CN111875862B

CN111875862B - 地暖管专用色母粒及其制备方法

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Publication number: CN111875862B
Application number: CN202010700202.2A
Authority: CN
Inventors: 钟升; 楼旭虎
Original assignee: Yuyao Hezhong Plastic Co ltd
Current assignee: Yuyao Hezhong Plastic Co ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-07-20
Also published as: CN111875862A

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种地暖管专用色母粒及其制备方法。本发明色母粒的制作原料按重量百分比计包括如下成分：聚乙烯40‑90％、着色剂1‑50％、分散剂1‑5％、加工助剂0.1‑5％。本发明色母粒成分简单，以聚乙烯为色母载体，着色剂作为颜料进行着色，无机纳米粒子作为加工助剂用于辅助颜料的分散与加工过程中性能的改善，同时添加少量的PE蜡和丙烯酸嵌段共聚物复配物作为分散剂使颜料均匀的分散于载体中，使得色母粒与交联类PEX系列管材再加工时不易产生预交联现象，最大限度的保障产品的品质。

Description

地暖管专用色母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种地暖管专用色母粒及其制备方法。

背景技术

色母粒发展初期是典型的高附加值产品，如今已发展成为塑料化纤行业的配套产业，在合成树脂到最终制品的产业链中起着举足轻重的作用，而专用色母是根据用户指定的用于制品的塑料品种，用户可根据实际需求进行色母粒定制。地暖管色母粒就是专用色母粒之一，地暖管作为人们冬天的取暖设备十分受欢迎，尤其在寒冷的北方，因此对地暖管的性能和品质也就提出了更高的要求，而色母粒作为地暖管的重要组成部分，其性能直接决定着地暖管的质量和使用寿命。

按照国家和国际的产品标准要求，生产冷热水用塑料管材和塑料管件的原料，必须是按照GB/T18252-2000《塑料管道系统用外推法对热塑性塑料管材长期静液压强度的测定》中规定进行试验丽通过合格判定的管道专用料。因此，地暖管专用色母粒作为地暖管管材的重要原料，必须具备优异的性能品质。

中国发明专利(CN105623051A)公开了一种地暖管专用色母粒，其将颜料和加工助剂先经过了研磨细化，并添加了偶联剂做颜料的表面处理，增强颜料的分散性和与载体树脂的相容性，还在配方中加入了提高热变改性剂，突破了普通色母加入后管材耐热变形温度差的缺陷，其通过上述复杂成分制得的色母粒虽提高了地暖管的耐热性能，但在色母粒与原材料再加工过程有预交联，对于地暖管品质带来不利影响。因此如何获得着色颜料高度分散且稳定的色母粒以避免其与交联类PEX系列管材进行再加工时出现预交联现象是研究地暖管专用色母粒的重中之重。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种与交联类PEX系列管材再加工时不易产生预交联的高品质地暖管专用色母粒及其制备方法。

本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种地暖管专用色母粒，所述色母粒的制作原料按重量百分比计包括如下成分：聚乙烯40-90％、着色剂1-50％、分散剂1-5％、加工助剂0.1-5％。

与现有技术中因成分过于复杂及加入过多的分散剂与加工助剂而使得产品在部分交联时出现预交联和在铝塑管中出现粘接不牢的现象相比，本发明色母粒成分简单，以聚乙烯为色母载体，着色剂作为颜料进行着色，加工助剂用于辅助颜料的分散与加工过程中性能的改善，同时添加少量的分散剂使颜料均匀的分散于载体中，且分散剂的含量需要严格控制在1-5％范围，当分散剂含量低于1％会出现颜料分散不均匀的现象，当分散剂含量高于5％在管道生产时容易出现预交联的现象。通过本申请简单成分配伍的色母粒与交联类PEX系列管材再加工时不易产生预交联，能最大限度的保障产品的品质。

作为优选，上述色母粒中所述分散剂由PE蜡和丙烯酸嵌段共聚物按照质量比(6.5-8)：1复配而成。

PE蜡与色母粒的载体聚乙烯(PE)结构比较相似，熔点远低于PE的熔点，会先于PE熔融包覆在颜料的表面,又由于其熔体黏度较PE的熔体黏度低，更容易渗透到颜料团聚体空隙中，可以完全润湿颜料。PE蜡虽对颜料具有较好的润湿效果，但极不稳定，在加工过程中分散的颜料与载体PE间的亲和力很容易被打破而发生再次凝聚，而影响色母粒的品质及性能。为了克服这一难题，本发明经过大量实践发现，在分散剂中添加少量具有空间位阻聚合物链段的丙烯酸嵌段共聚物，可以有效阻止颜料粒子再凝聚，能够使颜料更加稳定的分散于色母载体PE中，同时发现，若单独使用丙烯酸嵌段共聚物作为分散剂，因其链段不具有亲水性基团而对颜料的润湿性较差。在此基础上，将PE蜡与丙烯酸嵌段共聚物复配作为分散剂，对于获得高品质的色母粒至关重要。

作为优选，上述色母粒中所述加工助剂为纳米碳酸钙或纳米硫酸钡中的至少一种。与现有技术地暖管专用色母粒采用硬脂酸或硬脂酸盐类加工助剂改善物料机械加工性能的要求相比，本发明以纳米粉体为加工助剂协同分散剂进一步改善颜料在载体中的分散性能。

进一步优选，所述加工助剂由纳米碳酸钙和纳米硫酸钡按照质量比(2-5)：1复配而成。本发明选择加工助剂复配，可以获得更佳的内润滑效果，进而辅助分散剂与颜料表面发生物理结合或化学键合，并形成偶联层，进一步巩固颜料在载体色母中稳定分散。

作为优选，上述色母粒中所述着色剂包括有机颜料和无机颜料。

进一步优选，所述有机颜料为偶氮类、酞菁类、多环结构类颜料中的至少一种；所述无机颜料为炭黑、群青、二氧化钛、铁红、铁黄中的至少一种。

再进一步优选，所述有机颜料为颜料红、颜料黄、颜料橙、酞菁蓝、酞菁绿、喹吖啶酮红、喹吖啶酮紫。

本发明的第二个目的在于提供一种地暖管专用色母粒的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1：按重量百分比称取色母粒原料并混合均匀；

S2：将混匀的原料加压密炼至120～150℃，物料全成团且表面光滑后出料；

S3：将密炼后的物料经强制喂料或冷却破碎后加入挤出机挤出造粒，热切或拉条，干燥制得色母粒。

与常规色母采用高混机加单双螺杆机进行造粒的工艺相比，本发明中分散剂过少，采用常规的加工工艺无法达到颜料均匀分散的目的，而采用密炼的工艺，不仅在在保障色母粒质量的情况下最大限度的简化了操作的工艺和步骤，而且在少量分散剂情况下密炼还可以促使颜料在色母载体中充分分散。

作为优选，在上述色母粒的制备方法中所述干燥的温度T≤80℃。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明色母粒原料组分简单，将分散剂设计为PE蜡和丙烯酸嵌段共聚物的复配物，可以使着色剂颜料均匀稳定的分散于色母载体中，进而获得不易与交联类PEX系列管材产生预交联的高品质色母粒产品。

2.选择无机纳米粉体材料复配作为助剂，协同分散剂与颜料表面发生物理结合及化学键合，形成偶联层，进一步巩固颜料在载体色母中稳定分散。

3.本发明在保障质量的情况下最大限度的简化了操作的工艺和步骤，机台适用性广，单双螺杆均可操作，热切，水拉条均适用。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1

按重量百分比称取如下原料组分：聚乙烯40％、颜料黄50％、PE蜡4.4％、丙烯酸嵌段共聚物0.6％、纳米碳酸钙5％；

将上述原料于混料机中混合均匀后置于密炼机加压密炼至120℃，待物料全成团且表面光滑后出料；

将密炼后的物料经冷却破碎后加入双螺杆挤出机挤出造粒，水环热切，然后于60℃干燥箱中干燥制得地暖管专用色母粒。

实施例2

按重量百分比称取如下原料组分：聚乙烯65％、铁红26％、喹吖啶酮紫4％、PE蜡1.77％、丙烯酸嵌段共聚物0.23％、纳米硫酸钡3％；

将上述原料于混料机中混合均匀后置于密炼机加压密炼至130℃，待物料全成团且表面光滑后出料；

将密炼后的物料直接强制喂料进入双螺杆挤出机挤出造粒，风环热切，然后于65℃干燥箱中干燥制得地暖管专用色母粒。

实施例3

按重量百分比称取如下原料组分：聚乙烯75％、颜料黄12％、二氧化钛9％、PE蜡2.62％、丙烯酸嵌段共聚物0.38％、纳米碳酸钙0.75％、纳米硫酸钡0.25％；

将上述原料于混料机中混合均匀后置于密炼机加压密炼至140℃，待物料全成团且表面光滑后出料；

将密炼后的物料经冷却破碎后加入双螺杆挤出机挤出造粒，水环热切，然后于70℃干燥箱中干燥制得地暖管专用色母粒。

实施例4

按重量百分比称取如下原料组分：聚乙烯80％、群青3％、炭黑8％、酞青蓝4％、PE蜡4.15％、丙烯酸嵌段共聚物0.6％、纳米硫酸钡0.25％；

将上述原料于混料机中混合均匀后置于密炼机加压密炼至135℃，待物料全成团且表面光滑后出料；

将密炼后的物料直接强制喂料进入单螺杆机挤出造粒，风环热切，然后于75℃干燥箱中干燥制得地暖管专用色母粒。

实施例5

按重量百分比称取如下原料组分：聚乙烯90％、铁黄2％、喹吖啶酮红6％、PE蜡1.3％、丙烯酸嵌段共聚物0.2％、纳米碳酸钙0.5％；

将上述原料于混料机中混合均匀后置于密炼机加压密炼至150℃，待物料全成团且表面光滑后出料；

将密炼后的物料经冷却破碎后加入单螺杆挤出机挤出造粒，水冷拉条，然后于80℃干燥箱中干燥制得地暖管专用色母粒。

实施例6

与实施例3的区别仅在于，色母粒原料组分中不含有丙烯酸嵌段共聚物，其他原料组分及制备方法均与实施例3相同。

实施例7

与实施例3的区别仅在于，色母粒原料组分中不含有PE蜡，其他原料组分及制备方法均与实施例3相同。

实施例8

与实施例3的区别仅在于，PE蜡与丙烯酸嵌段共聚物质量比为6:1，其他原料组分及制备方法均与实施例3相同。

实施例9

与实施例3的区别仅在于，PE蜡与丙烯酸嵌段共聚物质量比为8.5:1，其他原料组分及制备方法均与实施例3相同。

实施例10

与实施例3的区别仅在于，纳米碳酸钙和纳米硫酸钡的质量比为1.5：1，其他原料组分及制备方法均与实施例3相同。

实施例11

与实施例3的区别仅在于，纳米碳酸钙和纳米硫酸钡的质量比为5：1，其他原料组分及制备方法均与实施例3相同。

对比例1

与实施例3的区别仅在于，本对比例中分散剂的含量为0.8％。

对比例2

与实施例3的区别仅在于，本对比例中分散剂的含量为5.5％。

对比例3

与实施例3的区别仅在于，本对比例中加工助剂为硬脂酸锌。

对比例4

与实施例3的区别仅在于，采用常规高混机加单双螺杆挤出机造粒工艺制备色母粒。

对比例5

地暖管用常规色母粒。

对本发明上述实施例制得的色母粒进行如下测试；

质量检测：1.观察色母粒表面，是否光亮，有无毛刺；2将本发明实施例中制得的色母粒与某品牌PE-X材料按质量比1：100进行挤管验证，观察管材表面是否光滑，颜色是否均匀，有无色点，有无预交联。

性能检测：将本发明实施例中制得的色母粒与某品牌PE-X材料按质量比1：100进行挤管验证，依据标准CJ/T205-2000测试管材的环应力。

对实施例1-11及对比例1-5的色母粒产品测试结果如下表1所示：

表1：实施例1-11及对比例1-5的色母粒产品测试结果

通过表1可以看出，当选择PE蜡或丙烯酸嵌段共聚物其中一种作为分散剂时，色母粒在不同温度不同时长下所能承受的压力即环应力均低于以PE蜡和丙烯酸嵌段共聚物复配作为分散剂的色母粒，且色母粒表面亮色不均匀有毛刺，在与PEX材料挤管测试时有预交联现象。同时当分散剂含量超出1-5％范围时，色母粒的性能指标也均降低，采用现有技术中常规硬脂酸作为加工助剂同样不利于本申请色母粒性能。因此，对于本申请而言，采用低含量复配分散剂及无机纳米粒子作为助剂对于获得高品质的色母粒尤为重要。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种地暖管专用色母粒，其特征在于，所述色母粒的制作原料按重量百分比计包括如下成分：聚乙烯40-90%、着色剂1-50%、分散剂1-5%、加工助剂0.1-5%；

所述分散剂由PE蜡和丙烯酸嵌段共聚物按照质量比（6.5-8）：1复配而成；

所述加工助剂为纳米碳酸钙或纳米硫酸钡中的至少一种；

所述的地暖管专用色母粒的制备方法，包括以下步骤：

S1：按重量百分比称取色母粒原料并混合均匀；

S2：将混匀的原料加压密炼至120~150℃，物料全成团且表面光滑后出料；

2.根据权利要求1所述的色母粒，其特征在于，所述加工助剂由纳米碳酸钙和纳米硫酸钡按照质量比（2-4）：1复配而成。

3.根据权利要求1所述的色母粒，其特征在于，所述着色剂包括有机颜料和无机颜料。

4.根据权利要求3所述的色母粒，其特征在于，所述有机颜料为偶氮类、酞菁类、多环结构类颜料中的至少一种；所述无机颜料为炭黑、群青、二氧化钛、铁红、铁黄中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的色母粒，其特征在于，所述干燥的温度T≤80℃。