CN110527177B - 一种低气味食品级黑色母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低气味食品级黑色母粒及其制备方法，涉及塑料助剂技术领域，其技术方案要点是一种低气味食品级黑色母粒，由如下重量百分比的原料制成：脱硫炭黑40‑42%、分散润滑剂1‑3%以及载体树脂56‑58%；所述载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为30‑50g/10min。本发明通过以脱硫炭黑为着色剂，可以降低黑色母粒中的硫含量，从而降低色母粒的气味，使其能达到食品级色母粒的要求。

Description

一种低气味食品级黑色母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料助剂技术领域，更具体的说，它涉及一种低气味食品级黑色母粒及其制备方法。

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；由于色母粒中的载体树脂将颜料和空气、水分隔离，避免了直接使用颜料时颜料的吸水和氧化现象，可以使颜料的品质长期不变。并且，颗粒状色母粒与塑料树脂混合时的扬尘较少，可以保持环境的洁净，因此色母粒得到了较为广泛的应用。黑色母是色母粒的一种，其是由高比例的炭黑以及添加剂与热塑性树脂，经分散而成的塑料着色剂，其所选用的树脂对着色剂具有良好的润湿和分散作用，并且与被着色材料具有良好的相容性。

现有技术中，申请号为201610342940.8的专利申请文件，公开了一种抗紫外黑色母粒及其制备方法，一种抗紫外黑色母粒，其各组分的质量百分比为炭黑30％-50％；载体树脂25％-45％；分散剂0.5％-8％；高温稳定剂3％-8％；抗紫外线稳定剂0.5％-13％，还涉及该色母粒的制备方法，包括以下步骤：按重量配比称取各组分，并分别加入高速混合器中，在1500-1800r/min的转速下搅拌10-20分钟，待混合均匀后出料加入双螺杆挤出机中，于180℃～260℃温度下经过熔融混炼后挤出造粒，冷却、干燥、包装，制得所需黑母粒。

由于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，导致传统炭黑中会残留部分硫化物而使炭黑具有一些异味，从而使制得的黑色母粒存在异味，将其用于塑料加工时，会使得塑料制品带有异味，因此目前的黑色母粒因为存在异味使得其在食品级的塑料制品中的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低气味食品级黑色母粒，其通过以脱硫炭黑为着色剂，可以降低黑色母粒中的硫含量，从而降低色母粒的气味，使其能达到食品级色母粒的要求。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种低气味食品级黑色母粒，由如下重量百分比的原料制成：脱硫炭黑40-42％、分散润滑剂1-3％以及载体树脂56-58％；所述载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为30-50g/10min。

通过采用上述技术方案，通过以脱硫炭黑为着色剂，可以降低黑色母粒中的硫含量，从而降低色母粒的气味，使其能达到食品级色母粒的要求。

进一步地，由如下重量百分比的原料制成：脱硫炭黑41％、分散润滑剂2％以及载体树脂57％；所述载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为30-50g/10min。

通过采用上述技术方案，在上述配比下，脱硫炭黑具有较好的分散性，可以改善加工性能。

进一步地，所述分散润滑剂为硬脂酸锌。

通过采用上述技术方案，硬脂酸锌具有很好的润滑性，可以改善小粒径炭黑分散性差的问题。

进一步地，所述脱硫炭黑的平均原生粒径为21-25nm，吸油值为105mL/100g，灰分<0.1％，含硫量<0.01％。

通过采用上述技术方案，通过控制炭黑的灰分以及含硫量，可以降低炭黑的异味，使其更加安全，符合食品用材料的要求。

进一步地，所述脱硫炭黑采用如下方法制备：

①取含硫量<0.2％的炭黑，加入炭黑重量的1-3％的脱硫剂，以20-30KHz的频率超声处理3-5min后，得到预处理炭黑；

②将正硅酸乙酯、体积分数为95％的乙醇溶液以及乙烯基三甲氧基硅烷按照重量比为10:90:1的比例混合后，得到正硅酸乙酯的乙醇溶液备用；

③将预处理炭黑与正硅酸乙酯的乙醇溶液按照重量比为1.5:1的比例混合后，进行超声分散使其混合均匀，然后将其经过干燥后，得到脱硫炭黑。

通过采用上述技术方案，经过对含硫量<0.2％的炭黑进行脱硫处理后，可以使得硫含量下降至0.01％，从而降低炭黑中的硫化物带来的异味，并经过处理后的炭黑可以增加炭黑表面的极性，降低炭黑的团聚现象，提高其在聚合物基体中的分散性，减少分散润滑剂的用量。

进一步地，所述脱硫剂采用如下方法制备：以重量份数计，取100份聚甲基丙烯酸甲酯微球、20-30份硅藻土以及3-5份二烯丙基二硫，研磨20-30min后，将其微波频率为2450Hz的条件下，辐射处理3-5min后，得到脱硫剂。

通过采用上述技术方案，由聚甲基丙烯酸甲酯微球、20-30份硅藻土以及3-5份二烯丙基二硫制得的脱硫剂具有很好的吸附力，可以吸收炭黑中的硫化物等异味物，并且不会降低炭黑的黑度，使其在去除硫化物的同时仍能保持良好的着色力。

本发明的目的之二在于提供一种低气味食品级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：

一种低气味食品级黑色母粒的制备方法，包括如下步骤：

S1、预混：将脱硫炭黑、分散润滑剂以及载体树脂在800-2000r/min的速度下，搅拌混合8-12min，得到预混料；

S2、混合：将预混料在165-175℃的温度下密炼20-30min后，得到混合料；

S3、造粒：将混合料经过挤出、造粒后，得到黑色母粒。

进一步地，S3中将混合料置于双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的长径比为50:1。

进一步地，双螺杆挤出机的反应区的温度为140-150℃，主机转速为250-350r/min。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1.经过对含硫量<0.2％的炭黑进行脱硫处理后，可以使得硫含量下降至0.01％，从而降低炭黑中的硫化物带来的异味，可以降低黑色母粒中的硫含量，从而降低色母粒的气味，使其能达到食品级色母粒的要求；并经过处理后的炭黑可以增加炭黑表面的极性，降低炭黑的团聚现象，提高其在聚合物基体中的分散性，减少分散润滑剂的用量；

2.由聚甲基丙烯酸甲酯微球、20-30份硅藻土以及3-5份二烯丙基二硫制得的脱硫剂具有很好的吸附力，可以吸收炭黑中的硫化物等异味物，并且不会降低炭黑的黑度，使其在去除硫化物的同时仍能保持良好的着色力。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

一、脱硫炭黑的制备例

制备例1：①取100kg聚甲基丙烯酸甲酯微球、25kg硅藻土以及4kg二烯丙基二硫，研磨25min后，将其微波频率为2450Hz的条件下，辐射处理4min后，得到脱硫剂；

②取含硫量为0.15％的中色素炉法炭黑，加入炭黑重量的2％的脱硫剂，以25KHz的频率超声处理4min后，得到预处理炭黑；

③将正硅酸乙酯、体积分数为95％的乙醇溶液以及乙烯基三甲氧基硅烷按照重量比为10:90:1的比例混合后，得到正硅酸乙酯的乙醇溶液备用；

④将预处理炭黑与正硅酸乙酯的乙醇溶液按照重量比为1.5:1的比例混合后，进行超声分散，超声分散的频率为30KHz，时间为20min，使其混合均匀，然后将其在80℃的温度下干燥8h后，得到脱硫炭黑。

制备例2：①取100kg聚甲基丙烯酸甲酯微球、20kg硅藻土以及3kg二烯丙基二硫，研磨20min后，将其微波频率为2450Hz的条件下，辐射处理3min后，得到脱硫剂；

②取含硫量为0.1％的中色素炉法炭黑，加入炭黑重量的1％的脱硫剂，以20KHz的频率超声处理3-5min后，得到预处理炭黑；

③将正硅酸乙酯、体积分数为95％的乙醇溶液以及乙烯基三甲氧基硅烷按照重量比为10:90:1的比例混合后，得到正硅酸乙酯的乙醇溶液备用；

④将预处理炭黑与正硅酸乙酯的乙醇溶液按照重量比为1.5:1的比例混合后，进行超声分散，超声分散的频率为30KHz，时间为20min，使其混合均匀，然后将其在80℃的温度下干燥8h后，得到脱硫炭黑。

制备例3：①取100kg聚甲基丙烯酸甲酯微球、30kg硅藻土以及5kg二烯丙基二硫，研磨30min后，将其微波频率为2450Hz的条件下，辐射处理5min后，得到脱硫剂；

②取含硫量为0.2％的中色素炉法炭黑，加入炭黑重量的3％的脱硫剂，以30KHz的频率超声处理5min后，得到预处理炭黑；

③将正硅酸乙酯、体积分数为95％的乙醇溶液以及乙烯基三甲氧基硅烷按照重量比为10:90:1的比例混合后，得到正硅酸乙酯的乙醇溶液备用；

④将预处理炭黑与正硅酸乙酯的乙醇溶液按照重量比为1.5:1的比例混合后，进行超声分散，超声分散的频率为30KHz，时间为20min，使其混合均匀，然后将其在80℃的温度下干燥8h后，得到脱硫炭黑。

制备例4：本制备例与制备例1的不同之处在于，脱硫炭黑的制备方法中不包含步骤③和④。

制备例5：本制备例与制备例1的不同之处在于，步骤①的脱硫剂中不包含硅藻土。

二、实施例

实施例1：一种低气味食品级黑色母粒采用如下方法制备而得：

S1、预混：将41kg脱硫炭黑、2kg分散润滑剂以及57kg载体树脂在1000r/min的速度下，搅拌混合10min，得到预混料；

S2、混合：将预混料在170℃的温度下密炼25min后，得到混合料；

S3、造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的长径比为50:1，反应区的温度为145℃，主机转速为300r/min，经过挤出、造粒后，得到黑色母粒。

实施例1中的脱硫炭黑选自制备例1制备而得，其平均原生粒径为21-25nm，吸油值为105mL/100g，灰分<0.1％，含硫量<0.01％；分散润滑剂为硬脂酸锌；载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为40g/10min。

实施例2：一种低气味食品级黑色母粒采用如下方法制备而得：

S1、预混：将40kg脱硫炭黑、2kg分散润滑剂以及58kg载体树脂在800r/min的速度下，搅拌混合8min，得到预混料；

S2、混合：将预混料在165℃的温度下密炼20min后，得到混合料；

S3、造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的长径比为50:1，反应区的温度为140℃，主机转速为250r/min，经过挤出、造粒后，得到黑色母粒。

实施例2中的脱硫炭黑选自制备例2制备而得，其平均原生粒径为21-25nm，吸油值为105mL/100g，灰分<0.1％，含硫量<0.01％；分散润滑剂为硬脂酸锌；载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为30g/10min。

实施例3：一种低气味食品级黑色母粒采用如下方法制备而得：

S1、预混：将42kg脱硫炭黑、2kg分散润滑剂以及56kg载体树脂在2000r/min的速度下，搅拌混合8-12min，得到预混料；

S2、混合：将预混料在175℃的温度下密炼30min后，得到混合料；

S3、造粒：将混合料置于双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的长径比为50:1，反应区的温度为150℃，主机转速为350r/min，经过挤出、造粒后，得到黑色母粒。

实施例3中的脱硫炭黑选自制备例1制备而得，其平均原生粒径为21-25nm，吸油值为105mL/100g，灰分<0.1％，含硫量<0.01％；分散润滑剂为硬脂酸锌；载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为50g/10min。

实施例4：采用实施例1的方法以及工艺参数，其与实施例1的不同之处在于，脱硫炭黑的用量为42kg，分散润滑剂为1kg，载体树脂为57kg。

实施例5：采用实施例1的方法以及工艺参数，其与实施例1的不同之处在于，脱硫炭黑的用量为41kg，分散润滑剂为3kg，载体树脂为56kg。

三、对比例对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，用未处理过的中色素炉法炭黑代替脱硫炭黑。

对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，脱硫炭黑选自制备例4制备而得，脱硫炭黑的制备方法中不包含步骤③和④。

对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，脱硫炭黑选自制备例5制备而得，在制备的脱硫剂中不包含二烯丙基二硫。

四、性能测试根据GB/T7044-2013《色素炭黑》，对制备例1-4制备的脱硫炭黑的技术指标进行测试，将测试结果示于表1。

表1

分散等级采用GB/T6030-2006中的方法A进行测试，其中目测分散等级为1-10，其中分散等级为1-2时，其标识炭黑的分散质量很差，分散等级为9-10时，则表示其分散等级很好；由表1数据可知，经过本发明处理后的中色素炉法炭黑具有很好的着色力以及黑度，灰分<0.1％，含硫量<0.01％，并具有良好的分散性能，不易发生团聚；通过制备例1、制备例4相比可以，经过制备例中步骤③和④之后，可以明显提高炭黑的分散性能。

根据QB/T 1648-92《聚乙烯着色母料》，对实施例1-5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2。

表2

由表2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/T 1648-92《聚乙烯着色母料》中一等品的要求；并且从实施例1的数据可以看出，当各原料的重量百分比分比为：脱硫炭黑41％、分散润滑剂2％以及载体树脂57％时，其综合性能最佳。

将实施例1-5以及对比例1-3制备的黑色母粒与食品级聚丙烯树脂按照重量比为1:20的比例混合均匀，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3。

表3

由表3数据可以看出，本发明制备的黑色母粒用于制作聚丙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中用未处理过的中色素炉法炭黑代替脱硫炭黑；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有异味，说明经过本发明处理后的炭黑可以大幅度降低其中的异味，使其满足《食品安全国家标准食品接触用塑料材料及制品》中的规定。

对比例3中的脱硫炭黑选自制备例5制备而得，在制备的脱硫剂中不包含二烯丙基二硫；采用对比例3的黑色母粒制得的塑料制品有异味，说明脱硫剂中的二烯丙基二硫的加入可以降低传统炭黑的异味。

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 (6)

1.一种低气味食品级黑色母粒，其特征在于：由如下重量百分比的原料制成：

脱硫炭黑40-42%、分散润滑剂1-3%以及载体树脂56-58%；

所述载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为30-50g/10min；

所述脱硫炭黑的平均原生粒径为21-25nm，吸油值为105mL/100g，灰分<0.1%，含硫量<0.01%；所述脱硫炭黑采用如下方法制备：

①取含硫量<0.2%的炭黑，加入炭黑重量的1-3%的脱硫剂，以20-30KHz的频率超声处理3-5min后，得到预处理炭黑；

②将正硅酸乙酯、体积分数为95%的乙醇溶液以及乙烯基三甲氧基硅烷按照重量比为10:90:1的比例混合后，得到正硅酸乙酯的乙醇溶液备用；

③将预处理炭黑与正硅酸乙酯的乙醇溶液按照重量比为1.5:1的比例混合后，进行超声分散使其混合均匀，然后将其经过干燥后，得到脱硫炭黑；

所述脱硫剂采用如下方法制备：以重量份数计，取100份聚甲基丙烯酸甲酯微球、20-30份硅藻土以及3-5份二烯丙基二硫，研磨20-30min后，将其微波频率为2450Hz的条件下，辐射处理3-5min后，得到脱硫剂。

2.根据权利要求1所述的一种低气味食品级黑色母粒，其特征在于：由如下重量百分比的原料制成：脱硫炭黑41%、分散润滑剂2%以及载体树脂57%；

所述载体树脂为线性低密度聚乙烯，其熔融指数为30-50g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种低气味食品级黑色母粒，其特征在于：所述分散润滑剂为硬脂酸锌。

4.根据权利要求1所述的一种低气味食品级黑色母粒的制备方法，其特征在于：所述低气味食品级黑色母粒的制备方法，包括如下步骤：

S1、预混：将脱硫炭黑、分散润滑剂以及载体树脂在800-2000r/min的速度下，搅拌混合8-12min，得到预混料；

S2、混合：将预混料在165-175℃的温度下密炼20-30min后，得到混合料；

S3、造粒：将混合料经过挤出、造粒后，得到黑色母粒。

5.根据权利要求4所述的一种低气味食品级黑色母粒的制备方法，其特征在于：S3中将混合料置于双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的长径比为50:1。

6.根据权利要求5所述的一种低气味食品级黑色母粒的制备方法，其特征在于：双螺杆挤出机的反应区的温度为140-150℃，主机转速为250-350r/min。