CN114426719A - 一种滚塑聚乙烯组合物及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于滚塑成型的滚塑聚乙烯组合物，并进一步公开其制备方法与应用。本发明所述滚塑聚乙烯组合物，以聚乙烯树脂、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和氮化铝进行复配，通过控制各成分的加入比例，以及特殊润滑剂和氮化铝的加入改善了滚塑成型后的制品中气孔较多的缺陷，滚塑成型制品的性能更优。

Description

一种滚塑聚乙烯组合物及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于滚塑成型的滚塑聚乙烯组合物，并进一步公开其制备方法与应用。
背景技术
滚塑工艺又称旋转成型、旋转浇铸成型，是一种热塑性塑料中空成型方法，是制造各种中空塑料零件的多用工艺。滚塑成型工艺利用加热以及沿两条轴线的旋转生产中空的单个零件，通过将熔化的塑料注入正在旋转的模具内，离心力迫使熔化的塑料贴在模具内壁上，进而制得所需的中空组件。相比于注塑和吹塑成型工艺，滚塑成型的突出优点表现在设备和模具投资少、工艺灵活，产品几乎无内应力、不易变形、无接缝、强度高，适用于各种大型机复杂形状的中空塑料制品的生产。
滚塑工艺经过半个世纪的发展，其设备与工艺日趋完善，加工成型制品小到玩偶的眼睛，大到汽车部件以及数万升的储槽储罐。近年来，我国滚塑成型发展也很迅速，滚塑行业的社会关注度越来越大。在出口方面，继游乐设施、皮划艇之后，我国已是全球滚塑休闲保温箱的制造大国和出口大国。在国内市场方面，越来越多的产品已采用滚塑技术，如核废料桶、军用品、一次性成型的滚塑轿车壳、检查井、电信井等产品，更是不断推动国内滚塑行业的快速发展，尤其随着检查井、化粪池、垃圾桶等埋地制品的需求日益旺盛，催生了大量新的厂家投入这些行业。可预期的，滚塑行业的快速发展不仅要求产品设计具有创意性、功能性和系统化，加工设备具有大型自动化、精密化和节能化，而且也将驱动滚塑原料向多样化和功能化发展。
滚塑成型工艺最大的特点是树脂加热、成型和冷却的整个过程都是在无压的模具内进行。在滚塑过程中，随着设备模型的加热，在磨腔内流动的粉体会粘在模具内壁上熔融凝结，但是由于原料的性能、粉体的粒径以及流动性都会影响制品的最终质量。其中，制品中有气孔是最为常见的滚塑成型问题，这个问题缺陷可能是由于在滚塑成型中，粉体间的空隙在熔融后形成气泡，气泡不能很好的排出所致。滚塑制品有气泡不仅影响制品的外观，制品的力学性能也会受到很大的影响，使得制品容易出现变形开裂等现象。因此，如何解决滚塑成型过程中，成型产品存在的气泡问题，是现今滚塑行业面临的重大问题，对于产品的成型质量具有十分重要的影响。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种滚塑聚乙烯组合物，以解决现有技术中聚乙烯滚塑工艺成型时，成型制品中有气孔而影响滚塑制品力学性能的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述滚塑聚乙烯组合物的制备方法及应用。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种滚塑聚乙烯组合物，包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000021
具体的，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率为4-10g/10min，优选5.0-8.0g/10min，密度为0.935-0.946g/cm3。
优选的，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物；
所述受阻酚类抗氧剂包括四[β(3,5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂；
所述亚磷酸酯类抗氧剂为包括三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯；
优选的，所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1：1-1：2。
具体的，所述吸酸剂包括硬脂酸钙和/或硬脂酸锌，优选添加量为0.05重量份。
具体的，所述润滑剂包括CBT100，优选添加量为0.01-0.05重量份。
具体的，所述氮化铝的粒径为800-2000目。
优选的，所述氮化铝为偶联剂改性的氮化铝颗粒。
本发明公开了一种制备所述滚塑聚乙烯组合物的方法，包括如下步骤：
(1)混料：取选定量的所述聚乙烯树脂、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和氮化铝充分混匀，备用；
(2)挤出造粒：将得到的混合物料加入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，并进行挤出造粒处理；
(3)磨粉：将上述造粒后的物料进行磨粉处理，控制40-100目间的粉体占总量的70％-85％，40-80目间的粉体占总量的25％-60％，即得。
具体的，所述步骤(2)中，控制所述挤出机最高段温度为190-230℃，挤出机主机转速150-230r/min，喂料转速30-50r/min。
具体的，所述步骤(1)中，还包括对所述氮化铝进行偶联剂改性处理的步骤，具体的包括如下步骤：将氮化铝充分干燥后，与偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合充分，控制偶联剂的加入量为氮化铝的8-12倍量，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，直至无水乙醇全部挥发，即可。
本发明所述滚塑聚乙烯组合物，以聚乙烯树脂、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和氮化铝进行复配，通过控制各成分的加入比例，以及特殊润滑剂和氮化铝的加入改善了滚塑成型后的制品中气孔较多的缺陷，滚塑成型制品的性能更优。
本发明所述滚塑聚乙烯组合物优选将氮化铝进行偶联剂改性处理，进一步有效改善了滚塑成型制品的气泡问题。
本发明所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，通过磨粉步骤中粉体材料的粒径分布，可以获得更为适宜滚塑加工的材料颗粒，进而有效减少制得滚塑成型制品中的气泡问题。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000041
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率10g/10min(190℃，2.16kg)，密度为0.935g/cm3。
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与钛酸酯偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为190℃，挤出机主机转速230r/min，喂料转速30r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径为在40-100目之间的粉体占85％，40-80目之间的粉体占25％，即可。
实施例2
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000051
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率6g/10min(190℃，2.16kg)，共聚单体为丁烯，密度为0.940g/cm3。
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与硅烷偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为230℃，挤出机主机转速150r/min，喂料转速50r/min；
(4)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占75％，40-80目之间的粉体占32％，即可。
实施例3
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000061
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率4g/10min(190℃，2.16kg)，共聚单体为己烯，密度为0.946g/cm3。
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与钛酸酯偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占70％，40-80目之间的粉体占50％，即可。
实施例4
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000071
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率5g/10min(190℃，2.16kg)，共聚单体为丁烯，密度为0.944g/cm3。
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与硅烷偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占70％，40-80目之间的粉体占60％，即可。
实施例5
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000081
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率8g/10min(190℃，2.16kg)，密度为0.938g/cm3。
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与钛酸酯偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占85％，40-80目之间的粉体占47％，即可。
实施例6
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000091
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率4g/10min(190℃，2.16kg)，共聚单体为己烯，密度为0.946g/cm3。
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占70％，40-80目之间的粉体占50％，即可。
对比例1
本对比例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000101
其中，所述聚乙烯为熔体质量流动速率5g/10min(190℃，2.16kg)，密度为0.935g/cm3。
本对比例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与硅烷偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占75％，40-80目之间的粉体占52％，即可。
对比例2
本实施例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000111
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率6g/10min(190℃，2.16kg)，共聚单体为己烯，密度为0.940g/cm3。
本对比例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与钛酸酯偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占51％，40-80目之间的粉体占13％，即可。
对比例3
本对比例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000121
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率8g/10min(190℃，2.16kg)，密度为0.946g/cm3。
本对比例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌3-5min，混合均匀；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占78％，40-80目之间的粉体占57％，即可。
对比例4
本对比例所述滚塑聚乙烯组合物包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002751439730000122
其中，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率8g/10min(190℃，2.16kg)，密度为0.946g/cm3。
本对比例所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化铝颗粒在80度的烘箱中干燥3-4小时后，与钛酸酯偶联剂混合加入无水乙醇在超声波混合仪中混合10min，偶联剂的加入量为氮化铝的10倍，无水乙醇的量没有具体限定，只是用来稀释，后期在高搅中会挥发出去，待无水乙醇全部挥发，得到改性的氮化铝，经粉碎至选定粒径范围，备用；
将选定量的聚乙烯、抗氧剂、吸酸剂和处理后的氮化铝，置于高速搅拌机，在1000-1500r/min的转速下搅拌1-2min，将高速搅拌机升温到60℃再搅拌3-4min；
(2)挤出造粒：将混合均匀的物料加入同向双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒制得，挤出机最高段温度为210℃，挤出机主机转速200r/min，喂料转速40r/min；
(3)磨粉：将造粒后的组合物，在研磨机上磨成细粉，其中，控制粒径在40-100目之间的粉体占78％，40-80目之间的粉体占57％，即可。
实验例
分别将上述实施例1-6及对比例1-4中所述滚塑聚乙烯组合物进行滚塑成型，具体为将装有粉料的滚塑模具放入设备中，开始旋转，再设置加热温度为230度，然后持续加热30分钟，模具从加热室中移除继续旋转，自然通风冷却到室温后打开模具取出制品，并对得到的成型制品的性能进行测试，具体测试指标及标准包括：
熔体质量流动速率(MFR)：按照GB/T 3682-2000进行测试，温度为190℃，负载为2.16kg；
密度：按GB/T 1033-2008规定测试；本发明方案采用密度指标评价制品气泡多少，采用浸渍法测试密度，原料的密度采用本发明制备方法造粒后的粒料，在压片机上压成片材，取小片后用浸渍法测试密度；而滚塑成型制品的密度，采用磨粉滚塑后得到的滚塑制品，取小块后用浸渍法测试密度，两者密度的比较就可看出气泡的多少；滚塑制品有气泡或者气泡多，则密度小于压塑片材的密度，气泡越多密度越小；
简支梁缺口冲击强度：按照GB/T 1043-2008测试；
拉伸性能：按GB/T1040.2-2006测试；
弯曲性能：按照GB/T 9341-2008测试；
测试结果见下表1。
表1产品性能测试结果
Figure BDA0002751439730000141
可见，本发明所述滚塑聚乙烯组合物通过各原料组分的复配，有效改善了滚塑成型制品的性能，避免了滚塑成型制品容易出现气泡的问题，产品性能更优。而对比例方案中，不适当的润滑剂组分，或者不添加相应的润滑剂或氮化铝颗粒，均会导致滚塑制品依然出现气泡问题；而尤其是整个加工过程中对所述聚乙烯组合物材料粒径分布的控制，有利于避免成型制品的气泡问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种滚塑聚乙烯组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
Figure FDA0002751439720000011
2.根据权利要求1所述的滚塑聚乙烯组合物，其特征在于，所述聚乙烯树脂的熔体质量流动速率为4-10g/10min，密度为0.935-0.946g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的滚塑聚乙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物；
所述受阻酚类抗氧剂包括四[β(3,5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂；
所述亚磷酸酯类抗氧剂为包括三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
4.根据权利要求1-3任一项所述的滚塑聚乙烯组合物，其特征在于：所述吸酸剂包括硬脂酸钙和/或硬脂酸锌。
5.根据权利要求1-4任一项所述的滚塑聚乙烯组合物，其特征在于，所述润滑剂包括CBT100。
6.根据权利要求1-5任一项所述的滚塑聚乙烯组合物，其特征在于，所述氮化铝的粒径为800-2000目。
7.根据权利要求6所述的滚塑聚乙烯组合物，其特征在于，所述氮化铝为偶联剂改性的氮化铝颗粒。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述滚塑聚乙烯组合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)混料：取选定量的所述聚乙烯树脂、抗氧剂、吸酸剂、润滑剂和氮化铝充分混匀，备用；
(2)挤出造粒：将得到的混合物料加入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，并进行挤出造粒处理；
(3)磨粉：将上述造粒后的物料进行磨粉处理，控制40-100目间的粉体占总量的70％-85％，40-80目间的粉体占总量的25％-60％，即得。
9.根据权利要求8所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制所述挤出机最高段温度为190-230℃，挤出机主机转速150-230r/min，喂料转速30-50r/min。
10.根据权利要求8或9所述滚塑聚乙烯组合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，还包括对所述氮化铝进行偶联剂改性处理的步骤。
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