾干燥采用离心喷雾干燥机，转速为17000r/min，入口温度设置为220℃；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯33份、甲苯67份、硫酸钡150份；
（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯包覆的硫酸钡粉末与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，使得微细的滑石粉粘附在硫酸钡表面，制得滑石粉-硫酸钡复合球；滑石粉为意大利产HTP2型6000目的滑石粉；涡旋气流粉碎机的主机转速为1800r/min，分级机转速为2000r/min；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯包覆的硫酸钡100份、滑石粉200份；
（3）先将步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂在高速混合机中混合均匀，得到一种滑石粉基透明塑料母料；润滑剂为EBS芥酸酰胺；偶联剂为钛酸酯偶联剂；高速混合的转速为180r/min，加热温度为90℃，混合时间为40min；
各原料配比为，按质量份计，滑石粉-硫酸钡复合球80份、润滑剂3份、偶联剂2份。
实施例1的步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球的颗粒形态显微镜图，如附图1所示；滑石粉-硫酸钡复合球为良好的球形；
实施例1制备的透明母料添加在聚乙烯塑料中制得的薄膜中，填料的分散状况如附图2所示。薄膜的膜面无明显团聚状，说明填料具有良好的分散性。
实施例2
（1）先将聚苯乙烯溶解在甲苯中，常温下在密闭容器中以200r/min高速搅拌30min，形成透明的浆体，然后加入硫酸钡继续高速搅拌20min，再喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；硫酸钡为上海威亿实业有限公司生产的高球度沉淀高光性沉淀硫酸钡，粒径为1000目；喷雾干燥采用离心喷雾干燥机，转速为15000r/min，入口温度设置为250℃；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯33份、甲苯67份、硫酸钡150份；
（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯包覆的硫酸钡粉末与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，使得微细的滑石粉粘附在硫酸钡表面，制得滑石粉-硫酸钡复合球；滑石粉为意大利产HTP2型6000目的滑石粉；涡旋气流粉碎机的主机转速为1700r/min，分级机转速为2000r/min；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯包覆的硫酸钡100份、滑石粉120份；
（3）先将步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂在高速混合机中混合均匀，得到一种滑石粉基透明塑料母料；润滑剂为祥和202B聚乙烯蜡；偶联剂为钛酸酯偶联剂；高速混合的转速为180r/min，加热温度为80℃，混合时间为40min；
各原料配比为，按质量份计，滑石粉-硫酸钡复合球70份、润滑剂3份、偶联剂1份。
实施例3
（1）先将聚苯乙烯溶解在甲苯中，常温下在密闭容器中以280r/min高速搅拌22min，形成透明的浆体，然后加入硫酸钡继续高速搅拌22min，再喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；硫酸钡为上海威亿实业有限公司生产的高球度沉淀高光性沉淀硫酸钡，粒径为950目；喷雾干燥采用离心喷雾干燥机，转速为17000r/min，入口温度设置为220℃；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯33份、甲苯67份、硫酸钡180份；
（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯包覆的硫酸钡粉末与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，使得微细的滑石粉粘附在硫酸钡表面，制得滑石粉-硫酸钡复合球；滑石粉为意大利产HTP2型6000目的滑石粉；涡旋气流粉碎机的主机转速为1600r/min，分级机转速为2000r/min；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯包覆的硫酸钡100份、滑石粉180份；
（3）先将步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂在高速混合机中混合均匀，挤出造粒，得到一种滑石粉基透明塑料母料；润滑剂为EBS芥酸酰胺；偶联剂为钛酸酯偶联剂；高速混合的转速为170r/min，加热温度为85℃，混合时间为25min；各原料配比为，按质量份计，滑石粉-硫酸钡复合球75份、润滑剂3份、偶联剂3份。
实施例4
（1）先将聚苯乙烯溶解在甲苯中，常温下在密闭容器中以250r/min高速搅拌25min，形成透明的浆体，然后加入硫酸钡继续高速搅拌25min，再喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；硫酸钡为上海威亿实业有限公司生产的高球度沉淀高光性沉淀硫酸钡，粒径为900目；喷雾干燥采用离心喷雾干燥机，转速为16000r/min，入口温度设置为220℃；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯33份、甲苯67份、硫酸钡180份；
（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯包覆的硫酸钡粉末与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，使得微细的滑石粉粘附在硫酸钡表面，制得滑石粉-硫酸钡复合球；滑石粉为意大利产HTP2型6000目的滑石粉；涡旋气流粉碎机的主机转速为1700r/min，分级机转速为2000r/min；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯包覆的硫酸钡100份、滑石粉150份；
（3）先将步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂在高速混合机中混合均匀，得到一种滑石粉基透明塑料母料；润滑剂为EBS芥酸酰胺；偶联剂为钛酸酯偶联剂；高速混合的转速为150r/min，加热温度为90℃，混合时间为30min；
各原料配比为，按质量份计，滑石粉-硫酸钡复合球80份、润滑剂2份、偶联剂2份。
实施例5
（1）先将聚苯乙烯溶解在甲苯中，常温下在密闭容器中以200r/min高速搅拌30min，形成透明的浆体，然后加入硫酸钡继续高速搅拌20min，再喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；硫酸钡为上海威亿实业有限公司生产的高球度沉淀高光性沉淀硫酸钡，粒径为1000目；喷雾干燥采用离心喷雾干燥机，转速为18000r/min，入口温度设置为200℃；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯33份、甲苯67份、硫酸钡200份；
（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯包覆的硫酸钡粉末与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，使得微细的滑石粉粘附在硫酸钡表面，制得滑石粉-硫酸钡复合球；滑石粉为意大利产HTP2型6000目的滑石粉；涡旋气流粉碎机的主机转速为1800r/min，分级机转速为2000r/min；
各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯包覆的硫酸钡100份、滑石粉200份；
（3）先将步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂在高速混合机中混合均匀，得到一种滑石粉基透明塑料母料；润滑剂为祥和202B聚乙烯蜡；偶联剂为铝酸酯偶联剂；高速混合的转速为120r/min，加热温度为100℃，混合时间为40min；各原料配比为，按质量份计，滑石粉-硫酸钡复合球70份、润滑剂2份、偶联剂3份。
对比例1
对比例1没有采用聚苯乙烯对硫酸钡进行包覆，而是将滑石粉与硫酸钡直接混合得到复合粉，其他制备条件与实施例1相同，制得的透明母料添加在聚乙烯塑料中制得的薄膜，填料的分散状况如附图3所示。薄膜的膜面存在明显团聚状，说明采用直接混合时，透明母料中滑石粉未能有效分散；由表1 可见，滑石粉未能有效分散导致了制品透明度的降低。
性能指标的测试方法为：
透明度：将制得的透明母料与聚乙烯7042以质量比1:5混合，经45型吹膜机吹制为厚度0.035mm的薄膜，测试透明度；
填料的分散状况：将制得的透明母料与聚乙烯7042以质量比1:5混合，经45型吹膜机吹制为厚度0.035mm的薄膜，采用显微镜进行观察。
表1：
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
透明度（%） 89 90 88 89 88 76

Claims (8)

1.一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：
（1）先将聚苯乙烯溶解在甲苯中，常温下在密闭容器中以200~300r/min高速搅拌20~30min，形成透明的浆体，然后加入硫酸钡继续高速搅拌20~30min，再喷雾干燥，得到聚苯乙烯包覆的硫酸钡；所述硫酸钡为上海威亿实业有限公司生产的高球度沉淀高光性沉淀硫酸钡，粒径为800~1000目；
（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯包覆的硫酸钡粉末与滑石粉混合均匀，经涡旋气流粉碎机冲击，使得微细的滑石粉粘附在硫酸钡表面，制得滑石粉-硫酸钡复合球；所述滑石粉为意大利产HTP2型6000目的滑石粉；
（3）先将步骤（2）制得的滑石粉-硫酸钡复合球与润滑剂、偶联剂在高速混合机中混合均匀，得到一种粉末状的滑石粉基透明塑料母料；所述润滑剂为祥和202B聚乙烯蜡、EBS芥酸酰胺中的至少一种；所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯33份、甲苯67份、硫酸钡150~200份。
3.根据权利要求1所述一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述喷雾干燥采用离心喷雾干燥机，转速为15000~18000r/min，入口温度设置为100-120℃。
4.根据权利要求1所述一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述各原料配比为，按质量份计，聚苯乙烯包覆的硫酸钡100份、滑石粉100~200份。
5.根据权利要求1所述一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述涡旋气流粉碎机的主机转速为1600~1800r/min，分级机转速为2000r/min。
6.根据权利要求1所述一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述各原料配比为，按质量份计，滑石粉-硫酸钡复合球70~80份、润滑剂2~3份、偶联剂1~3份。
7.根据权利要求1所述一种滑石粉基透明塑料母料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述高速混合的转速为120~180r/min，加热温度为80~100℃，混合时间为20~40min。
8.权利要求1~7任一项所述方法制备得到的一种滑石粉基透明塑料母料。
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