CN1164664C

CN1164664C - 高填充无机高效改性剂的聚烯烃组合物，它的制备方法和由它制备的一次性筷子

Info

Publication number: CN1164664C
Application number: CNB011106891A
Authority: CN
Inventors: 王锡臣; 苏河山
Original assignee: INSTITUTE OF AUTOMATION TECHNOLOGY BEIJING CHUANGYUAN
Current assignee: Institute of Automation Technology, Beijing Chuangyuan
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2004-09-01
Anticipated expiration: 2021-04-17
Also published as: CN1317510A

Abstract

本发明涉及一种高填充无机高效改性剂的聚烯烃组合物，它的制备方法和由它制成的一次性筷子。本发明制备的筷子无机高效改性剂含量高达70～75%，材料的缺口冲击强度大于22 J/m，弯曲强度大于52mPa，热变形温度大于105℃，无毒无害，可满足普通筷子使用性能要求。用后可回收再利用或焚烧回收热能，遗弃在自然界中，很容易风化降解，对环境无污染。本发明制备筷子的设备投资小，工艺简单，原料成本低易得。可替代一次性木制或竹制筷子。

Description

高填充无机高效改性剂的聚烯烃组合物，它的制备方法和由它制备的一次性筷子

本发明涉及高填充无机高效改性剂的聚烯烃组合物，它的制备方法和由该组合物制备的一次性筷子。该聚烯烃组合物是根据聚合物共混改性和填充改性原理，采用特殊的无机粉体表面活化处理技术和聚烯烃/无机高效改性剂复合技术，无机改性剂填充量高达65～75wt％，材料的缺口冲击强度大于22J/m，弯曲强度大于52mpa，热变形温度大于105℃，制得的筷子具有较好的力学性能和使用性能，无毒无害，可满足筷子的卫生指标要求。

无机改性剂是无机粉体材料，它是由各种矿石经粉碎而成的天然矿粉材料，资源丰富，产量大，价格低廉，而且无毒无害。无机粉体材料与聚烯烃复合可以提高材料的刚性，并能大幅度降低材料的成本，但其添加后，往往会使材料的强度和韧性下降，添加量越多，下降的幅度越大。因此长期以来人们习惯把这一类材料称之为“填料”，不言而喻，无机粉体材料与聚烯烃的复合，是以降低材料成本为主要目的。本发明的技术关键之一是通过特殊的表面活化处理技术，将无机粉体材料从“廉价填料”转变成“高性能改性剂”(本发明的高效改性剂)，使改性后的复合材料在大幅度降低成本的同时，还具有较好的力学性能和使用性能。

聚烯烃通常指的是PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)等通用塑料用树脂，产量大，价格低，无毒无害，而且加工性能好。不同种类的聚烯烃，由于结构上的差异，其物理性能如：力学性能、塑化温度和化学性能：如耐热性、耐老化性等都不尽相同。实际应用中往往单一的聚烯烃难以满足产品性能要求，需要进行共混改性，即将具有不同性能的聚烯烃，按不同比例进行共混改性，共混后所得的新材料共混物，除保持各组分原有的优良性能外，由于组分间的协同效应，还能赋予共混物一些新的优良性能。聚合共混改性效果好坏，一方面取决于聚合物的配伍，另一方面还与聚合物之间的相容性有关，相容性越好改性效果越好。当聚合物之间相容性较差时，可以通过加入增容剂的办法提高其相容性。不同的共混体系，需要采用不同性能的增容剂。聚烯烃共混改性是本发明又一技术关键，是影响筷子质量的重要因素。

本发明中的聚烯烃共混改性和无机改性剂填充聚烯烃改性优选在双螺杆挤出机中完成。不同的聚烯烃共混体系、不同的无机高效改性剂添加量，螺杆的长径比和加工参数不同。一般长径比越大，改性效果越好。挤出机各区域温度取决于聚烯烃的塑化温度。

塑料用助剂是塑料加工过程中用于改善加工性能，提高加工效率和增强制品性能的辅助原料，用量较小，一般为基于共混物总量的5wt％以下。本发明所使用的各种助剂，在保证具有上述功能外，应无毒无害。

本发明制备一次性高填充无机高效改性剂聚烯烃筷子所采用的加工成型方法，是用通用的塑料成型加工设备即注塑机或单螺杆挤出机，为了保证筷子的质量，只是在普通单螺杆挤出机的机头处，增加一个增压装置。

本发明制备一次性高填充无机高效改性剂聚烯烃筷子，可替代一次性木制或竹制筷子，能节省大量木材或竹材，保护森林资源，改善自然环境。用后便于回收再利用或焚烧处理回收热能。如遗弃在自然界中，很容易风化降解，对环境无污染。

本发明制备一次性高填充无机高效改性剂聚烯烃筷子，所采用的设备都是塑料加工行业中的通用设备，设备投资小，原料价格低易得，产品成本低，市场容量大，便于推广应用。

本发明的高填充无机高效改性剂的聚烯烃组合物包括20～35wt％的聚烯烃混合物，65～75wt％的经表面活化处理得到的无机高效改性剂，0.375～1.75wt％的增容剂，2～5wt％的加工助剂，0～2wt％的着色剂和0～0.1wt％的防腐杀菌剂，基于组合物的总重量。

本发明方法以聚烯烃为基体树脂，无机填料为改性剂，在诸多助剂的作用下，经过共混捏合制备成共混物，再通过挤出造粒，注塑或挤出成型等工序制备成不同规格的筷子。它包括无机填料表面活化处理方法，聚烯烃共混改性方法，无机高效改性剂填充聚烯烃加工方法，以及一次性高填充无机高效改性剂聚烯烃筷子的加工成型方法。

所述聚烯烃混合物是聚丙烯(PP)和其它一种或多种聚烯烃或者一种或多种聚丙烯酸酯的共混物，其它聚烯烃选自聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)或聚氯乙烯(PVC)等。聚丙烯酸酯例如是聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯等。聚烯烃混合物的总含量为基于组合物的20～35wt％，混合物中聚丙烯占70～90wt％，其它一种或多种聚烯烃或者一种或多种聚丙烯酸酯占10～30wt％，在其它多种聚烯烃或聚丙烯酸酯的情况下，它们的比例是不限的。

所述无机高效改性剂是200～1250目的重质或轻质CaCO₃，高岭土、二氧化硅、硅灰石、滑石粉、云母粉等中一种或多种经表面活化处理得到的粉体材料。如果是多种，各成分的比例是任选的。活化处理采用硬脂酸，聚乙烯蜡，白油、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂等中的两种或两种以上复配物，其用量为无机改性剂的1～6wt％，或作为选择方案，采用丙烯酸酯类单体在引发剂的作用下，丙烯酸酯类单体的用量为无机改性剂的4～6wt％，引发剂用量是单体的0.5～2wt％，通过物理或化学表面处理方法制得活性无机高效改性剂，具体地说，前一方法通过在60～100℃下将无机填料和活化处理试剂充分搅拌均匀，后一方法通过在一定的温度下，例如40～80℃下搅拌无机填料的同时将活化处理试剂和引发剂喷入，并充分搅拌均匀来实现。丙烯酸酯单体的实例是丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯等，引发剂的实例是有机过氧化物，或者有机过氧化物与还原剂的配合物。经表面活化处理得到的无机高效改性剂的填充量为65～75wt％，基于组合物的总重量。

增容剂例如是聚烯烃/马来酸酐接枝共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/醋酸乙烯共聚物等，它的用量为0.375～1.75wt％，基于组合物的总重量。加工助剂例如是硬脂酸、硬脂酸酯类、聚乙烯蜡等，它的用量是2～5wt％，基于组合物的总重量。着色剂例如是色母粒等，它的用量是0～2wt％，基于组合物的总重量。防腐杀菌剂是纳米级无机物粒子，例如纳米级二氧化钛、纳米级碳酸钙，它的用量是0～0.1wt％，基于组合物的总重量。

所述共混捏合、挤出造粒优选在高效捏合机和双螺杆挤出机完成，捏合机内温度为66℃～120℃，双螺杆挤出机各区域温度为120℃～210℃。

所述加工成型方法是采用注塑成型或挤出成型方法。根据模具尺寸可选用不同规格的注塑机或单螺杆挤出机，如采用单螺杆挤出机需在单螺杆挤出机的机头处增设一个增压装置，以提高筷子的密度和强度。

以下结合实施例来说明本发明。

实施例1：

称取3.5kg800目滑石粉和3.5kg的800目碳酸钙粉放入搅拌机内。另取90g铝酸酯偶联剂和30g硬脂酸加入到搅拌机内与滑石粉和碳酸钙混合，在60～100℃下搅拌30min后，即制得高效无机改性剂。再分别加入2.4kg聚丙烯和0.6kg高密度聚乙烯组成的聚烯烃混合物、50g聚乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、30g聚乙烯蜡、10g白色母粒、10g二氧化钛纳米粉，再继续搅拌10min后，制成本发明组合物共混料。

将上述共混料在双螺杆挤出机内挤出造粒，挤出温度控制在140～210℃。

将制得的粒料干燥后，用注塑机注塑或用附有增压装置的单螺杆挤出机挤出成型即得一次性高填充无机高效改性剂聚烯烃筷子。

实施例2：

称取3.5kg的1250目高岭土和4kg的1250目硅灰石放入搅拌机内。另取50g铝酸酯、25g钛酸酯偶联剂和30g白油加入到搅拌机内与高岭土和硅灰石混合，在60～100℃下搅拌40min后，即制得无机高效改性剂，再依次加入2.24kg聚丙烯和0.56kg聚苯乙烯组成的聚烯烃混合物、65g聚乙烯/马来酸酐接枝共聚物，40g硬脂酸、2g米黄色母粒，继续搅拌10min后，制成本发明组合物共混料。

实施例3：

称取4.2kg400目碳酸钙和3kg400目高岭土粉混合物，放入带有喷头的搅拌机内，温度调节至40～60℃左右，将溶有8g过氧化二苯甲酰的220ml丙烯酸甲酯溶液，在高速搅拌下，30min内将其均匀地喷洒在无机粉体内进行表面单体聚合包覆活化处理，即制得无机高效改性剂。而后再依次加入2.03kg聚丙烯、0.436kg聚苯乙烯和0.435kg高密度聚乙烯组成的聚烯烃混合物、60g硬脂酸单甘酯、8g白色母粒，再继续搅拌10min后，即制得本发明组合物共混料。

将上述共混料在双螺杆挤出机内挤出造粒，挤出温度为140～210℃，由于有过氧化物引发剂存在，挤出过程中聚烯烃将发生部分交联反应，有利于提高产品强度。

实施例4：

称取4kg800目碳酸钙和3kg800目硅灰石粉混合物，放入搅拌机内，另取80g钛酸酯偶联剂，40g聚乙烯蜡加入到搅拌机内与碳酸钙和硅灰石粉混合，在60～100℃范围内的温度下搅拌30min后，即制得高效无机改性剂。再依次加入2.24kg聚丙烯和0.56kg聚氯乙烯组成的聚烯烃混合物、70g聚丙烯/马来酸酐接枝共聚物，40g聚乙烯蜡，2g米黄色母粒，8g二氧化钛纳米粉，再继续搅拌10min后，制得本发明组合物共混料。

将上述组合物在双螺杆挤出机内挤出造粒，挤出温度为140～210℃。

实施例5：

称取3.5kg800目高岭土和4kg800目碳酸钙混合物，放入搅拌机内，另取80g硅烷偶联剂、45g白油加入到搅拌机内与高岭土和碳酸钙混合，在60～80℃下搅拌30min后，即制得本发明无机高效改性剂。再依次加入2.4kg聚丙烯和0.6kg聚甲基丙烯酸甲酯组成的聚烯烃混合物，80g聚丙烯/马来酸酐接枝共聚物，40g硬脂酸单甘酯，8g白色母粒，再继续搅拌10min后，制得本发明组合物共混料。

将上述组合物共混料在双螺杆挤出机内挤出造粒，挤出温度为140～210℃。

实施例6：

称取7.5kg800目碳酸钙，放入带有喷头的搅拌机内，温度调节至40～80℃，将溶有8g过氧化异丙苯的250ml甲基丙烯酸甲酯溶液，在高速搅拌机下，30min内将其均匀地喷洒在碳酸钙粉体内，进行表面单体聚合包覆活化处理，即制得本发明的表面经活化处理的无机高效改性剂。而后再依次加入1.96kg聚丙烯、0.42kg高密度聚乙烯和0.42kg聚甲基丙烯酸甲酯组成的聚烯烃混合物，50g聚乙烯蜡，2g米黄色母粒，再继续搅拌10min后，即制得本发明组合物共混料。

将上述组合物共混料在双螺杆挤出机内挤出造粒，挤出温度为140～210℃，由于有过氧化物引发剂存在，挤出过程中聚烯烃将发生部分交联反应，有利于提高产品强度。

将制得的粒料干燥后，用注塑机注塑或用附有增压装置的单螺杆挤出机挤出成型即得一次性高填充高效无机改性剂聚烯烃筷子。

需要说明的是，上述筷子的外型、尺寸大小由成型模具而定；上述实例中所制备的一次性高填充高效无机改性剂聚烯烃筷子均达到说明书中所述的质量性能指标；配方中凡填加纳米材料制得的筷子均具有防腐抑菌作用。

Claims

1、高填充无机高效改性剂的聚烯烃组合物，它包括20～35wt％的聚烯烃混合物，65～75wt％的无机高效改性剂，0.375～1.75wt％的增容剂，2～5wt％的加工助剂，0～2wt％的着色剂和0～0.1wt％的防腐杀菌剂，所有组分的总和为100wt％，排除全部组分总和不等于100wt％的情况，所述无机高效改性剂是以选自200～1250目的重质或轻质CaCO₃、高岭土、二氧化硅、硅灰石、滑石粉、云母粉中一种或两种以上的无机填料经表面活化处理得到的粉体材料。

2、根据权利要求1的聚烯烃组合物，所述聚烯烃混合物是聚丙烯和其它一种或多种聚烯烃或者一种或多种聚丙烯酸酯的共混物，其中其它聚烯烃选自聚乙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯，聚丙烯酸酯是聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸甲酯或聚丙烯酸乙酯，混合物中聚丙烯占70～90wt％，其它一种或多种聚烯烃或者一种或多种聚丙烯酸酯占10～30wt％。

3、根据权利要求1的聚烯烃组合物，所述表面活化处理是采用硬脂酸，聚乙烯蜡，白油、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的两种或两种以上的复配物，其用量为无机填料的1～6wt％，通过在60～100℃下将无机填料和活化处理试剂充分搅拌均匀来进行物理表面处理方法来改性，或作为选择方案，采用丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体在引发剂的作用下，通过在40～80℃下在搅拌无机填料的同时将丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体和引发剂喷入，并充分搅拌均匀来以化学表面处理方法改性，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体的用量为无机填料的4～6wt％，引发剂用量占单体用量的0.5～2wt％，引发剂选自有机过氧化物，或者有机过氧化物与还原剂的配合物。

4、根据权利要求1的组合物，所述增容剂是聚烯烃/马来酸酐接枝共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物或乙烯/醋酸乙烯共聚物。

5、根据权利要求1的组合物，所述加工助剂是硬脂酸、硬脂酸酯或聚乙烯蜡。

6、根据权利要求1的组合物，所述着色剂是色母粒。

7、根据权利要求1的组合物，所述防腐杀菌剂是纳米级无机物粒子。

8、制备权利要求1的组合物的方法，它包括以所述聚烯烃混合物为基体树脂，经表面活化的无机填料为改性剂，在所述助剂的作用下，经过共混捏合的步骤。

9、由权利要求1的组合物制备的筷子。