CN1962740B - 6000目无机粉体填充改性pe母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法，其组分包括PE、表面处理剂、聚乙烯蜡、石蜡、6000目无机材料粉体、加工助剂；其制造方法是将6000目无机材料粉体放入高混机中搅拌抽湿，加入表面处理剂放进冷混机中冷却，将PE、聚乙烯蜡，石蜡，加工助剂依次放入高混机中加入改性后的6000目无机材料粉体放进冷混机中冷却出料，经挤出机造粒制成。本发明与基体树脂混合后能够使整个体系具有良好的相容性、分散性、流动性及加工性能，并能够使生产出的产品具有较好的机械性、尺寸稳定性、韧性及抗冲击性，降低生产成本，适于大规模生产，特别适用于PE给水管材、PE双壁波纹管、塑料周转箱及汽车内饰制品的制造。

Description

6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法。

背景技术

随着塑料工业的迅速发展和塑料制品的广泛应用，塑料的填充改性技术日益得到人们的重视，在树脂中添加各种无机填料然后混合成型，不仅可以大大降低制品的成本，而且还可以显著提高塑料的某些性能，如机械能、热性能、耐磨性和耐老化性能，从而赋予材料新的特性，以满足不同用途的需要。

PE(聚乙烯)填充母料包括载体树脂、填料和助剂三大部分。载体树脂通常选择PE、聚丙烯的非极性聚烯烃类材料，而填料常选用碳酸钙、高岭土等极性无机填料，而两者之间的相容性差，界面难以形成良好的粘结。为了改善树脂与无机填料的界面结合，使树脂与无机填料之间形成良好的界面粘着力，致使制造的母粒与基体树脂混合后整个体系的机械性、尺寸稳定性都能达到理想的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法。该6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法与基体树脂混合后能够使整个体系具有良好的相容性、分散性、流动性及加工性能，并且能够使生产出的产品具有较好的机械性、尺寸稳定性，韧性及抗冲击性，而且还能够降低产品生产成本。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种6000目无机粉体填充改性PE母粒，其特征在于：其组分及重量份数分别为：

PE                    10～30份；

6000目无机材料粉体    60～85份；

表面处理剂            0.5～3份；

聚乙烯蜡              0.5～5份；

石蜡                  0.5～1.5份；

加工助剂                            0～3份。

而且，所述的6000目无机材料粉体为6000目的重质碳酸钙或轻质碳酸钙或高岭土或滑石粉或二氧化硅或氢氧化镁或氢氧化铝或硅灰石，以及上述物质的任意组合混合物，其90％的粒径≤2μm。

而且，所述的表面处理剂为硅烷或钛酸酯或者铝酸酯偶联剂或硬脂酸，以及上述物质的任意组合混合物。

一种6000目无机粉体填充改性PE母粒的制备方法包括以下步骤：

1)将6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃至90℃时开始抽湿，温度达到110℃至160℃后，加入表面处理剂混合搅拌5至10分钟；

2)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至30℃至50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；

3)将PE、聚乙烯蜡、石蜡、加工助剂依次放入高混机中混合搅拌1至5分钟，然后加入改性后的6000目无机材料粉体继续混合搅拌1至5分钟；

4)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至30℃至50℃后出料，放出的物料为6000目无机粉体填充改性PE母粒的专用粉料；

5)将PE专用粉料在双螺杆挤出机上挤出造粒，即制成6000目无机粉体填充改性PE母粒。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明以表面处理剂和其90％的粒径≤2μm的6000目无机材料粉体作为6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法的组分，采用除湿和改性的工序，使添加的无机材料粉体由无机性向有机性转变，由表面亲水疏油性，改变为亲油疏水性，并成功地解决了6000目无机材料粉体添加时粒子团聚和分散性差的问题，使6000目无机粉体填充改性PE母粒与基体树脂混合后能够使整个体系具有良好的相容性、分散性、流动性及加工性能。

2.本发明添加了其90％的粒径≤2μm的6000目无机材料粉体，使得其在与基体树脂混合后能够使生产出的产品具有较好的机械性、尺寸稳定性，韧性及抗冲击性。

3.本发明在保证塑料制品性能的前提下，6000目无机材料粉体的添加量最高能够达到85％，大大降低生产成本，节约了原料，是制造PE给水管材、PE双璧波纹管、塑料周转箱及汽车内饰制品的最佳填充母粒。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明，这里所述实施例的方案不限制本发明；本领域的专业人员按照本发明的方案可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为在本发明的范围内，本发明的范围和实质由权利要求来限定。

实施例1

6000目无机粉体填充改性PE母粒的组成及重量为：

PE(聚乙烯)         15kg

硬脂酸(HSt)        0.8kg

聚乙烯蜡           3kg

石蜡(WAX)          0.6kg

6000目重质碳酸钙   70kg

加工助剂           0kg。

其制备方法为：

1)将70kg 6000目重质碳酸钙放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃时开始抽湿，温度达到110℃后，加入硬脂酸混合搅拌5分钟；

2)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至30℃出料得到改性的6000目重质碳酸钙；

3)将PE、聚乙烯蜡、石蜡依次放入高混机中混合搅拌1分钟，然后加入改性后的6000目重质碳酸钙继续混合搅拌1分钟；

4)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至30℃出料，放出的物料为6000目无机粉体填充改性PE母粒的专用粉料；

此配方中的6000目无机材料粉体采用重质碳酸钙，亦可采用轻质碳酸钙、高岭土、滑石粉、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物。

5)其6000目无机粉体填充改性PE母粒的制造工艺为：

按以下工艺条件在双螺杆挤出机(KY50/100同向双螺杆配混挤出机组)上挤出造粒，其挤出造粒工艺(温度℃)参数如下：

	一区	二区	三区	四区	五区	六区	七区
								温度，℃	100～120	120～140	130～150	130～150	130～150	120～140	105～125

驻留时间为0.5～2min，主机转速为200r/min，压力为10～15Mpa，出料、挤出后冷却、干燥，切粒，即成6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法成品。

实施例2

6000目无机粉体填充改性PE母粒的组成及重量为：

PE(聚乙烯)        15kg

硬脂酸/钛酸酯     0.8kg

聚乙烯蜡          5kg

石蜡(WAX)         0.8kg

6000目重质碳酸钙  80kg

加工助剂          0.8kg。

其制造方法的步骤为：

1)将80kg 6000目重质碳酸钙放入高混机中高速搅拌混合，温度达到85℃时开始抽湿，温度达到120℃后，加入硬脂酸/钛酸酯混合搅拌5分钟；

2)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至50℃出料得到改性的6000目重质碳酸钙；

3)将PE、聚乙烯蜡，石蜡、加工助剂依次放入高混机中混合搅拌2分钟，然后加入改性后的6000目重质碳酸钙继续混合搅拌3分钟；

4)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至50℃出料，放出的物料为6000目无机粉体填充改性PE母粒的专用粉料；

5)与实施例1相同，即制成6000目无机粉体填充改性PE母粒成品。

实施例3：

6000目无机粉体填充改性PE母粒的组成及重量为：

PE(聚乙烯)        15kg

硬脂酸/铝酸酯     0.8kg

聚乙烯蜡          3kg

石蜡(WAX)         0.6kg

6000目重质碳酸钙  70kg

加工助剂          1.6kg

6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法步骤为：

1)将70kg 6000目重质碳酸钙放入高混机中高速搅拌混合，温度达到90℃时开始抽湿，温度达到120℃后，加入硬脂酸/铝酸酯混合搅拌5分钟；

2)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至45℃出料得到改性的6000目重质碳酸钙；

3)将PE、聚乙烯蜡，石蜡、加工助剂依次放入高混机中混合搅拌3分钟，然后加入改性后的6000目重质碳酸钙继续混合搅拌2分钟；

4)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至40℃出料，放出的物料为6000目无机粉体填充改性PE母粒的专用粉料。

5)与实施例1相同，即制成6000目无机粉体填充改性PE母粒成品。

实施例4：

6000目无机粉体填充改性PE母粒组成及重量为：

PE(聚乙烯)        20kg

硬脂酸/铝酸酯     0.8kg

聚乙烯蜡          3kg

石蜡(WAX)         0.6kg

6000目重质碳酸钙  85kg

加工助剂          2.4kg

6000目无机粉体填充改性PE母粒及其制备方法的步骤为：

1)将85kg 6000目重质碳酸钙放入高混机中高速搅拌混合，温度达到90℃时开始抽湿，温度达到160℃后，加入硬脂酸/铝酸酯混合搅拌10分钟；

2)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至45℃出料得到改性的6000目重质碳酸钙；

3)将PE、聚乙烯蜡，石蜡、加工助剂依次放入高混机中混合搅拌4分钟，然后加入改性后的6000目重质碳酸钙继续混合搅拌4分钟；

4)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至30℃出料，放出的物料为6000目无机粉体填充改性PE母粒的专用粉料；

5)与实施例1相同，即制成6000目无机粉体填充改性PE母粒成品。

以上的实施例子可根据实际情况，在不降低性能指标的前提下，选用不同添加量的6000目无机材料粉体来达到降低生产成本的目的，根据不同的添加量与相应的普通填料的产品比较可节省5～15％的成本。

本实施例所制成的产品已经由天津市质量监督检验站第五站检测，完全达到相应的国家标准。

选用6000目无机材料粉体是以无机刚性粒子增强、增韧理论作为研究理论依据的。

该理论一般解释为：无机粒子均匀分散在基体树脂中，当受外力冲击时，由于无机粒子的存在产生了应力集中效应，引发周围树脂产生微开裂。同时，粒子之间的基体也产生了塑性变形，吸收冲击能，从而达到增韧效果；无机粒子的存在使基体裂纹扩展受阻和钝化，最终阻止微裂纹不致发展为破坏性开裂；随着粒子细度变细。粒子的比表面积增大，粒子与基体接触面积增大，材料在受冲击是会产生更多的微开裂纹和塑性变形，从而吸收能量。另一种机理认为基体与粒子的作用在两极为拉应力，在赤道位置为压应力。由于力的作用，粒子的赤道附近会受压力作用，有利于屈服出现，此外，由于两极受到拉应力作用，当接口粘接性较弱时，会在两极首先发生界面脱粘，相当于使粒子周围形成一个空穴，依据对于空穴的应力分析，在空穴赤道面上的应力为本体应力的3倍。因此，在本体应力尚未达到基体屈服应力时，局部点已开始产生屈服，即同样也促使基体屈服，综合的效应使高聚物的韧性提高。

通过对不同粒径CaCO₃与PE复合体系性能的研究发现：在无机刚性粒子不团聚的情况下，粒径越小所得到的复合材料性能越好，尤其是当共混体系中加入适量的纳米CaCO₃粒子时，其冲击强度、拉伸强度及断裂伸长率均会同时得到提高。化学方法改性纳米CaCO₃，能使其在PE基体中均匀分散并且接口间的相互作用增强，从而导致其冲击强度、断裂伸长率、拉伸模量均大幅度增加，而拉伸强度几乎保持不变；但是，当CaCO₃用量超过15％时，纳米级CaCO₃改性的复合材料在拉伸强度和缺口冲击强度上均低于由微米级CaCO₃改性的复合材料体系。经分析，粒径越细，粉体发生二次团聚的现象越严重，虽然理论上添加料的粒径越细，添加到聚合物中得到的增强、增韧力学性能越突出，但实际上，由于纳米粉体极容易产生二次团聚，应用时纳米粉体的真实粒径往往远大于理论粒径。在实验室环境下尚可控制，一旦放大到中间试验，产品的质量不但不能提高反而出现下降的现象。因此，本发明应用的6000目无机材料粉体，其90％的粒径≤2μm(可表示为D₉₀≤2μm)，既具有部分纳米粉体的优点，又基本解决了纳米粉体“易团聚、难分散”的缺点。

本发明综合国内外6000目粉体的研究结果，认为6000目无机材料粉体在塑料改性领域中的地位一定会越来越高，其应用也一定会越来越成熟；从微米级6000目无机材料粉体的应用技术入手，克服纳米粉体所遇到的问题，将6000目无机材料粉体应用于聚氯乙烯排水管件是本发明的重要技术创新点。

Claims (3)

1.一种6000目无机粉体填充改性PE母粒，其特征在于：其组分及重量份数分别为：

PE                     10～30份；

6000目重质碳酸钙无机粉体，其

90％的颗粒粒径≤2微米  60～85份；

表面处理剂             0.5～3份；

聚乙烯蜡               0.5～5份；

石蜡                   0.5～1.5份；

加工助剂               0～3份。

2.根据权利要求1所述的6000目无机粉体填充改性PE母粒，其特征在于：所述的表面处理剂为硅烷或钛酸酯或者铝酸酯偶联剂或硬脂酸，以及上述物质的任意组合混合物。

3.一种如权利要求1所述的6000目无机粉体填充改性PE母粒的制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：

1)将6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃至90℃时开始抽湿，温度达到110℃至160℃后，加入表面处理剂混合搅拌5至10分钟；

2)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至30℃至50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；

3)将PE、聚乙烯蜡、石蜡、加工助剂依次放入高混机中混合搅拌1至5分钟，然后加入改性后的6000目无机材料粉体继续混合搅拌1至5分钟；

4)将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，当冷却温度降至30℃至50℃后出料，放出的物料为6000目无机粉体填充改性PE母粒的专用粉料；

5)将PE专用粉料在双螺杆挤出机上挤出造粒，即制成6000目无机粉体填充改性PE母粒。