CN115160696A - 一种聚丙烯粒料热混着色工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及塑料瓶生产的领域，具体公开了一种聚丙烯粒料热混着色工艺，包括以下步骤：S1：往反应釜中分别加入二甲基丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙烯酸、颜料以及水，通入氮气，搅拌均匀，然后加入过硫酸铵，于50‑60℃反应3‑5h，得粗产物，过滤洗涤，干燥后得到含有颜料的有色基体树脂；S2：将有色基体树脂加入开炼机中，在130‑150℃下熔炼8‑10min，然后加入增塑剂，熔炼10‑15min，再压制成薄片，剪切成颗粒状，即得到色母粒；S3：将聚丙烯树脂、色母粒、光稳定剂以及抗氧化剂加入混料机中，混合均匀后得到混合料，经造粒机造粒，即得到有色的聚丙烯粒料。本申请具有使得材料具有较佳的着色效果。

Description

一种聚丙烯粒料热混着色工艺

技术领域

本申请涉及塑料瓶生产的领域，更具体地说，它涉及一种聚丙烯粒料热混着色工艺。

背景技术

聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.90‐0.91g/cm³，是目前所有塑料中最轻的品种之一。它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.01％，分子量约8万‐15万。随着其应用的不断开发，人们对聚丙烯提出了更高、更具体的要求，比如，人们对于塑料瓶的色彩有着更多的追求，这就要求加工塑料瓶的材料要具有各种鲜艳的外观。

目前，人们主要是在材料中添加色粉来实现材料的色彩要求，但由于色粉与材料在混融过程中分散非常不均匀，导致材料的颜色分布不均匀，着色效果差。因此，仍有改进的空间。

发明内容

为了使得材料具有较佳的着色效果，本申请提供一种聚丙烯粒料热混着色工艺。

本申请提供一种聚丙烯粒料热混着色工艺，采用如下的技术方案：

一种聚丙烯粒料热混着色工艺，包括以下步骤：

S1：有色基体树脂的制备：往反应釜中分别加入1-2质量份的二甲基丙烯酰胺、1-2质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、0.2-0.6质量份的颜料以及10-15质量份的水，调节pH至中性，通入氮气，搅拌均匀，然后加入0.03%的过硫酸铵，在氮气的保护下，于50-60℃反应3-5h，得粗产物，过滤洗涤，在65-70℃的真空烘箱中干燥，得到含有颜料的有色基体树脂；

S2：色母粒的制备：将有色基体树脂加入开炼机中，在130-150℃下熔炼8-10min，然后向开炼机中加入增塑剂，熔炼10-15min，混合均匀，然后加入开炼机中压制成薄片，再剪切成颗粒状，即得到色母粒；

S3：聚丙烯粒料的制备：将5-8质量份的聚丙烯树脂、0.1-0.15质量份的色母粒、0.01-0.02质量份的光稳定剂以及0.01-0.02质量份的抗氧化剂加入混料机中，混合均匀后得到混合料，然后将混合料转移至双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的模头温度为160-180℃，将挤出的丝条冷却，经造粒机造粒，冷却后即得到有色的聚丙烯粒料。

通过采用上述技术方案，二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸单体在聚合的过程中加入颜料，使得颜料的表面接枝有酰胺键，颜料的表面形成包覆层，包覆层为二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸共聚形成的三维网络结构，在单体聚合的过程中，颜料被均匀地包覆在二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸共聚形成的三维网络结构内，使得颜料与基体树脂分散地更加均匀，进而使得色母粒着色效果大大提高。并且，由于颜料的表面形成包覆层，使得颜料的化学稳定性提高，进而使得色母粒的着色更加稳定，以此使得有色聚丙烯粒料不容易出现褪色的现象，从而使得由聚丙烯粒料制得的塑料瓶具有较佳的使用性能。

优选的，所述光稳定剂为纳米氧化锌。

通过采用上述技术方案，由于聚丙烯的主链上有叔碳原子，在紫外光、热、氧的外界作用下极易发生化学变化，聚丙烯大分子链上会产生大量的羰基，随后生成过氧化物，断裂后形成游离基，这些游离基进一步引起大分子链裂解、支化与交联，从而使得聚丙烯粒料的耐老化性能下降。纳米氧化锌在阳光，尤其在紫外线照射下、在水和空气中，能自行分解出自由移动的带负电的电子，同时留下带正电的空穴，这种空穴可以将空气中的氧变成活性氧，有极强的化学活性。

而聚二甲基丙烯酰胺和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸中含有酰胺键，酰胺键是带负电性的官能团，会将纳米氧化锌形成的空穴填满，使得空气中的氧不容易变成活性氧，由此使得聚丙烯粒料不容易被氧化分解；与此同时，纳米氧化锌产生的电子会先与聚丙烯大分子链上产生的羰基结合，使得羰基不容易进一步被氧化生成过氧化物，进而减少游离基的生成，以此使得聚丙烯粒料的耐老化性能得到进一步提升。

优选的，所述混合料中还加入有0.5-0.8质量份的聚氨酯丙烯酸酯。

通过采用上述技术方案，由于聚氨酯丙烯酸酯的分子中含有丙烯酸官能团和氨基甲酸酯键，聚氨酯丙烯酸酯分子链间能形成多种的氢键，使得聚丙烯粒料具有优异的机械耐磨性和柔韧性，进而使得由聚丙烯粒料制备得到的塑料瓶不容易出现变形的现象，并且，使得塑料瓶在使用过程中不容易出现磨损的现象，以此使得塑料瓶的使用寿命延长。

优选的，所述二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、颜料以及水的质量比为1：1：0.2：10。

通过采用上述技术方案，二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸以及颜料采用特定的比例互相配合，使得颜料更好地被包裹在二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸共聚形成的三维网络结构内，进而使得颜料不容易出现成团的现象，以此使得颜料能够更加均匀地分散于体系中，由此使得色母粒的着色效果增强，从而使得聚丙烯材料不容易出现褪色的现象。

优选的，所述聚丙烯树脂、色母粒、光稳定剂以及抗氧化剂的质量比为6：0.15：0.01：0.01。

通过采用上述技术方案，采用特定比例的聚丙烯树脂和色母粒互相配合，使得聚丙烯粒料更不容易发生褪色的现象，以此使得聚丙烯粒料具有更好地性能。

优选的，所述增塑剂为聚乙二醇、环氧硬脂酸辛酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或两种。

优选的，所述抗氧化剂为抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1010、抗氧剂264、抗氧剂DLTP、抗氧剂626、抗氧剂4426或抗氧剂T501中一种或多种。

通过采用上述技术方案，采用上述物质中的一种或多种作为抗氧化剂，有利于提高聚丙烯粒料的耐老化性能，使得聚丙烯粒料的使用寿命延长。

优选的，所述双螺杆挤出机的加工条件为：一区温度为95-105℃，二区温度为110-125℃，三区温度为130-145℃，四区温度为150-160℃，五区温度为165-175℃，六区温度为175-180℃。

通过采用上述技术方案，采用上述工艺参数制备得到的聚丙烯粒料具有较好的机械性能，并且，聚丙烯粒料的着色效果优异，不容易出现褪色的现象。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过将颜料均匀地包覆在二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸共聚形成的三维网络结构内，使得颜料与基体树脂分散地更加均匀，进而使得色母粒着色效果大大提高；并且，由于颜料的表面形成包覆层，使得颜料的化学稳定性提高，进而使得色母粒的着色更加稳定，以此使得有色聚丙烯粒料不容易出现褪色的现象。

2.由于聚二甲基丙烯酰胺和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸中含有酰胺键，酰胺键是带负电性的官能团，会将纳米氧化锌形成的空穴填满，使得空气中的氧不容易变成活性氧，由此使得聚丙烯粒料不容易被氧化分解；与此同时，纳米氧化锌产生的电子会先与聚丙烯大分子链上产生的羰基结合，使得羰基不容易进一步被氧化生成过氧化物，进而减少游离基的生成，以此使得聚丙烯粒料的耐老化性能得到进一步提升。

3.由于聚氨酯丙烯酸酯的分子中含有丙烯酸官能团和氨基甲酸酯键，聚氨酯丙烯酸酯分子链间能形成多种的氢键，使得聚丙烯粒料具有优异的机械耐磨性和柔韧性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本实施例公开一种聚丙烯粒料热混着色工艺，包括以下步骤：

S1：有色基体树脂的制备：往反应釜中分别加入1kg的二甲基丙烯酰胺、1kg的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、0.2kg的颜料以及10kg的水，调节pH至中性，通入氮气，搅拌均匀，然后加入30g的过硫酸铵，在氮气的保护下，于50℃反应3h，得粗产物，过滤洗涤，在65℃的真空烘箱中干燥，得到含有颜料的有色基体树脂，颜料可以为酞菁颜料；

S2：色母粒的制备：将1kg的有色基体树脂加入开炼机中，在130℃下熔炼8min，然后向开炼机中加入0.2kg的聚乙二醇，熔炼10min，混合均匀，于开炼机中压制成薄片，剪切成颗粒状，即得到色母粒；

S3：聚丙烯粒料的制备：将5kg的聚丙烯树脂、0.1kg的色母粒、0.01kg的纳米氧化锌以及0.01kg的抗氧化剂168加入混料机中，混合均匀，搅拌转速为1000r/min，混合时间10min，得到混合料，然后将混合料转移至双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的模头温度为160℃，将挤出的丝条冷却，经造粒机造粒，冷却后即得到有色的聚丙烯粒料；

其中：双螺杆挤出机的加工条件为：一区温度为95℃，二区温度为110℃，三区温度为130℃，四区温度为150℃，五区温度为165℃，六区温度为175℃。

实施例2

与实施例1的区别在于：

一种聚丙烯粒料热混着色工艺，包括以下步骤：

S1：有色基体树脂的制备：往反应釜中分别加入2kg的二甲基丙烯酰胺、2kg的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、0.6kg的颜料以及15kg的水，调节pH至中性，通入氮气，搅拌均匀，然后加入35g的过硫酸铵，在氮气的保护下，于60℃反应5h，得粗产物，过滤洗涤，在70℃的真空烘箱中干燥，得到含有颜料的有色基体树脂；

S2：色母粒的制备：将1kg的有色基体树脂加入开炼机中，在150℃下熔炼10min，然后向开炼机中加入0.3kg的聚乙二醇，熔炼15min，混合均匀，于开炼机中压制成薄片，剪切成颗粒状，即得到色母粒；

S3：聚丙烯粒料的制备：将8kg的聚丙烯树脂、0.15kg的色母粒、0.02kg的纳米氧化锌以及0.02kg的抗氧化剂1010加入混料机中，混合均匀，搅拌转速为1000r/min，混合时间15min，得到混合料，然后将混合料转移至双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的模头温度为180℃，将挤出的丝条冷却，经造粒机造粒，冷却后即得到有色的聚丙烯粒料；

其中：双螺杆挤出机的加工条件为：一区温度为105℃，二区温度为125℃，三区温度为145℃，四区温度为160℃，五区温度为175℃，六区温度为180℃。

实施例3

与实施例1的区别在于：

S3：聚丙烯粒料的制备：将6kg的聚丙烯树脂、0.15kg的色母粒、0.01kg的纳米氧化锌以及0.01kg的抗氧化剂1098加入混料机中，混合均匀，搅拌转速为1000r/min，混合时间15min，得到混合料，然后将混合料转移至双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的模头温度为180℃，将挤出的丝条冷却，经造粒机造粒，冷却后即得到有色的聚丙烯粒料。

实施例4

与实施例3的区别在于：S3中混合料还加入有0.5kg的聚氨酯丙烯酸酯。

实施例5

与实施例3的区别在于：S3中混合料还加入有0.8kg的聚氨酯丙烯酸酯。

对比例1

与实施例3的区别在于：以等量的丙烯酰胺替代二甲基丙烯酰胺。

对比例2

与实施例3的区别在于：以等量的丙烯酰胺替代2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸。

对比例3

与实施例3的区别在于：以等量的纳米二氧化钛替代纳米氧化锌。

对比例4

与实施例3的区别在于：纳米氧化锌的用量为0.03kg。

对比例5

与实施例3的区别在于：

S1：有色基体树脂的制备：往反应釜中分别加入3kg的二甲基丙烯酰胺、0.7kg的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、0.9kg的颜料以及20kg的水，调节pH至中性，通入氮气，搅拌均匀，然后加入35g的过硫酸铵，在氮气的保护下，于60℃反应5h，得粗产物，过滤洗涤，在70℃的真空烘箱中干燥，得到含有颜料的有色基体树脂；

S3：聚丙烯粒料的制备：将4kg的聚丙烯树脂、0.2kg的色母粒、0.05kg的纳米氧化锌以及0.03kg的抗氧化剂1098加入混料机中，混合均匀，搅拌转速为1000r/min，混合时间15min，得到混合料，然后将混合料转移至双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的模头温度为180℃，将挤出的丝条冷却，经造粒机造粒，冷却后即得到有色的聚丙烯粒料。

应用例

塑料瓶的制备：将由实施例3制备得到的聚丙烯粒料在180℃条件下塑练后送到注吹一体机中，将料筒温度设置为150℃后，将样品分四段进行注射，四段的速度分别为75、35、30、20，四段的压力分别50、35、25、15，混合颗粒处理后，待注塑型坯初冷却后，吹塑定型后脱模得到塑料瓶。

实验1

本实验抽取实施例3以及对比例1所制备得到的聚丙烯粒料的各项性能，实验结果见表1。

表1

根据表1中实施例3的各种性能均符合检测标准，且实施例3的各项性能均比对比例1的各项性能更好。并且，将实施例3制备得到的聚丙烯粒料采用上述方法吹塑得到的塑料瓶，同样也具有较佳的性能。

实验2着色效果试验

本实验参照Q/JDG YCL2-2016《聚丙烯着色母料》分别检测实施例1-3以及对比例1-5所制备得到的色母粒的着色强度以及着色稳定性，实验结果见表2。

表2

根据表2中对比例1-3的数据分别与实施例3的数据对比可得，对比例1中以等量的丙烯酰胺替代二甲基丙烯酰胺，色母粒的着色强度为84%，色母粒的总色差为2.8；对比例2中以等量的丙烯酰胺替代2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸，色母粒的着色强度为86%，色母粒的总色差为2.6；

而实施例3中色母粒的着色强度为99%，色母粒的总色差为0.2，说明实施例3所制备得到的色母粒的着色效果大于对比例1-2，并且实施例3中的色母粒的着色稳定性也大于对比例1-2。这是因为实施例3中色母粒的分散性比对比例1-2的分散性更好，使得颜料被均匀地包裹在二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸共聚形成的三维网络结构内，以此使得色母粒的着色效果增强，且由于颜料表面形成的包覆层更加稳定，使得颜料的稳定性提高，进而使得色母粒的着色更加稳定。

而无论是二甲基丙烯酰胺还是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸与丙烯酰胺配合，分散都不均匀，使得颜料不能均匀地被包覆在共聚形成的三维网络结构内，且颜料的表面不能形成稳定的包覆层，以此使得色母粒的着色效果和着色稳定性不佳，不能达到本申请的效果。

实验3耐老化试验

本实验参照GB/T1642.2-1999《塑料实验室光源暴露试验方法第2部分：氙弧灯》进行加速老化试验（氙弧灯的波长为380nm），分别检测实施例1-5以及对比例1-5所制备得到的有色的聚丙烯粒料的耐老化性能，氙灯老化360h，变色评级参照ISO105-A02《评定变色用灰色样卡》进行评价，评价标准见表3，牢度等级越高，说明聚丙烯粒料的耐老化性能越好。

表3

实验4耐磨试验

本实验参照GB/T3960-1983《塑料滑动摩擦磨损试验方法》，分别检测实施例1-5以及对比例1-5所制备得到的有色的聚丙烯粒料的磨损率（%），磨损率越低，说明聚丙烯粒料的耐磨性能越好。

实验结果见表4。

表4

根据表4中对比例3的数据与实施例3的数据对比可得，对比例3采用纳米二氧化钛作为光稳定剂，聚丙烯粒料的牢度等级为4，而实施例3采用纳米氧化锌作为光稳定剂，聚丙烯粒料的牢度等级为4-5，相比于对比例3而言，牢度等级升高了，说明采用纳米氧化锌作为光稳定剂，有利于提高聚丙烯粒料的耐老化性能，这是因为：聚二甲基丙烯酰胺和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸中含有酰胺键，酰胺键是带负电性的官能团，会将纳米氧化锌形成的空穴填满，使得空气中的氧不容易变成活性氧，由此使得聚丙烯粒料不容易被氧化分解；与此同时，纳米氧化锌产生的电子会先与聚丙烯大分子链上产生的羰基结合，使得羰基不容易进一步被氧化生成过氧化物，进而减少游离基的生成，以此使得聚丙烯粒料的耐老化性能得到进一步提升。

根据表4中实施例4-5的数据分别与实施例3对比可得，实施例4-5中在实施例3的基础上还加入了聚氨酯丙烯酸酯，聚丙烯粒料的磨损率从1.21%降至0.7%左右，说明加入聚氨酯丙烯酸酯，有利于提高聚丙烯粒料的耐磨性能，使得聚丙烯粒料不容易发生磨损的现象。

根据表4中对比例4的数据与实施例3的数据对比可得，对比例4中纳米氧化锌的用量不在本申请的范围内，聚丙烯粒料的牢度等级为3，而实施例3中纳米氧化锌的用量在本申请的范围内，聚丙烯粒料的牢度等级为4-5，牢度等级升高了，说明纳米氧化锌并不是采用任意的配比都能达到本申请的效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1：有色基体树脂的制备：往反应釜中分别加入1-2质量份的二甲基丙烯酰胺、1-2质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、0.2-0.6质量份的颜料以及10-15质量份的水，调节pH至中性，通入氮气，搅拌均匀，然后加入0.03%的过硫酸铵，在氮气的保护下，于50-60℃反应3-5h，得粗产物，过滤洗涤，在65-70℃的真空烘箱中干燥，得到含有颜料的有色基体树脂；

S2：色母粒的制备：将有色基体树脂加入开炼机中，在130-150℃下熔炼8-10min，然后向开炼机中加入增塑剂，熔炼10-15min，混合均匀，然后加入开炼机中压制成薄片，再剪切成颗粒状，即得到色母粒；

S3：聚丙烯粒料的制备：将5-8质量份的聚丙烯树脂、0.1-0.15质量份的色母粒、0.01-0.02质量份的光稳定剂以及0.01-0.02质量份的抗氧化剂加入混料机中，混合均匀后得到混合料，然后将混合料转移至双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的模头温度为160-180℃，将挤出的丝条冷却，经造粒机造粒，冷却后即得到有色的聚丙烯粒料。

2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：所述光稳定剂为纳米氧化锌。

3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：所述混合料中还加入有0.5-0.8质量份的聚氨酯丙烯酸酯。

4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：所述二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、颜料以及水的质量比为1：1：0.2：10。

5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：所述聚丙烯树脂、色母粒、光稳定剂以及抗氧化剂的质量比为6：0.15：0.01：0.01。

6.根据权利要求1所述的一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：所述增塑剂为聚乙二醇、环氧硬脂酸辛酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂1010、抗氧剂264、抗氧剂DLTP、抗氧剂626、抗氧剂4426或抗氧剂T501中一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯粒料热混着色工艺，其特征在于：所述双螺杆挤出机的加工条件为：一区温度为95-105℃，二区温度为110-125℃，三区温度为130-145℃，四区温度为150-160℃，五区温度为165-175℃，六区温度为175-180℃。