CN113881121B - 一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于色母粒技术领域，涉及一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒。所述聚乙烯色母粒，包括以下质量分数成分：永固黄有机颜料8～20％；氧化铝改性的二氧化硅2～5％；低密度聚乙烯40～50％；高密度聚乙烯20～40％；分散剂0.5～4％。其中，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：S1、往二氧化硅中加入铝盐溶液，搅拌2～5h后，置于100～120℃下烘干；S2、往步骤S1烘干的样品继续加入铝盐溶液，搅拌2～5h后，过滤，水洗，然后置于100～120℃下烘干，最后在300～450℃下加热2～5h。获得的聚乙烯色母粒，具有优异的着色效果和抗老化性。

Description

一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒及其制备方法
技术领域
本发明属于色母粒技术领域，涉及一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒及其制备方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高，人们不光关注各种生活中使用的产品的性能，同时日益追求其美观。传统的聚乙烯塑料着色是直接将粉状颜料与聚乙烯树脂混合而成，其缺点是颜料与聚乙烯的相容性差、颜料添加时容易飞扬而造成环境污染以及危害操作人员身体健康。为了克服上述不足，色母粒应运而生，迅速成为塑料加工工业重要材料之一，应用于各个工业领域。使用色母粒具有显著优势：色母粒是将着颜料预分散于载体树脂中，一方面可以使颜料在塑料中具有更好的分散性，另一方面还可以使颜料保持化学稳定性，保证制品颜色稳定，而且色母粒着色相对于传统着色方法，最大的优点就是不会造成环境污染。
颜料通常分为有机颜料和无机颜料，常用的无机颜料包括镉红、镉黄、镉橙、群青、炭黑、氧化铁红等，常用的有机颜料包括：酞菁红、酞菁蓝、永固黄、永固紫、偶氮红等。有机颜料虽具备艳丽的颜色和较强的上色力，但一般耐光性、耐高温等性能通常不如无机颜料。
发明内容
本发明针对现有技术中有机颜料的不足，提供一种有机颜料的聚乙烯色母粒，其具有优异的着色效果和抗老化性。
本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：
一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒，包括以下质量分数成分：
永固黄有机颜料 8～20％；
氧化铝改性的二氧化硅 2～5％；
低密度聚乙烯 40～50％；
高密度聚乙烯 20～40％
分散剂 0.5～4％。
作为优选，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
S1、往二氧化硅中加入铝盐溶液，搅拌2～5h后，置于 100～120℃下烘干；
S2、往步骤S1烘干的样品继续加入铝盐溶液，搅拌2～5h后，过滤，水洗，然后置于100～120℃下烘干，最后在300～450℃下加热2～5h。
在聚乙烯色母粒中添加未改性的二氧化硅，可以改善色母粒的抗老化性能，而经过氧化铝改性的二氧化硅，因二氧化硅表面吸附有氧化铝，对抗老化效果具有显著增强效果。
本发明采用氧化铝改性的二氧化硅替代部分永固黄有机颜料，并控制氧化铝改性的二氧化硅的含量，使得氧化铝改性的二氧化硅的添加对永固黄有机颜料的着色效果并没有很大影响，但是能大大提高色母粒的抗老化效果。
作为优选，铝盐为氯化铝和/或硝酸铝。氯化铝和/或硝酸铝在300～450℃下加热2～5h生成氧化铝。
作为优选，铝盐溶液浓度为1～10mol/L。
作为优选，步骤S1中，二氧化硅质量与加入的铝盐溶液的体积比为1：(2～5)g/ml；步骤S2中，二氧化硅质量与加入的铝盐溶液的体积比为1：(0.5～2)g/ml。
作为优选，低密度聚乙烯在190℃下、在2.16kg砝码的作用下的熔体质量流动速率为5～20g/10min。
作为优选，高密度聚乙烯在190℃下、在2.16kg砝码的作用下的熔体质量流动速率为0.5～5g/10min。
作为优选，分散剂为聚乙烯蜡、乙撑硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或多种。
本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1、将永固黄有机颜料、氧化铝改性的二氧化硅、低密度聚乙烯、分散剂混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒；
S2、将步骤S1的造粒物与高密度聚乙烯混合，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒。
永固黄有机颜料、氧化铝改性的二氧化硅、分散剂先与高熔体质量流动速率的低密度聚乙烯混合，以提高永固黄有机颜料的分散性；挤出造粒后，再与稍低熔体质量流动速率的高密度聚乙烯混合，以提高聚乙烯色母粒与聚乙烯基体树脂的相容性，改善最终聚乙烯制品的性能。
作为优选，步骤S1和步骤S2的双螺杆挤出机的转速为 200～600r/min，双螺杆挤出机工作温度为190～230℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过二氧化硅、铝盐的反应获得氧化铝改性的二氧化硅，二氧化硅表面吸附有氧化铝，该氧化铝改性的二氧化硅能有效改善产品的抗老化性；
2、本发明采用氧化铝改性的二氧化硅替代部分永固黄有机颜料，并控制氧化铝改性的二氧化硅的含量，使得氧化铝改性的二氧化硅的添加对永固黄有机颜料的着色效果并没有很大影响，但是能大大提高色母粒的抗老化效果；
3、本发明的聚乙烯色母粒包括高熔体质量流动速率的低密度聚乙烯以及低熔体质量流动速率的高密度聚乙烯，并且各成分先与低密度聚乙烯混合造粒，然后再与高密度聚乙烯混合造粒，有效改善永固黄颜料在聚乙烯中的分散性，并提高聚乙烯色母粒与聚乙烯基体树脂的相容性，最终提高最终聚乙烯制品的显色效果和抗老化特性。
4、本发明提供的永固黄聚乙烯色母粒具有优异的着色性能以及抗老化性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。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。
以下实施例中使用的永固黄HGR购自上海特艳化工颜料有限公司；低密度聚乙烯为美国陶氏722，熔体质量流动速率为 8g/10min(190℃/2.16kg)；高密度聚乙烯为陕西延长石油延安能源化工生产的聚乙烯YANH 7750，熔体质量流动速率为 1.1g/10min(190℃/2.16kg)。
实施例1
本实施的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 8％，氧化铝改性的二氧化硅2％，低密度聚乙烯49％，高密度聚乙烯40％，聚乙烯蜡1％。
其中，氧化铝改性的二氧化硅采用以下步骤制备而得：
S1、往二氧化硅中加入2mol/L氯化铝溶液，二氧化硅质量与加入的氯化铝溶液的体积比为1：2g/ml，搅拌3h后，置于120℃下烘干；
S2、往步骤S1烘干的样品继续加入2mol/L氯化铝溶液，二氧化硅质量与加入的氯化铝溶液的体积比为1：0.8g/ml，搅拌3h 后，过滤，水洗，然后置于120℃下烘干，最后在350℃下加热 3h，获得氧化铝改性的二氧化硅。
本实施的聚乙烯色母粒采用以下步骤制备而得：
S1、将永固黄HGR、氧化铝改性的二氧化硅、低密度聚乙烯、聚乙烯蜡混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，其中双螺杆挤出机转速为350r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为： 190℃、200℃、200℃、210℃、210℃、220℃、225℃、230℃、 230℃、225℃、210℃；
S2、将步骤S1的造粒物与高密度聚乙烯混合，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒，其中双螺杆挤出机转速为 350r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、 200℃、210℃、210℃、220℃、225℃、230℃、230℃、225℃、 210℃。
实施例2
本实施的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 11.5％，氧化铝改性的二氧化硅2.5％，低密度聚乙烯49％，高密度聚乙烯35％，硬脂酸2％。
本实施例的氧化铝改性的二氧化硅的制备方法以及聚乙烯色母粒的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 20％，氧化铝改性的二氧化硅3％，低密度聚乙烯44％，高密度聚乙烯30％，硬脂酸3％。
本实施例的氧化铝改性的二氧化硅的制备方法以及聚乙烯色母粒的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 9％，氧化铝改性的二氧化硅2％，低密度聚乙烯48.5％，高密度聚乙烯39％，硬脂酸锌1.5％。
其中，氧化铝改性的二氧化硅采用以下步骤制备而得：
S1、往二氧化硅中加入4mol/L硝酸铝溶液，二氧化硅质量与加入的硝酸铝溶液的体积比为1：3g/ml，搅拌4h后，置于120℃下烘干；
S2、往步骤S1烘干的样品继续加入4mol/L硝酸铝溶液，二氧化硅质量与加入的氯化铝溶液的体积比为1：1g/ml，搅拌4h 后，过滤，水洗，然后置于120℃下烘干，最后在400℃下加热 4h，获得氧化铝改性的二氧化硅。
本实施的聚乙烯色母粒采用以下步骤制备而得：
S1、将永固黄HGR、氧化铝改性的二氧化硅、低密度聚乙烯、硬脂酸锌混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，其中双螺杆挤出机转速为400r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、210℃、215℃、220℃、230℃、230℃、225℃、 225℃、220℃、210℃；
S2、将步骤S1的造粒物与高密度聚乙烯混合，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒，其中双螺杆挤出机转速为 400r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、 210℃、215℃、220℃、230℃、230℃、225℃、225℃、220℃、 210℃。
实施例5
本实施的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 15％，氧化铝改性的二氧化硅3％，低密度聚乙烯47.5％，高密度聚乙烯32％，硬脂酸钙2.5％。
其中，氧化铝改性的二氧化硅采用以下步骤制备而得：
S1、往二氧化硅中加入6mol/L氯化铝溶液，二氧化硅质量与加入的氯化铝溶液的体积比为1：3g/ml，搅拌5h后，置于120℃下烘干；
S2、往步骤S1烘干的样品继续加入6mol/L氯化铝溶液，二氧化硅质量与加入的氯化铝溶液的体积比为1：1.5g/ml，搅拌3h 后，过滤，水洗，然后置于120℃下烘干，最后在450℃下加热3h，获得氧化铝改性的二氧化硅。
本实施的聚乙烯色母粒采用以下步骤制备而得：
S1、将永固黄HGR、氧化铝改性的二氧化硅、低密度聚乙烯、聚乙烯蜡混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，其中双螺杆挤出机转速为450r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为： 190℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、 230℃、225℃、220℃；
S2、将步骤S1的造粒物与高密度聚乙烯混合，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒，其中双螺杆挤出机转速为 450r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、 205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、230℃、225℃、 220℃。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 10％，低密度聚乙烯49％，高密度聚乙烯40％，聚乙烯蜡1％。
其中，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法以及聚乙烯色母粒的制备方法同实施例1。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于，对比例2的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 14％，低密度聚乙烯49％，高密度聚乙烯35％，硬脂酸2％。
其中，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法以及聚乙烯色母粒的制备方法同实施例2。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于，对比例3的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 23％，低密度聚乙烯44％，高密度聚乙烯30％，硬脂酸3％。
其中，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法以及聚乙烯色母粒的制备方法同实施例3。
对比例4
对比例4的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 20％，改性二氧化硅3％，低密度聚乙烯44％，高密度聚乙烯30％，硬脂酸3％。
其中，改性二氧化硅采用以下步骤制备而得：
S1、往二氧化硅中加入水，二氧化硅质量与加入的水的体积比为1：2g/ml，搅拌3h后，置于120℃下烘干；
S2、往步骤S1烘干的样品继续加入水，二氧化硅质量与加入的水的体积比为1：0.8g/ml，搅拌3h后，过滤，水洗，然后置于120℃下烘干，最后在350℃下加热3h，获得改性二氧化硅。
其中，聚乙烯色母粒的制备方法同实施例3。
对比例5
对比例5的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 20％，氧化铝改性的二氧化硅3％，高密度聚乙烯74％，硬脂酸3％。
聚乙烯色母粒采用以下步骤制备而得：
将永固黄HGR、氧化铝改性的二氧化硅、高密度聚乙烯、硬脂酸混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒，其中双螺杆挤出机转速为350r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、200℃、210℃、210℃、220℃、225℃、 230℃、230℃、225℃、210℃。
其中，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法同实施例3。
对比例6
对比例6的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 20％，氧化铝改性的二氧化硅3％，低密度聚乙烯74％，硬脂酸3％。
聚乙烯色母粒采用以下步骤制备而得：
将永固黄HGR、氧化铝改性的二氧化硅、低密度聚乙烯、硬脂酸混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒，其中双螺杆挤出机转速为350r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、200℃、210℃、210℃、220℃、225℃、 230℃、230℃、225℃、210℃。
其中，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法同实施例3。
对比例7
对比例7的聚乙烯色母粒包括以下质量分数成分：
永固黄HGR 20％，氧化铝改性的二氧化硅3％，低密度聚乙烯44％，高密度聚乙烯30％，硬脂酸3％。
聚乙烯色母粒采用以下步骤制备而得：
S1、将永固黄HGR、氧化铝改性的二氧化硅、高密度聚乙烯、硬脂酸混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，其中双螺杆挤出机转速为350r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、200℃、210℃、210℃、220℃、225℃、230℃、 230℃、225℃、210℃；
S2、将步骤S1的造粒物与低密度聚乙烯混合，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒，其中双螺杆挤出机转速为 350r/min，双螺杆挤出机各区域加工温度分别为：190℃、200℃、 200℃、210℃、210℃、220℃、225℃、230℃、230℃、225℃、 210℃。
其中，氧化铝改性的二氧化硅的制备方法同实施例3。
将实施例1-5以及对比例1-7的聚乙烯色母粒与聚乙烯按照质量比1:8混合注塑成试验样板，用测色仪分别对试验样板进行测量，利用CIE颜色系统得到L*a*b*值；
根据GBT 16422.3-2014方法A对试验样板进行紫外灯照射，照射100h后，再检测实施例1-5以及对比例1-7的试验样板的 L*a*b*值；实验结果见表1。
表1实施例1-5以及对比例1-7试验样板的L*b*值及抗老化性能
Figure BDA0003266050280000101
对比例1-3分别相对于实施例1-3未包括氧化铝改性二氧化硅，且对比例1-3的永固黄含量分别为实施例1-3的永固黄和氧化铝改性二氧化硅的总和，从表1中数据可以看出，采用氧化铝改性二氧化硅替代部分永固黄对永固黄的显色效果没有很大影响，但是能大大提高色母粒的抗老化效果。对比例4添加的二氧化硅未经过氧化铝改性，对比例4的抗老化效果不佳。对比例5-7 的黄度和抗老化效果均弱于实施例3，这是因为本发明采用永固黄有机颜料、氧化铝改性的二氧化硅、分散剂先与高熔体质量流动速率的低密度聚乙烯混合，挤出造粒后，再与稍低熔体质量流动速率的高密度聚乙烯混合，可以改善聚乙烯色母粒与聚乙烯基体树脂的相容性，最终提高最终聚乙烯制品的显色效果和抗老化特性。
最后应说明的是，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，而并非对本发明的实施方式的限定。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具有实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这里无需也无法对所有的实施方式予以全例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒，其特征在于，包括以下质量分数成分：
永固黄有机颜料 8~20%；
氧化铝改性的二氧化硅 2~5%；
低密度聚乙烯 40~50%；
高密度聚乙烯 20~40%
分散剂 0.5~4%；
氧化铝改性的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
S1、往二氧化硅中加入铝盐溶液，搅拌2~5h后，置于100~120℃下烘干；
S2、往步骤S1烘干的样品继续加入铝盐溶液，搅拌2~5h后，过滤，水洗，然后置于100~120℃下烘干，最后在300~450℃下加热2~5h；
低密度聚乙烯在190℃下、在2.16kg 砝码的作用下的熔体质量流动速率为5~20g/10min；
0.5g/10min≤高密度聚乙烯在190℃下、在2.16kg 砝码的作用下的熔体质量流动速率＜5g/10min；
所述高着色高抗老化的聚乙烯色母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1、将永固黄有机颜料、氧化铝改性的二氧化硅、低密度聚乙烯、分散剂混合均匀，然后经双螺杆挤出机挤出造粒；
S2、将步骤S1的造粒物与高密度聚乙烯混合，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得聚乙烯色母粒。
2.根据权利要求1所述的一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒，其特征在于，铝盐为氯化铝和/或硝酸铝。
3.根据权利要求1或2所述的一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒，其特征在于，铝盐溶液浓度为1~10mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒，其特征在于，步骤S1中，二氧化硅质量与加入的铝盐溶液的体积比为1：（2~5）g/ml；步骤S2中，二氧化硅质量与加入的铝盐溶液的体积比为1：（0.5~2）g/ml。
5.根据权利要求1所述的一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒，其特征在于，分散剂为聚乙烯蜡、乙撑硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高着色高抗老化的聚乙烯色母粒，其特征在于，步骤S1和步骤S2的双螺杆挤出机的转速为200~600r/min，双螺杆挤出机工作温度为190~230℃。
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