CN112175266A - 一种隔热降温聚合物母料、聚合物材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化铬在提高聚合物母料及聚合物材料隔热降温性能中的应用，其制备的隔热降温聚合物母料及聚合物材料，不但具有很好的颜色和色泽的稳定性，而且提高了聚合物母料、聚合物材料的隔热降温性能。该聚合物材料由以下质量配比的原料制成：薄膜级聚烯烃树脂85～97.5份、聚合物母料2.0～15份，其中聚合物母料中含有氧化铬。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物母料、聚合物材料及其制备方法，更具体地说涉及一种隔热降温聚合物母料、聚合物材料及其制备方法。
背景技术
自然界提供给人类的最清洁、最低廉和可以周而复始循环使用的能源是太阳能，它是一种绿色可再生能源，同时具有普遍性、无害性、长久性等优点。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能量。太阳电磁辐射中99.9％的能量集中在红外区、可见光区和紫外区。太阳辐射通过大气，一部分到达地面的是直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。在地面上观测的太阳辐射的波段范围大约为295nm～2500nm。小于295nm和大于2500nm波长的太阳辐射，因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，不能到达地面。到达地面的太阳辐射主要分布在紫外区(200～400nm)、可见光区(400～700nm)和近红外区(700～2500nm)，其中红外区占太阳辐射总能量中最多，约52％；其次是可见光区，占太阳辐射总能量的约43％；紫外区占太阳辐射总能量的比例最小，约5％。
太阳能作为绿色能源，除了其有益性以外，有时也会带给人类生活不便的另一面。例如，在夏季天气较为晴朗的情况下，强烈的太阳辐射直接导致夏季炎热的天气，这给室外和室内人们的工作、学习和生活均造成影响。为此，在炎热的夏季人们，需要使用空调、风扇等降温设备。大量使用降温设备会消耗大量能源，给人类的可持续发展带来威胁和挑战。为了应对这种现况，研究人员不断探索新型功能材料，如太阳光谱选择性透过材料、太阳光谱选择性吸收材料、太阳光谱全反射材料等。
太阳光谱选择性透过材料就是设计屏蔽特点波长的太阳光而让需要相应的波长太阳光透过，例如公开号为CN 103467888A的发明专利公开了一种软质透明PVC功能薄膜可以对200-400nm紫外光波段的平均透过率低至0.2％以上，而可见光和近红外光可以大部分透过，该透明软质PVC功能薄膜能有效地屏蔽紫外光功能；公开号为CN 104693646A发明专利公开了一种透明增塑PVC功能薄膜具有高效屏蔽紫外线和有效屏蔽高能可见光-蓝光以及红外线的作用，其中400～500nm高能可见光(蓝光)平均透过率24.3～76.2％；公开号为CN 106633526A发明专利公开了一种阻燃透明增塑PVC功能薄膜，200-400nm紫外光波段的平均屏蔽率高达99％以上，400-500nm高能可见光(蓝光)的平均抑制率高达99％以上，并通过加入氧化铟锡或氧化锡锑屏蔽近红外光，具有很好的隔热降温效果，同时极限氧指数大于30％兼具有阻燃性。
另一类针对太阳能在炎热夏季给人类带来弊端的研究就是设计太阳光谱全反射材料，所谓的太阳光谱全反射材料的制备原理，就是要求材料能够最大限度地反射在地面上观测到的波长为295～2500nm太阳能，从而起到降温效果的目的。目前研究较多的是聚合物/功能无机填料复合降温材料，其原理就是利用功能无机粒子折射率高具有非常强的反射太阳光谱作用实现聚合物-无机功能填料复合材料降温作用，通常使用较多的无机功能填料有二氧化钛、氧化锌、三氧化二锑、钛酸钡等。例如公开号为CN 106674870 A发明专利公开了一种功能型改性ABS异型材基站天线外罩，通过加入金红石型二氧化钛、三氧化二锑、钛酸钡中的一种或其组合反射太阳能，避免基站天线外罩在使用过程中因太阳能辐射所引起的温度升高效应，保证天线使用过程中的温度相对稳定；金红石型二氧化钛、三氧化二锑、钛酸钡加入实现太阳能总反射率高达70％以上，实际降温效果明显。公开号为CN108752831 A、CN 108559167A发明专利分别公开了十溴二苯乙烷与三氧化二锑组成的阻燃-协效剂，同时加入二氧化钛，在保证阻燃性的条件下，可以进一步提高苯乙烯类树脂和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的太阳光谱反射率和降温性能，这里的有机化合物十溴二苯乙烷也具有反射太阳光谱的作用，设计的聚合物基复合材料的太阳能总反射率更是高达77.4％，具有很好的降温效果。综上所述，目前在制备太阳光谱全反射聚合物基复合材料中，无机功能填料主要有氧化锌、二氧化钛、三氧化二锑、钛酸钡等白色粒子，有机功能有机化合物主要是十溴二苯乙烷，这也是一种白色粉末，这样制备的聚合物复合材料也是白色。从物理学中光学反射原理可知，所谓看到的白色就是可见光中单色光都产生了反射，如果再加上近红外光的反射就可以实现了太阳光谱高效反射，甚至可以产生全反射，从而可以实现复合材料具有较好的降温效果。
虽然在建筑物的外墙或屋顶铺设这种聚合物复合材料，能够有效地反射太阳光谱，避免了因太阳光谱辐照而引起的室内环境温度升高，减少空调、风扇等降温设备的使用达到节约能源的目的。但是这种功能复合材料一般是白色的，即使在建筑物的外墙或屋顶使用也存在色彩太单一，应用范围受到限制；同时户外运动、旅游系列产品中更需要和植物、树木颜色相协调的绿色等相应色彩。此外，理论上分析得出具有高效反射太阳光谱甚至完全反射太阳光谱的复合材料才有非常好的降温效果。
氧化铬作为一种绿色无机非金属材料，与常用有机颜料相比其优异的耐高温性适合制作搪瓷、陶瓷、地砖等建筑材料的着色剂，在颜料工业用于生产锌铬黄、氧化铬绿等无机颜料；有机化学合成的催化剂，印染工业的氧化剂，生产高铬砖、铬刚玉砖等耐火材料，还可用于木材防腐，防水剂生产及高纯度金属铬电解等。基于氧化铬的基本性质和用途，一般在聚合物材料中作为颜料添加，其无法与隔热降温联系在一起，现有技术中也从没有报道，也没有人研究使用氧化铬作为隔热降温助剂添加到聚合物材料中；现有技术中氧化钛等具有一定的反射太阳光性能，对太阳光谱的反射率较高，适合与聚合物复合制作降温材料，在对氧化锌、氧化硅及氧化铬等的实验中偶然发现，氧化铬对太阳光谱的反射率并不高，采用氧化铬制备的聚合物基复合材料的太阳光谱的反射率也不高。本发明创造性的发现了氧化铬的新用途，即单独采用氧化铬或以氧化铬为主适当并用金红石型氧化钛在聚合物中作为颜料使用时，聚合物显示与天然植物树叶、花草等相似的绿色。本发明制备的聚合物材料不但具有很好的颜色和色泽的稳定性，其隔热降温效果却非常好，与常用白色颜料氧化钛、氧化锌、氧化硅等反射降温效果相近，尤其采用氧化铬与少量金红石型氧化钛组合使用时，在保证绿色的同时隔热降温效果更好。本发明颠覆了对现有技术理论的认知，从而解决了现有技术中存在问题与不足。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种隔热降温聚合物母料及聚合物材料，该聚合物母料及聚合物材料通过氧化铬的使用不但具有很好的颜色和色泽的稳定性，而且提高了聚合物母料、聚合物材料的隔热降温性能。
同时本发明还提供一种隔热降温聚合物母料、聚合物材料的制备方法，该方法通过使用无机填料氧化铬(三氧化二铬)或与少量金红石型氧化钛并用先制备聚合物母料，使其能均匀分散在聚合物基体中实现聚合物材料具有艳丽的绿色同时，对太阳能也具有很好的隔热降温效果，可以满足特点的场合使用，因此可以进一步提高热降温聚合物材料在薄膜、人造草丝(草坪)等领域中的应用范围。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种氧化铬在提高聚合物母料及聚合物材料隔热降温性能中的应用。
本发明上述的应用中，其进一步的技术方案是，所述的聚合物材料由以下质量配比的原料制成：
薄膜级聚烯烃树脂 85～97.5份
聚合物母料 2.0～15份；
其中聚合物母料中含有氧化铬。
本发明上述的应用中，其更进一步的技术方案是，所述的聚合物母料由以下质量配比的原料制成：
高流动性能聚烯烃树脂 36～56份
氧化铬颜料 40～60份
助剂 3～10份。
本发明上述的应用中，其更进一步的技术方案还可以是，所述的聚合物母料由以下质量配比的原料制成：
本发明上述的应用中，其再进一步的技术方案还可以是，所述的高流动性能聚烯烃树脂是具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯或粉状高密度聚乙烯；所述的助剂包括有抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺。选择高流动性能聚烯烃树脂是为了保证制备含有大量氧化铬颜料、金红石型二氧化钛颜料的功能母料仍然具有较好的流动性，在后期制备薄膜时可以借助单螺杆挤出机很好地分散在基体树脂中，薄膜综合性能好；选择粉状树脂可以保证在功能母料制备过程中与粉状颜料更好地混合与分散，同时粉状树脂在制备母料过程中更容易塑化。更进一步的技术方案是所述的具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯是指在载荷2160g、测试温度230℃条件下熔体质量流动速率为20-25g/10min的树脂，在使用其制备聚合物母料时，在载荷2160g和测试温度230℃条件下聚合物母料熔体质量流动速率为1.5～3.5g1/10min；所述的具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯是指在载荷2160g、测试温度190℃条件下熔体质量流动速率为18-22g/10min的树脂，在使用其制备聚合物母料时，在载荷2160g和测试温度190℃条件下聚合物母料熔体质量流动速率为1.0～3.0g/10min。
本发明上述的应用中，其进一步的技术方案还可以是，所述的氧化铬颜料是粒径0.5～1.5μm，纯度≥99.8％，600℃热重损失率≤0.1％且不含有六价铬的绿色颜料。
本发明上述的应用中，其更进一步的技术方案还可以是，所述的薄膜级聚烯烃树脂是薄膜级均聚聚丙烯、薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯中一种；其中选择薄膜级均聚聚丙烯制备聚合物材料时，采用高流动性能的粉状均聚聚丙烯为基体树脂制备的聚合物母料；或者选择薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯树脂制备聚合物材料时，采用具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯为基体树脂制备的聚合物母料。再进一步的技术方案是所述的薄膜级均聚聚丙烯在载荷2160g和测试温度230℃条件下熔体质量流动速率为4.0～8.0g/10min；薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯在载荷2160g和测试温度190℃条件下熔体质量流动速率为0.5～2.0g/10min。这是因为配置单螺杆的吹膜机剪切力相对较低，只有选择基体树脂的熔体质量流动速率稍高于聚合物母料熔体质量流动速率，可以使得制膜过程中聚合物母料在基体树脂中分散均匀。
本发明上述的应用中，其聚合物材料的制备方法包括以下步骤：
①助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的部分高流动性能聚烯烃树脂与助剂的转速在低速即500rpm以下搅拌2～4min，启动高速即1000rpm以上搅拌2～3min后排料至带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可将稀释后的助剂排料至稀释助剂料仓；
②聚合物母料制备：开启集成上料系统将氧化铬颜料或氧化铬颜料与金红石型二氧化钛颜料、剩余高流动性能聚烯烃树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在500～550rpm，温度为200～220℃或170～190℃，其中高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯时混炼机温度为200～220℃，高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯时混炼机温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机螺杆转速为70～80rpm，其中高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯时单螺杆挤出机输送段温度控制在120～140℃、塑化段及机头温度控制在210～230℃，高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯时单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃、塑化段及机头温度控制在180～200℃；
③聚合物材料制备：将聚合物母料与薄膜级聚烯烃树脂在高速混合机中低速即500rpm以下搅拌5min以上，然后加入吹膜机中，制得绿色隔热降温聚合物材料，其中吹膜机吹胀比为2.5～4，牵引比为4～6，当薄膜级聚烯烃树脂为薄膜级均聚聚丙烯时控制吹膜机温度为200～220℃，当薄膜级聚烯烃树脂为薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯时控制吹膜机为温度160～190℃。
本发明中太阳光谱反射率曲线测试如下：绿色隔热降温聚合物材料的光谱曲线测试方法利用日本岛津公司紫外-可见-近红外分光光度计(型号UV3101PC)进行，样品尺寸直径为25mm、厚度为1mm。具体方法是首先将样品在温度为25℃停放24h，然后设置紫外-可见-近红外分光光度计为反射模式，分别测试紫外(280-400nm)、可见(400-700nm)以及近红外(700-2500nm)波段的太阳能反射率。将波长范围在λ0到λ1之间每个波点上的反射率(r(λ))积分则可计算此波段内的平均太阳能反射率(R)，积分公式如下：
其中i(λ)是太阳能光谱辐照能量(每单位面积每单位波长)。
由于紫外、可见以及近红外光分别占总太阳光5％，43％以及52％的能量，总太阳能反射率(RS)可由以下公式计算：
RS＝0.05RUV+0.43RVIS+0.52RNIR
RUV：紫外波段反射率；RVIS：可见光波段反射率；RNIR：近红外波段反射率。
室内太阳能模拟器辐照测试的隔热与降温效果比较：由于近红外波段以及总太阳能波段的反射率无法直接衡量降温材料的降温效果，本发明采用自制隔热装置测试绿色隔热降温聚合物材料的实际降温效果。实验测试过程中，将样品(尺寸直径为100mm、厚度为1mm)放置在自制隔热装置上，然后将覆盖有样品的隔热装置放置到美国新港公司生产的94043A型标准太阳光模拟器正下方20cm处。在标准太阳光下照射1h，期间每隔2min用江苏省精创电气股份有限公司生产RC-4型温度传感器记录隔热装置内部温度。测试过程中，设置太阳光模拟器光照强度为0.34W/cm2，环境温度26±1℃。
室外实际太阳能辐照测试的隔热与降温效果比较：将自制的保温箱组装好，保温箱最上面放置5mm厚的透明玻璃，1mm厚绿色隔热降温聚合物材料分别自然贴附在玻璃表面，并选择不贴附任何材料的玻璃作为对比样进行对比实验。实验前，至少提前2h把实验装置放置到室温为25℃的房间里，以便温度计示数能下降至室温。实验开始时迅速将箱子移至太阳光强的实验地点，开始计时并读下温度计示数。每隔2min记录下温度计示数，连续记录1h内的温度计示数。实验时间：2020年8月3日，10：30—11：30，环境温度42±2℃，湿度：60％，风速：东南5米/秒，地址：江苏南京江北新区南京工业大学材料学科楼(32°4’37”N,118°46’19”E,海拔45m)
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
由于目前在制备太阳光谱全反射聚合物基复合材料中，功能填料主要有氧化锌、二氧化钛、三氧化二锑、钛酸钡和十溴二苯乙烷等白色无机或有机化合物粉末，导致制备的聚合物复合材料是白色的。从目前在建筑物的外墙或屋顶铺使用这种聚合物复合材料效果来看，能够有效地反射太阳光谱，避免了因太阳光谱辐照而引起的室内环境温度升高，减少空调、风扇等降温设备的使用达到节约能源的目的。但是这种白色功能复合材料也存在色彩太单一，应用范围受到限制，尤其是户外运动、旅游系列产品中更需要和植物、树木颜色相协调的绿色等相应色彩。虽然市场也有有机绿色颜料供应，其与聚合物的相容性使之更适合用于聚合物着色，但是有机绿色颜料耐温性和户外长期使用后稳定性不佳。例如有机绿色颜料常常在200～300℃产生热降解，户外紫外光导致其褪色，同时不具有反射太阳光和降温效果。本发明使用的氧化铬耐高温性能非常优异，在聚合物的加工条件下稳定；同时具有优异的耐光性、耐候性。采用氧化铬制备的功能复合薄膜具有很好的颜色和色泽的稳定性。无机填料氧化铬太阳光谱的总反射率并不高，采用氧化铬制备的聚合物基复合材料的太阳光谱的总反射率也不高，但是复合材料薄膜的降温效果却非常好，这也颠覆了对现有技术理论的认知。结合通过高速(500～550rpm)、高剪切设备与特殊工艺先制备氧化铬母料，较好地解决了无机粒子氧化铬在聚烯烃基体树脂的分散。在实现氧化铬均匀分散在聚合物基体中实现聚合物复合材料具有艳丽的绿色同时，该绿色隔热降温聚合物材料对太阳能具有很好的隔热降温效果，可以满足特点的场合使用，因此可以进一步提高热降温薄膜的应用范围。此外，进一步的研究发现采用氧化铬与少量金红石型氧化钛组合使用时，在保证绿色的同时隔热降温效果更好。
综上所述，本发明的隔热降温聚合物母料及聚合物材料，丰富了目前市场上可提供产品的色彩，为用户提供了更多选择。此外，本发明的隔热降温聚合物母料及聚合物材料耐高温且成本相对低廉，制备工艺简单。
附图说明
图1二氧化钛粉末的SEM照片
图2三氧化二铬粉末的SEM照片
图3对比例1～4紫外-可见-近红外分光光度计反射曲线图
图4实施例1～6紫外-可见-近红外分光光度计反射曲线图
图5对比例3、4和实施例1～6室外实际太阳光下测试降温效果对比图
图6对比例3、4和实施例1～6室内模拟太阳光测试降温效果对比图
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
实施例1
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝18g/10min)56，Cr2O3(粒径为0.5μm，纯度99.9％，600℃热重损失率0.05％)40，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝2.0g/10min)97.5，聚合物母料(Cr2O3含量为40wt％，载荷2160g、温度190℃时MFR＝3.0g/10min)2.5。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份HDPE粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)2min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、剩余HDPE粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在500rpm，温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃，塑化段及机头温度控制在180～200℃，螺杆转速为70rpm；
聚合物材料制备：HDPE为载体的聚合物母料粒料分别与HDPE在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度180～190℃、吹胀比2.5、牵引比4制得聚合物材料即HDPE绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例2
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝20g/10min)46，Cr2O3(粒径为1.0μm，纯度99.8％，600℃热重损失率0.1％)50，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝1.5g/10min)98.0，聚合物母料(Cr2O3含量为50wt％，载荷2160g、温度190℃时MFR＝2.0g/10min)2.0。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份HDPE粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌3min，启动高速搅拌(1000rpm以上)2min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到35℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、剩余HDPE粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在550rpm，温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃，塑化段及机头温度控制在180～200℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：HDPE为载体的聚合物母料粒料分别与HDPE在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度180～190℃、吹胀比4、牵引比6制得聚合物材料即HDPE绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例3
原料配方(质量比，份)：
聚合物母料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝20g/10min)51，Cr2O3(粒径为1.0μm，纯度99.9％，600℃热重损失率0.1％)45，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：LDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝0.5g/10min)93.3，聚合物母料(Cr2O3含量为45wt％，载荷2160g、温度190℃时MFR＝1.0g/10min)6.7。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份HDPE粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌2min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到45℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、剩余HDPE粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在530rpm，温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃，塑化段及机头温度控制在180～200℃，螺杆转速为75rpm；
聚合物材料制备：HDPE为载体的聚合物母料粒料分别与LDPE在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度160～170℃、吹胀比3、牵引比5制得聚合物材料即LDPE绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例4
原料配方(质量比，份)：
聚合物母料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝22g/10min)41，Cr2O3(粒径为1.5μm，纯度99.8％，600℃热重损失率0.1％)55，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：LLDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝1.0g/10min)92.7，聚合物母料(Cr2O3含量为55wt％，载荷2160g、温度190℃时MFR＝1.0g/10min)7.3。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份HDPE粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、剩余HDPE粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在500rpm，温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃，塑化段及机头温度控制在180～200℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：HDPE为载体的聚合物母料粒料分别与LLDPE在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度170～180℃、吹胀比3、牵引比5制得聚合物材料即LLDPE绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例5
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝20g/10min)46，Cr2O3(粒径为1.0μm，纯度99.8％，600℃热重损失率0.05％)50，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝4.0g/10min)90，聚合物母料(Cr2O3含量为50wt％，载荷2160g、温度230℃时MFR＝1.5g/10min)10。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份PP粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌2min，启动高速搅拌(1000rpm以上)2min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到35℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、剩余PP粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在500rpm，温度为200～220℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在120～140℃，塑化段及机头温度控制在210～230℃，螺杆转速为70rpm；
聚合物材料制备：将PP为载体的聚合物母料粒料分别与PP树脂粒料在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度200～220℃、吹胀比3、牵引比6制得聚合物材料即PP绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例6
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝25g/10min)56，Cr2O3(粒径为1.5μm，纯度99.9％，600℃热重损失率0.05％)40，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝8.0g/10min)85，聚合物母料(Cr2O3含量为40wt％，载荷2160g、温度230℃时MFR＝3.5g/10min)15。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份PP粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、剩余PP粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在550rpm，温度为200～220℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在120～140℃，塑化段及机头温度控制在210～230℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：将PP为载体的聚合物母料粒料分别与PP树脂粒料在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度200～220℃、吹胀比4、牵引比6制得聚合物材料即PP绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例7
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝25g/10min)36，Cr2O3(粒径为1.5μm，纯度99.9％，600℃热重损失率0.05％)50，TiO2(金红石型)10，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝8.0g/10min)90，聚合物母料(Cr2O3+TiO2含量合计60wt％，载荷2160g、温度230℃时MFR＝1.5g/10min)10。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份PP粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、氧化钛、剩余PP粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在550rpm，温度为200～220℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在120～140℃，塑化段及机头温度控制在210～230℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：将PP为载体的聚合物母料粒料分别与PP树脂粒料在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度200～220℃、吹胀比4、牵引比6制得聚合物材料即PP绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例8
原料配方(质量比，份)：
聚合物母料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝22g/10min)36，Cr2O3(粒径为1.5μm，纯度99.8％，600℃热重损失率0.1％)55，TiO2(金红石型)5，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：LLDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝1.0g/10min)90，聚合物母料(Cr2O3+TiO2含量合计60wt％，载荷2160g、温度190℃时MFR＝1.0g/10min)10。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份HDPE粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、氧化钛、剩余HDPE粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在500rpm，温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃，塑化段及机头温度控制在180～200℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：HDPE为载体的聚合物母料粒料分别与LLDPE在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度170～180℃、吹胀比3、牵引比5制得聚合物材料即LLDPE绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
实施例9
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝25g/10min)36，Cr2O3(粒径为1.5μm，纯度99.9％，600℃热重损失率0.05％)45，TiO2(金红石型)15，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝8.0g/10min)90，聚合物母料(Cr2O3+TiO2含量合计60wt％，载荷2160g、温度230℃时MFR＝1.9g/10min)10。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份PP粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化铬、氧化钛、剩余PP粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在550rpm，温度为200～220℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在120～140℃，塑化段及机头温度控制在210～230℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：将PP为载体的聚合物母料粒料分别与PP树脂粒料在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度200～220℃、吹胀比4、牵引比6制得聚合物材料即PP绿色隔热降温薄膜。经检测其性能见表1。
对比例1
原料配方(质量比，份)：商品化金红石型二氧化钛(粒径200nm，纯度99.8％，600℃热重损失率0.1％)100。
制备工艺：二氧化钛粉末直接压片进行测试，经检测其性能见表2。
对比例2
原料配方(质量比，份)：商品化三氧化二铬(纯度99.8％，粒径1.5μm，600℃热重损失率0.1％)100。
制备工艺：三氧化二铬粉末直接压片进行测试，经检测其性能见表2。
对比例3
原料配方(质量比，份)：LLDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝2.0g/10min)100。
制备工艺：LLDPE直接加入吹膜机中，控制温度170～180℃、吹胀比3、牵引比5制得LLDPE薄膜，经检测其性能见表2。
对比例4
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝25g/10min)56，TiO2(粒径200nm，纯度99.8％，600℃热重损失率0.1％)40，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：PP(载荷2160g、温度230℃时MFR＝8.0g/10min)85，聚合物母料(TiO2含量为40wt％，载荷2160g、温度230℃时MFR＝3.5g/10min)15。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份PP粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将二氧化钛、剩余PP粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在550rpm，温度为200～220℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在120～140℃，塑化段及机头温度控制在210～230℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：将PP为载体的聚合物母料粒料分别与PP树脂粒料在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度200～220℃、吹胀比4、牵引比6制得PP白色隔热降温薄膜。经检测其性能见表2。
对比例5
原料配方(质量比，份)
聚合物母料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝20g/10min)56，ZnO(粒径1.5μm，纯度99.8％，600℃热重损失率0.1％)40，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：LDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝2.0g/10min)85，聚合物母料(ZnO含量为40wt％，载荷2160g、温度190℃时MFR＝3.0g/10min)15。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份HDPE粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将氧化锌、剩余HDPE粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在550rpm，温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃，塑化段及机头温度控制在180～200℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：将HDPE为载体的聚合物母料粒料分别与LDPE树脂粒料在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度160～190℃、吹胀比3、牵引比5制得聚乙烯隔热降温薄膜。经检测其性能见表2。
对比例6
聚合物母料配方：HDPE(载荷2160g、温度190℃时MFR＝22g/10min)56，SiO2(粒径200nm，纯度99.9％，600℃热重损失率0.05％)40，抗氧剂300 1.0，聚乙烯蜡1.0，芥酸酰胺1.0，硬脂酸锌1.0。
聚合物材料配方：LLDPE(载荷2160g、温度230℃时MFR＝1.0g/min)85，聚合物母料(SiO2含量为40wt％，载荷2160g、温度190℃时MFR＝1.5g/min)15。
制备工艺：
助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的6份HDPE粉状树脂抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺各1份的转速在低速(500rpm以下)搅拌4min，启动高速搅拌(1000rpm以上)3min后排料至另一台带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可排料至稀释助剂料仓；
聚合物母料共混与造粒：开启集成上料系统将二氧化硅、剩余HDPE粉状树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在550rpm，温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃，塑化段及机头温度控制在180～200℃，螺杆转速为80rpm；
聚合物材料制备：将HDPE为载体的聚合物母料粒料分别与LLDPE树脂粒料在高速混合机中低速(500rpm以下)条件下搅拌5min，然后加入吹膜机中，控制温度160～190℃、吹胀比4、牵引比6制得聚乙烯隔热降温薄膜。经检测其性能见表2。
表1实施例1～实施例9制备的聚合物材料隔热降温薄膜性能一览表
表2对比例1～对比例6制备的聚合物材料隔热降温薄膜性能一览表
Claims (10)
1.一种氧化铬在提高聚合物母料及聚合物材料隔热降温性能中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的聚合物材料由以下质量配比的原料制成：
薄膜级聚烯烃树脂 85～97.5份
聚合物母料 2.0～15份；
其中聚合物母料中含有氧化铬。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的聚合物母料由以下质量配比的原料制成：
高流动性能聚烯烃树脂 36～56份
氧化铬颜料 40～60份
助剂 3～10份。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的聚合物母料由以下质量配比的原料制成：
5.根据权利要求3或4所述的应用，其特征在于，所述的高流动性能聚烯烃树脂是具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯或粉状高密度聚乙烯；所述的助剂包括有抗氧剂300、聚乙烯蜡、硬脂酸锌和芥酸酰胺。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯是指在载荷2160g、测试温度230℃条件下熔体质量流动速率为20-25g/10min的树脂，在使用其制备聚合物母料时，在载荷2160g和测试温度230℃条件下聚合物母料熔体质量流动速率为1.5～3.5g1/10min；所述的具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯是指在载荷2160g、测试温度190℃条件下熔体质量流动速率为18-22g/10min的树脂，在使用其制备聚合物母料时，在载荷2160g和测试温度190℃条件下聚合物母料熔体质量流动速率为1.0～3.0g/10min。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的应用，其特征在于，所述的氧化铬颜料是粒径0.5～1.5μm，纯度≥99.8％，600℃热重损失率≤0.1％且不含有六价铬的绿色颜料。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的薄膜级聚烯烃树脂是薄膜级均聚聚丙烯、薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯中一种；其中选择薄膜级均聚聚丙烯制备聚合物材料时，采用高流动性能的粉状均聚聚丙烯为基体树脂制备的聚合物母料；选择薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯树脂制备聚合物材料时，采用具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯为基体树脂制备的聚合物母料。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的薄膜级均聚聚丙烯在载荷2160g和测试温度230℃条件下熔体质量流动速率为4.0～8.0g/10min；薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯在载荷2160g和测试温度190℃条件下熔体质量流动速率为0.5～2.0g/10min。
10.根据权利要求1-9任一所述的应用，其特征在于，聚合物材料的制备方法包括以下步骤：
①助剂稀释与高速混合：在高速混合机中将配方原料中的部分高流动性能聚烯烃树脂与助剂的转速在低速即500rpm以下搅拌2～4min，启动高速即1000rpm以上搅拌2～3min后排料至带夹套水冷却的混合机中，当温度下降到40±5℃即可将稀释后的助剂排料至稀释助剂料仓；
②聚合物母料制备：开启集成上料系统将氧化铬颜料或氧化铬颜料与金红石型二氧化钛颜料、剩余高流动性能聚烯烃树脂、稀释后的助剂输送至动态称量系统的中间料仓，再经秤料仓中失重秤自动计量后连续不断地直接投入到双转子连续混炼机中进行共混，其中双转子连续混炼机转速控制在500～550rpm，温度为200～220℃或170～190℃，其中高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯时混炼机温度为200～220℃，高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯时混炼机温度为170～190℃；双转子连续混炼机中共混后的物料再经过单螺杆挤出机挤出并经切粒机造粒得到聚合物母料，其中单螺杆挤出机螺杆转速为70～80rpm，其中高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状均聚聚丙烯时单螺杆挤出机输送段温度控制在120～140℃、塑化段及机头温度控制在210～230℃，高流动性能聚烯烃树脂为具有高流动性能的粉状高密度聚乙烯时单螺杆挤出机输送段温度控制在80～100℃、塑化段及机头温度控制在180～200℃；
③聚合物材料制备：将聚合物母料与薄膜级聚烯烃树脂在高速混合机中低速即500rpm以下搅拌5min以上，然后加入吹膜机中，制得绿色隔热降温聚合物材料，其中吹膜机吹胀比为2.5～4，牵引比为4～6，当薄膜级聚烯烃树脂为薄膜级均聚聚丙烯时控制吹膜机温度为200～220℃，当薄膜级聚烯烃树脂为薄膜级高密度聚乙烯、薄膜级低密度聚乙烯或薄膜级线型低密度聚乙烯时控制吹膜机为温度160～190℃。
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| Title |
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