CN113930025A - 一种高性能聚烯烃色母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能聚烯烃色母粒，所述色母粒由以下重量份数的原料组成：20～30份基体树脂、3～5份无机填料、7～15份分散剂、1～2份表面活性剂、1～3份稳定剂、20～60份颜料和1～3份添加剂；所述基体树脂为含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。本发明聚烯烃色母粒，不仅具有良好的着色力和分散性，而且具有优异的抗氧化、阻燃、耐高温和抗静电等综合性能，进一步拓宽了聚烯烃色母粒的应用范围，延长了色母粒着色塑料制品的使用寿命。本发明还公开了一种高性能聚烯烃色母粒的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及色母粒的技术领域，尤其涉及一种高性能聚烯烃色母粒及其制备方法。
背景技术
不同颜色的塑料制品广泛应用在各行各业中，针对塑料制品的着色方法，目前主要有色粉着色、染色拉粒着色和色母粒着色三种方法。采用不同的着色方法，各有其不同的优缺点。色母粒着色作为被广泛使用的一种塑料制品着色方法，采用色母粒着色时，颜料经过预处理并均匀分散于载体树脂中，大大提高了颜料的分散性能和着色效率，具有操作简单、成本低廉、污染少等优点。
色母粒主要组成为着色剂、载体、分散剂三部分，是把超常量的颜料均匀载附于树脂而制得的聚合物的复合物，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。针对广泛应用的空调室外机罩壳、水马等户外用塑料制品及高耐候要求的汽车塑料配件(汽车仪表板、方向盘、内饰件)等严苛条件下使用的塑料制品。所使用的色母粒产品还存在以下问题：1、热稳定性、耐紫外、抗氧化性能低；2、各组分之间以及使用时与基体材料的相容性差，导致其本身和着色产品的力学性能差，综合使用性能差；3、阻燃和抗静电性差等。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种高性能聚烯烃色母粒，以解决现有色母粒产品着色性能与抗氧化性、阻燃性和抗静电性等性能无法兼顾的问题，延长色母粒着色塑料制品的使用寿命。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种高性能聚烯烃色母粒，所述色母粒由以下重量份数的原料组成：20～30份基体树脂、3～5份无机填料、7～15份分散剂、1～2份表面活性剂、1～3份稳定剂、20～60份颜料和1～3份添加剂；所述基体树脂为含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
优选地，所述含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂的制备方法为：按重量份称取80～120份4-甲基-1-戊烯单体、40～60份正丁基乙烯单体、15～30份二甘醇单烯丙基醚和2～5份催化剂加入反应釜，40℃～90℃反应3～6h，然后加入三乙胺和去离子水，强力搅拌自乳化为聚烯烃预聚物乳液；在所得聚烯烃预聚物乳液中加入60～90份有机硅氧烷单体进行溶胀，溶胀1～10h，再加入2～5份催化剂和1～3份活性膨润土，反应釜温度升至105℃～120℃，压力升至3～5MPa，继续进行聚合反应，形成含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂；活性膨润土作为起到有机硅氧烷单体聚合反应的催化作用。
本发明复配的色母粒，通过含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂的制取，一方面使得色母粒与聚烯烃类塑料具有良好的相容性，并使其具有良好的力学性能和抗氧化性能；另一方面，聚硅氧烷中含氟基团的引入，改善了色母粒的流动性、脱模性及耐高温等性能，提高了色母粒的加工性能；再一方面，通过二甘醇单烯丙基醚改性聚烯烃协同含氟聚硅氧烷可以有效促进与有机颜料粒子表面产生相互作用，起到包裹稳定作用，提高偶氮类有机颜料的分散效果和着色力。
优选地，所述有机硅氧烷单体由三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷组成；所述三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷摩尔比为10～15：1。
优选地，所述无机填料为纳米蒙脱土、纳米硅藻土中的至少一种。所述无机填料的添加，有利于促进色母粒中各组份原料与基体树脂的相容性，进一步保证色母粒力学性能的提高。
优选地，所述分散剂为聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、白矿油中的至少一种。本发明分散剂的添加，能辅助互穿网络基体树脂进一步促使颜料和无机填料的均匀分散并不再凝聚，提高颜料和无机填料在色母粒中的分散效果。
优选地，所述颜料由质量比为3～8：1的有机颜料和无机颜料复配而成，所述有机颜料为偶氮类有机颜料，所述无机颜料为二氧化钛、碳黑、钴蓝、镉黄或群青中的至少一种。
优选地，所述表面活性剂为丁二酸二辛酯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
优选地，所述稳定剂由受阻酚类抗氧化剂和硬脂酸锌热稳定剂组成。受阻酚类抗氧化剂能有效俘获自由基，使得色母粒对光稳定，协同本发明的添加剂共同提高色母粒的抗氧化性能，确保色母粒在加工过程中和在户外长期使用时都能保证着色稳定性，减少色差。而硬脂酸锌热稳定剂能有效提高色母粒高温下的热稳定性，协同本发明的添加剂共同提高色母粒的耐高温性能。
优选地，所述添加剂为三嗪衍生物，其化学式如结构式I所示,
本发明添加剂先通过2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪与二乙二醇单乙烯基醚和乙醇进行加成反应，然后再与乙烯基二茂铁进行双键加成反应，得到接枝有多个二茂铁基团的三嗪衍生物。本发明的三嗪衍生物以三嗪官能团为中心，提高了色母粒阻燃、抗氧化和热稳定性；通过接枝的二茂铁基团，使得色母粒具有耐紫外辐射和抗静电性能，进一步提高色母粒的抗氧化和热稳定性；该添加剂中间引入的醚键则促进了与基体树脂的相容性，提高其在基体树脂中的分散效果。
本发明的另一方面是提供一种如上述的高性能聚烯烃色母粒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：按重量份称取20～30份基体树脂、2～3份无机填料、4～10份分散剂、0.5～1份表面活性剂、1～3份稳定剂和0.5～1.5份添加剂混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料；再将所述纳米复合材料与20～60份颜料和余下重量份的其他所有材料在高速搅拌机上混合；最后在双螺杆挤出机中挤出造粒。
本发明的有益效果：
本发明高性能聚烯烃色母粒，充分利用各原料试剂之间的“协同效应”，有效抑制或降低塑料大分子的热氧化、光氧化反应速度，显著地提高塑料材料的耐热、耐光性能，延缓材料的降解、老化过程、延长塑料制品的使用寿命，可使制品在风吹、雨淋、日晒等恶劣条件下使用而无后顾之忧。
本发明高性能聚烯烃色母粒，除了优异的抗氧化性能，还具有良好的着色力和分散性，而且具有优异的阻燃和抗静电等综合性能，进一步拓宽了聚烯烃色母粒的应用范围，延长了色母粒着色塑料制品的使用寿命。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的高性能聚烯烃色母粒，所述色母粒由以下重量份数的原料组成：20份基体树脂、3份纳米蒙脱土、7份聚乙烯蜡、1份丁二酸二辛酯磺酸钠、1份稳定剂、20颜料和1份添加剂；所述基体树脂为含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
所述含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂的制备方法为：按重量份称取80份4-甲基-1-戊烯单体、40份正丁基乙烯单体、15份二甘醇单烯丙基醚和2份齐格勒型催化剂加入反应釜，60℃反应3h，然后加入7份三乙胺和16份去离子水，强力搅拌自乳化为聚烯烃预聚物乳液；在所得聚烯烃预聚物乳液中加入60份有机硅氧烷单体进行溶胀，溶胀3h，再加入2份催化剂和1份活性膨润土，反应釜温度升至110℃，压力升至3MPa，继续进行聚合反应，形成含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
所述有机硅氧烷单体由三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷组成；所述三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷摩尔比为10：1。
所述颜料由质量比为3：1的有机颜料和无机颜料复配而成，所述有机颜料为偶氮类有机颜料(颜料黄93)，所述无机颜料为镉黄。
所述稳定剂由质量比为2：1的受阻酚类抗氧化剂1010和硬脂酸锌热稳定剂组成。
所述添加剂为三嗪衍生物，其化学式如结构式I所示,
所述添加剂的制备方法为：按摩尔比1：3称取2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪和二乙二醇单乙烯基醚加入反应釜(添加有适量的甲苯溶剂)，在干燥氯化氢的催化作用下进行反应，生产半缩醛中间产物，然后加入过量的乙醇继续反应，得到乙烯基缩醛产物；再将乙烯基二茂铁与乙烯基缩醛产物按摩尔比3：1添加入反应釜，加入适量的过硫酸铵引发剂进行继续反应，得到所述添加剂。
本实施例高性能聚烯烃色母粒的制备方法，其包括以下步骤：按重量份称取20份基体树脂、2份纳米蒙脱土、7份聚乙烯蜡、0.5丁二酸二辛酯磺酸钠、1份稳定剂和0.5份添加剂混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料；再将所述纳米复合材料与20份颜料和余下重量份的其他所有材料在高速搅拌机上混合；最后在双螺杆挤出机中挤出造粒。
实施例2
本实施例的高性能聚烯烃色母粒，其原料组成及其制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于，本实施例的色母粒由以下重量份数的原料组成：25份基体树脂、4份纳米硅藻土、11份聚酰胺蜡、1.5份二辛基琥珀酸磺酸钠、2份稳定剂、40份颜料和2份添加剂；所述基体树脂为含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
所述含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂的制备方法为：按重量份称取100份4-甲基-1-戊烯单体、50份正丁基乙烯单体、20份二甘醇单烯丙基醚和3份齐格勒型催化剂加入反应釜，90℃反应3h，然后加入9份三乙胺和20份去离子水，强力搅拌自乳化为聚烯烃预聚物乳液；在所得聚烯烃预聚物乳液中加入75份有机硅氧烷单体进行溶胀，溶胀5h，再加入3份催化剂和2份活性膨润土，反应釜温度升至110℃，压力升至3MPa，继续进行聚合反应，形成含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
所述有机硅氧烷单体由三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷组成；所述三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷摩尔比为12：1。
所述颜料由质量比为5：1的有机颜料和无机颜料复配而成，所述有机颜料为偶氮类有机颜料(颜料黄95)，所述无机颜料为二氧化钛。
所述稳定剂由质量比为2：1的受阻酚类抗氧化剂1010和硬脂酸锌热稳定剂组成。
本实施例的添加剂结构式同实施例1。
本实施例高性能聚烯烃色母粒的制备方法，其包括以下步骤：按重量份称取25份基体树脂、2份纳米硅藻土、7份聚酰胺蜡、0.8份二辛基琥珀酸磺酸钠、1份稳定剂和1份添加剂混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料；再将所述纳米复合材料与40份颜料和余下重量份的其他所有材料在高速搅拌机上混合；最后在双螺杆挤出机中挤出造粒。
实施例3
本实施例的高性能聚烯烃色母粒，其原料组成及其制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于，本实施例的色母粒由以下重量份数的原料组成：30份基体树脂、5份纳米蒙脱土、15份白矿油、2份十二烷基苯磺酸钠、3份稳定剂、60份颜料和3份添加剂；所述基体树脂为含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
所述含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂的制备方法为：按重量份称取120份4-甲基-1-戊烯单体、60份正丁基乙烯单体、30份二甘醇单烯丙基醚和5份齐格勒型催化剂加入反应釜，90℃反应6h，然后加入10份三乙胺和25份去离子水，强力搅拌自乳化为聚烯烃预聚物乳液；在所得聚烯烃预聚物乳液中加入90份有机硅氧烷单体进行溶胀，溶胀10h，再加入5份催化剂和3份活性膨润土，反应釜温度升至120℃，压力升至5MPa，继续进行聚合反应，形成含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
所述有机硅氧烷单体由三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷组成；所述三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷摩尔比为15：1。
所述颜料由质量比为8：1的有机颜料和无机颜料复配而成，所述有机颜料为偶氮类有机颜料(颜料黄93)，所述无机颜料为碳黑。
所述稳定剂由质量比为2：1的受阻酚类抗氧化剂1010和硬脂酸锌热稳定剂组成。
本实施例的添加剂结构式同实施例1。
所述制备方法包括以下步骤：按重量份称取30份基体树脂、3份纳米蒙脱土、10份白矿油、1份十二烷基苯磺酸钠、3份稳定剂和1.5份添加剂混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料；再将所述纳米复合材料与60份颜料和余下重量份的其他所有材料在高速搅拌机上混合；最后在双螺杆挤出机中挤出造粒。
对比例1
本对比例的高性能聚烯烃色母粒，其原料组成及其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例高性能聚烯烃色母粒中，所述原料未添加结构式I的添加剂。
对比例2
本对比例的高性能聚烯烃色母粒，其原料组成及其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例高性能聚烯烃色母粒中，所述基体树脂采用4-甲基-1-戊烯单体和正丁基乙烯的共聚物代替含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
对比例3
本对比例的高性能聚烯烃色母粒，其原料组成及其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例高性能聚烯烃色母粒中，所述基体树脂采用4-甲基-1-戊烯单体和正丁基乙烯的共聚物与含氟聚硅氧烷的混合物代替含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
将聚4-甲基-1-戊烯切片分别与占切片总重量20％的实施例1～3和对比例1～3制备的色母粒一起加入双螺杆挤出机中熔融混合，熔体泵加压，流延挤出，冷却铸片，得到相应样品，然后进行色母粒性能测试，其性能结果如表1所示：
力学性能测试：其中，拉伸屈服强度和断裂伸长率按ASTM D638进行，冲击强度按ASTM D256进行。
色差测试，按GB/T7921-2008《均匀色空间和色差公式》进行色差ΔE测试。
耐热性测试，以注塑时间t＝10min，色差△E＝3时的注塑温度，作为耐热性的评价指标。
抗氧化性能测试，将测试样品经3500小时氙气老化试验箱人工加速老化后，主要力学性能保持率和色差△E作为评价指标。
耐候性测试：测试方法按GB/T9344-1988进行，以测试样品在氙灯光源暴露1000h后的色差△E作为评价指标。
氧指数性能测试：测试方法按GBT2406.1-2008进行。
抗静电性能测试：通过测试样品的表面电阻进行评价。
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述色母粒由以下重量份数的原料组成：20～30份基体树脂、3～5份无机填料、7～15份分散剂、1～2份表面活性剂、1～3份稳定剂、20～60份颜料和1～3份添加剂；所述基体树脂为含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
2.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂的制备方法为：按重量份称取80～120份4-甲基-1-戊烯单体、40～60份正丁基乙烯单体、15～30份二甘醇单烯丙基醚和2～5份齐格勒型催化剂加入反应釜，40℃～90℃反应3～6h，然后加入三乙胺和去离子水，强力搅拌自乳化为聚烯烃预聚物乳液；在所得聚烯烃预聚物乳液中加入60～90份有机硅氧烷单体进行溶胀，溶胀1～10h，再加入2～5份催化剂和1～3份活性膨润土，反应釜温度升至105℃～120℃，压力升至3～5MPa，继续进行聚合反应，形成含氟聚硅氧烷/聚烯烃互穿网络基体树脂。
3.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述有机硅氧烷单体由三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷组成；所述三氟丙基甲基环三硅氧烷和四甲基二硅氧烷摩尔比为10～15：1。
4.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述无机填料为纳米蒙脱土、纳米硅藻土中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、白矿油中的至少一种。
6.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述颜料由质量比为3～8：1的有机颜料和无机颜料复配而成；所述有机颜料为偶氮类有机颜料，所述无机颜料为二氧化钛、碳黑、钴蓝、镉黄或群青中的至少一种。
7.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述表面活性剂为丁二酸二辛酯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
8.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述稳定剂由受阻酚类抗氧化剂和硬脂酸锌热稳定剂组成。
9.如权利要求1所述的高性能聚烯烃色母粒，其特征在于，所述添加剂为三嗪衍生物，其化学式如结构式I所示,
10.一种如权利要求1～9任一项所述的高性能聚烯烃色母粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：按重量份称取20～30份基体树脂、2～3份无机填料、4～10份分散剂、0.5～1份表面活性剂、1～3份稳定剂和0.5～1.5份添加剂混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒成纳米复合材料；再将所述纳米复合材料与20～60份颜料和余下重量份的其他所有材料在高速搅拌机上混合；最后在双螺杆挤出机中挤出造粒。
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