阅读说明：本技术 一种聚乙烯色母粒及其制备方法 (Polyethylene color master batch and preparation method thereof ) 是由 李杭明 周佳佳 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚乙烯色母粒,由如下重量份的原料制备而成：改性颜料20-70份、基体树脂20-30份、无机纳米晶3-5份、纳米蒙脱土1-2份、分散剂7-15份、有机硅季铵盐抗菌剂0.5-1份、抗氧化剂0.6-0.8份、光稳定剂1-2份、助剂0.1-0.2份；本发明还公开了所述聚乙烯色母粒的制备方法。本发明通过对颜料进行改性,使颜料更易于分散到PE树脂中,形成色度均匀、纯度高的色母粒,通过无机纳米晶的适量添加,提高树脂基体的拉伸强度,改善色母粒的力学性能和流动性,通过功能性添加剂的辅配,赋予色母粒良好的抗菌、抗氧化和光稳定性能,提高色母粒的使用寿命,得到的聚乙烯色母粒分散性能好、着色力强,具有广阔的应用前景。(The invention discloses a polyethylene color master batch which is prepared from the following raw materials in parts by weight: 20-70 parts of modified pigment, 20-30 parts of matrix resin, 3-5 parts of inorganic nanocrystalline, 1-2 parts of nano montmorillonite, 7-15 parts of dispersant, 0.5-1 part of organosilicon quaternary ammonium salt antibacterial agent, 0.6-0.8 part of antioxidant, 1-2 parts of light stabilizer and 0.1-0.2 part of auxiliary agent; the invention also discloses a preparation method of the polyethylene color master batch. According to the invention, the pigment is modified, so that the pigment is easier to disperse in the PE resin, a color master batch with uniform chromaticity and high purity is formed, the tensile strength of a resin matrix is improved by adding a proper amount of inorganic nanocrystalline, the mechanical property and the fluidity of the color master batch are improved, the color master batch is endowed with good antibacterial, antioxidant and light stability by the auxiliary matching of the functional additive, the service life of the color master batch is prolonged, and the obtained polyethylene color master batch has good dispersibility, strong tinting strength and wide application prospect.)

一种聚乙烯色母粒及其制备方法

技术领域

本发明属于色母粒技术领域，具体地，涉及一种聚乙烯色母粒及其制备方法。

背景技术

色母粒是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂，经良好分散而成的塑料着色剂，其所选用的树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用，并且与被着色材料具有良好的相容性。色母粒着色是现今最普遍采用的塑料着色法。把分散于载体的着色剂,与本色母粒色树脂简单混和后用于制造塑料制品。

随着塑料工业的不断发展，塑料的需求量也随之大量增加。由于塑料不容易分解回收，其废弃物也成为有害垃圾污染着环境。因而可降解的塑料的开发和应用是塑料生产的发展方向。

聚乙烯色母粒是以聚乙烯为载体所制成的粒状色母，颜料的含量可达10％-60％，将颜料超常量均匀地载附于树脂中，从而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、对环境无污染等优点。现有聚乙烯色母粒在生产过程中，都是直接将颜料负载于树脂基体，使得颜料的分散性满足不了PE制品的生产需求，同时，得到的聚乙烯色母粒功能单一，不能满足PE制品的多元化发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乙烯色母粒及其制备方法，通过对颜料进行改性，使颜料更易于分散到PE树脂中，形成色度均匀、纯度高的色母粒，通过无机纳米晶的适量添加，提高树脂基体的拉伸强度，进而增加色母粒的强度和刚性，改善色母粒的力学性能和流动性，通过有机硅季铵盐抗菌剂、抗氧化剂和光稳定剂等的功能性添加剂的辅配，赋予色母粒良好的抗菌、抗氧化和光稳定性能，提高色母粒的使用寿命，得到的聚乙烯色母粒分散性能好、着色力强，在PE电线绝缘电缆、PE管材等方面中具有广阔的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：改性颜料20-70份、基体树脂20-30份、无机纳米晶3-5份、纳米蒙脱土1-2份、分散剂7-15份、有机硅季铵盐抗菌剂0.5-1份、抗氧化剂0.6-0.8份、光稳定剂1-2份、助剂0.1-0.2份；

所述聚乙烯色母粒由如下步骤制备而成：

步骤S1、将无机纳米晶、纳米蒙脱土和一半的分散剂加入砂磨分散机，在1500r/min的转速下进行研磨，研磨颗粒平均粒径控制在0.2-0.4μm；

步骤S2、将基体树脂、步骤S1的研磨物、改性颜料和另一半分散剂依次加入低速搅拌机中，室温以100r/min混合处理3-5min，再在混合物中加入有机硅季铵盐抗菌剂、抗氧化剂、光稳定剂和助剂，再用高速混合机以2000r/min高速混合8-10min；

步骤S3、将步骤S2得到的混合料移入加压密炼机，在10-15kg压力、110-135℃条件下加压密炼16-22min；

步骤S4、将加压密炼后的混合物用螺杆挤出机塑化挤出，挤出机中5个温区温度设定分别为165℃、175℃、190℃、185℃、190℃，主机转速为600-800r/min，挤出物在10-20℃的水中冷却；

步骤S5、挤出物硬化后使用切粒机造粒，过精细震动筛，除去不规则产品，通风，待色母粒完全冷却并干燥后，制得聚乙烯色母粒。

进一步地，所述基体树脂包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂，聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂的质量之比为10:2-3:1.2-1.4。

进一步地，所述分散剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌按照质量之比为1:0.2-0.3复配而成的复合物。

进一步地，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按照质量之比为1:0.8-1复配而成的复配物。

进一步地，所述改性颜料由如下方法制备：

(1)称取20g颜料、60g去离子水及1g六偏磷酸钠，充分打浆，加入5g改性处理剂，升温至72℃，恒温400r/min搅拌55-60min；

(2)自然冷却，降温至25-28℃，过滤，用去离子水洗涤滤饼3-4次，湿料置于105℃真空干燥箱干燥5-6h，得干料；

(3)干料经超微粉碎机粉碎，干料每批次50g粉碎1min，间隔3min后再次粉碎，共粉碎3次，制得改性颜料。

进一步地，所述颜料为金红石型钛白粉、苯并咪唑酮黄、蒽醌橙、喹吖啶酮红、酞青兰、酞青绿、苯并咪唑硐棕中的一种。

进一步地，所述改性处理剂包括季戊四醇硬脂酸酯、石墨粉、乙醇，季戊四醇硬脂酸酯、石墨粉、乙醇的质量之比为1.5-2：0.4-0.6:8，将季戊四醇硬脂酸酯加入乙醇中，溶解完全，再加入石墨粉，一起放入砂磨分散机中，在1500r/min的转速下进行研磨，研磨颗粒平均粒径控制在0.2-0.4μm。

进一步地，所述无机纳米晶由如下方法制备：

(1)称取6.14gNa₂CO₃粉末溶于50mL水中，缓慢加入0.1mo l/L的CaCl₂溶液120mL，水浴83℃反应2h，将反应物离心、洗涤，所得沉淀干燥，得前驱体；

(2)将前驱体在750℃煅烧4h，得氧化钙纳米晶；

(3)将硬脂酸和乙醇按照质量比为1:24-28混合，搅拌直至完全溶解，配制成硬脂酸乙醇溶液；

(4)将氧化钙纳米晶加入到硬脂酸/乙醇溶液中，料液比为1g：5-7mL，在水浴中回流反应65-70min，将所得沉淀过滤，再于110℃下真空干燥3-4h，制得无机纳米晶。

一种聚乙烯色母粒的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将无机纳米晶、纳米蒙脱土和一半的分散剂加入砂磨分散机，在1500r/min的转速下进行研磨，研磨颗粒平均粒径控制在0.2-0.4μm；

步骤S2、将基体树脂、步骤S1的研磨物、改性颜料和另一半分散剂依次加入低速搅拌机中，室温以100r/min混合处理3-5min，再在混合物中加入有机硅季铵盐抗菌剂、抗氧化剂、光稳定剂和助剂，再用高速混合机以2000r/min高速混合8-10min；

步骤S3、将步骤S2得到的混合料移入加压密炼机，在10-15kg压力、110-135℃条件下加压密炼16-22min；

步骤S4、将加压密炼后的混合物用螺杆挤出机塑化挤出，挤出机中5个温区温度设定分别为165℃、175℃、190℃、185℃、190℃，主机转速为600-800r/min，挤出物在10-20℃的水中冷却；

步骤S5、挤出物硬化后使用切粒机造粒，过精细震动筛，除去不规则产品，通风，待色母粒完全冷却并干燥后，制得聚乙烯色母粒。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过改性处理剂对颜料进行了改性，改性后的颜料再与基体树脂进行复合造粒，改性处理剂包括季戊四醇硬脂酸酯、石墨粉、乙醇，其能够从微观结构上改变颜料的聚集状态，使其达到微小均匀的分散，改性处理剂与颜料和PE树脂均具有一定的亲和力，从而改变了PE树脂对颜料的润湿性，使颜料更易于分散到PE树脂中，颜料分散越好，制得的色母粒纯度越高、性能越好；

(2)本发明在聚乙烯色母粒的原料中添加了适量的无机纳米晶，无机纳米晶的表面通过硬脂酸改性，能够提高纳米粒子的活性，降低颗粒表面的电荷和极性，防止纳米粒子之间形成静电耦合作用或氢键作用形成团聚的现象，从而均匀分散于树脂基体内；无机纳米晶由于其尺寸较小，可以在树脂基体中起到成核剂的作用，使其与聚合物分子很好地结合在一起，消耗分子间的界面作用力，从而使树脂基体流动性增大；同时，无机纳米晶的加入一方面减小了聚乙烯内部的应力集中，增大了裂纹扩展的途径，减轻了外部载荷，另一方面由于对无机纳米晶的表面进行了改性，使得氧化钙和聚乙烯之间产生了化学键合和分子的缠绕作用，从而，无机纳米晶的加入能够提高树脂基体的拉伸强度，增加基体的强度和刚性；

(3)本发明通过对颜料进行改性，使颜料更易于分散到PE树脂中，形成色度均匀、纯度高的色母粒，通过无机纳米晶的适量添加，提高树脂基体的拉伸强度，进而增加色母粒的强度和刚性，改善色母粒的力学性能和流动性，通过有机硅季铵盐抗菌剂、抗氧化剂和光稳定剂等的功能性添加剂的辅配，赋予色母粒良好的抗菌、抗氧化和光稳定性能，提高色母粒的使用寿命，得到的聚乙烯色母粒分散性能好、着色力强，在PE电线绝缘电缆、PE管材等方面中具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：改性颜料20-70份、基体树脂20-30份、无机纳米晶3-5份、纳米蒙脱土1-2份、分散剂7-15份、有机硅季铵盐抗菌剂0.5-1份、抗氧化剂0.6-0.8份、光稳定剂1-2份、助剂0.1-0.2份；

所述基体树脂包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂，聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂的质量之比为10:2-3:1.2-1.4；

所述分散剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌按照质量之比为1:0.2-0.3复配而成的复合物；

所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按照质量之比为1:0.8-1复配而成的复配物；

所述光稳定剂为紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、含镍稳定剂中的任一种；

所述助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸镁中的任一种；

所述改性颜料由如下方法制备：

(1)称取20g颜料、60g去离子水及1g六偏磷酸钠，充分打浆，加入5g改性处理剂，升温至72℃，恒温400r/min搅拌55-60min；

(2)自然冷却，降温至25-28℃，过滤，用去离子水洗涤滤饼3-4次，湿料置于105℃真空干燥箱干燥5-6h，得干料；

(3)干料经超微粉碎机粉碎，干料每批次50g粉碎1min，间隔3min后再次粉碎，共粉碎3次，制得改性颜料；

其中，所述颜料为金红石型钛白粉、苯并咪唑酮黄、蒽醌橙、喹吖啶酮红、酞青兰、酞青绿、苯并咪唑硐棕中的一种；

所述改性处理剂包括季戊四醇硬脂酸酯、石墨粉、乙醇，季戊四醇硬脂酸酯、石墨粉、乙醇的质量之比为1.5-2：0.4-0.6:8，将季戊四醇硬脂酸酯加入乙醇中，溶解完全，再加入石墨粉，一起放入砂磨分散机中，在1500r/min的转速下进行研磨，研磨颗粒平均粒径控制在0.2-0.4μm；

改性处理剂能够从微观结构上改变颜料的聚集状态，使其达到微小均匀的分散，改性处理剂与颜料和PE树脂均具有一定的亲和力，从而改变了PE树脂对颜料的润湿性，使颜料更易于分散到PE树脂中；

所述无机纳米晶由如下方法制备：

(1)称取6.14gNa₂CO₃粉末溶于50mL水中，缓慢加入0.1mo l/L的CaCl₂溶液120mL，水浴83℃反应2h，将反应物离心、洗涤，所得沉淀干燥，得前驱体；

(2)将前驱体在750℃煅烧4h，得氧化钙纳米晶；

(3)将硬脂酸和乙醇按照质量比为1:24-28混合，搅拌直至完全溶解，配制成硬脂酸乙醇溶液；

(4)将氧化钙纳米晶加入到硬脂酸/乙醇溶液中，料液比为1g：5-7mL，在水浴中回流反应65-70min，将所得沉淀过滤，再于110℃下真空干燥3-4h，制得无机纳米晶；

无机纳米晶的表面通过硬脂酸改性，能够提高纳米粒子的活性，降低颗粒表面的电荷和极性，防止纳米粒子之间形成静电耦合作用或氢键作用形成团聚的现象，从而均匀分散于树脂基体内；无机纳米晶由于其尺寸较小，可以在树脂基体中起到成核剂的作用，使其与聚合物分子很好地结合在一起，消耗分子间的界面作用力，从而使树脂基体流动性增大；同时，无机纳米晶的加入一方面减小了聚乙烯内部的应力集中，增大了裂纹扩展的途径，减轻了外部载荷，另一方面由于对无机纳米晶的表面进行了改性，使得氧化钙和聚乙烯之间产生了化学键合和分子的缠绕作用，从而，无机纳米晶的加入能够提高树脂基体的拉伸强度，增加基体的强度和刚性；

所述聚乙烯色母粒的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将无机纳米晶、纳米蒙脱土和一半的分散剂加入砂磨分散机，在1500r/min的转速下进行研磨，研磨颗粒平均粒径控制在0.2-0.4μm；

步骤S2、将基体树脂、步骤S1的研磨物、改性颜料和另一半分散剂依次加入低速搅拌机中，室温以100r/min混合处理3-5min，再在混合物中加入有机硅季铵盐抗菌剂、抗氧化剂、光稳定剂和助剂，再用高速混合机以2000r/min高速混合8-10min；

步骤S3、将步骤S2得到的混合料移入加压密炼机，在10-15kg压力、110-135℃条件下加压密炼16-22min；

步骤S4、将加压密炼后的混合物用螺杆挤出机塑化挤出，挤出机中5个温区温度设定分别为165℃、175℃、190℃、185℃、190℃，主机转速为600-800r/min，挤出物在10-20℃的水中冷却；

步骤S5、挤出物硬化后使用切粒机造粒，过精细震动筛，除去不规则产品，通风，待色母粒完全冷却并干燥后，制得聚乙烯色母粒。

实施例1

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：改性颜料20份、基体树脂20份、无机纳米晶3份、纳米蒙脱土1份、分散剂7份、有机硅季铵盐抗菌剂0.5份、抗氧化剂0.6份、紫外线吸收剂1份、硬脂酸钙0.1份；

所述基体树脂包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂，聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂的质量之比为10:2:1.2；

所述分散剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌按照质量之比为1:0.2复配而成的复合物；

所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按照质量之比为1:0.8复配而成的复配物。

实施例2

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：改性颜料40份、基体树脂25份、无机纳米晶4份、纳米蒙脱土1.5份、分散剂11份、有机硅季铵盐抗菌剂0.8份、抗氧化剂0.7份、受阻胺类光稳定剂1.5份、硬脂酸锌0.1-0.2份；

所述基体树脂包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂，聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂的质量之比为10:2.5:1.3；

所述分散剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌按照质量之比为1:0.25复配而成的复合物；

所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按照质量之比为1:0.9复配而成的复配物。

实施例3

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：改性颜料70份、基体树脂30份、无机纳米晶5份、纳米蒙脱土2份、分散剂15份、有机硅季铵盐抗菌剂1份、抗氧化剂0.8份、含镍稳定剂2份、硬脂酸镁0.2份；

所述基体树脂包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂，聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚酰胺树脂的质量之比为10:3:1.4；

所述分散剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌按照质量之比为1:0.3复配而成的复合物；

所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按照质量之比为1:1复配而成的复配物。

对比例1

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：颜料20份、基体树脂20份；

对比例2

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：颜料40份、基体树脂25份；

对比例3

一种聚乙烯色母粒，由如下重量份的原料制备而成：颜料70份、基体树脂30份；

对实施例1-3以及对比例1-3制备得到的聚乙烯色母粒做如下性能测试：

力学形测试：将制备得到的聚乙烯色母粒压成厚度为0.4mm的薄片，进行测试，按GB/T 1447-2005进行拉伸性能测试，测试速率为2mm/min，每组试样共测3次，结果取平均值；按照GB/T 1449-2005进行弯曲性能测试，跨距值设置为50mm，测试速度为2mm/min，每组试样共测3次，结果取平均值，测试结果如下表：

	实施例1	对比例1	实施例2	对比例2	实施例3	对比例3
							拉伸强度/MPa	14.2	9.8	14.7	9.6	14.5	9.7
弯曲强度/MPa	26.7	12.5	27.2	12.6	26.9	12.3

可知，实施例1-3制备得到的聚乙烯色母粒的拉伸强度高于14.2MPa，弯曲强度大于26.7MPa，远远高于对比例1-3得到的色母粒，说明本发明制备得到的色母粒通过无机纳米晶以及纳米蒙脱土的天机，提升了色母粒的力学性能。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。