一种易分散高含量母粒及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种易分散高含量母粒及其制备方法与应用 (Easily-dispersible high-content master batch and preparation method and application thereof ) 是由 张永毅 翟建峰 朱军 周涛 陈名海 李畅东 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种易分散高含量母粒及其制备方法与应用。所述母粒包括按照重量份计算的如下组分：载体2-20份、填料80-98份、分散剂2-5份、偶联剂0.1-2份、表面活性剂0.1-2份及抗菌剂1-9份；其中,所述载体包括聚乙二醇和/或聚乙烯吡咯烷酮,所述填料的尺寸为微米级和/或微米级以下。本发明的制备方法具有工艺简单,能耗极低,成本较低,加工温度低等优点,同时本发明的母粒中有效成分含量高,能够和绝大多数聚合物树脂进行很好地融合。(The invention discloses an easily dispersible high-content master batch and a preparation method and application thereof. The master batch comprises the following components in parts by weight: 2-20 parts of carrier, 80-98 parts of filler, 2-5 parts of dispersant, 0.1-2 parts of coupling agent, 0.1-2 parts of surfactant and 1-9 parts of antibacterial agent; wherein the carrier comprises polyethylene glycol and/or polyvinylpyrrolidone, and the filler has micron-sized and/or below micron-sized dimensions. The preparation method has the advantages of simple process, extremely low energy consumption, low cost, low processing temperature and the like, and meanwhile, the master batch has high content of effective components and can be well fused with most of polymer resins.)
技术领域
本发明属于塑料母粒制备技术领域，具体涉及一种易分散高含量母粒及其制备方法与应用。
背景技术
随着社会的发展，人们的多样化需求增多，对塑料功能的要求也越来越多。传统方法中多是对塑料进行结构调控、制备塑料合金、添加功能填料来改善塑料性能。其中结构调控技术能够在不增加塑料相数的同时实现性能增强，但是其开发难度较高，对塑料本体性能影响较大，开发周期较长，失败率也较高，开发成本较高，多用于高端材料，难以迅速解决现有问题。塑料合金能够综合各种塑料的优良性能，改良塑料性能，但是局限性也很明显，很难突破多种材料复合本体性能的桎梏，难以大幅提高某方面性能。相比而言母粒技术的出现和发展极大程度的提高了塑料的性能，扩展了塑料的应用领域。
现有技术首先一般是将载体、有效成分、稳定剂、分散剂等在高速混合机下完全混合，然后置于密炼机中在高温下密炼，最后将密炼均匀的混合物输入双螺杆挤出机中，高温熔融挤出，并进行切粒。
塑料母粒种类繁杂，加工制备工艺良多，在传统母粒制备过程中一般会用到捏合机、高速混合机、连续混合机、塑炼机、挤出机、混练机密炼机、三辊研磨机等机器设备。上述设备功率较大，有些设备还要用到高温，高温产生的气体对身体有危害，高温也容易烫伤使用人员，大功率设备无形中增加了使用成本。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种易分散高含量母粒及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种易分散高含量母粒，其包括按照重量份计算的如下组分：载体2-20份、填料80-98份、分散剂2-5份、偶联剂0.1-2份、表面活性剂0.1-2份及抗菌剂1-9份；其中，所述载体包括聚乙二醇和/或聚乙烯吡咯烷酮，所述填料的尺寸为微米级和/或微米级以下。
本发明实施例还提供了一种易分散高含量母粒的制备方法，其包括：
(1)按前述易分散高含量母粒的组成将载体、填料、分散剂、偶联剂、表面活性剂、抗菌剂和溶剂混合均匀形成浆料，之后对所述浆料进行干燥处理形成膏状物；
(2)将所述膏状物进行单螺杆切割造粒、干燥处理，获得易分散高含量母粒。
本发明实施例还提供了前述易分散高含量母粒于制备高性能塑料中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)相交于传统母粒制备工艺本发明工艺极其简单，能耗极低，成本较低，加工温度较低，与以往使用双螺杆和高温环境相比区别较大，适应低排放和安全生产的要求；
2)相较于传统母粒制备技术本发明涉及到的填料全部以溶剂浸润制备成浆料，有效避免了扬尘，同时本发明的母粒中有效成分含量高；
3)相较于传统抗静电母粒本发明使用的载体为低聚合度的聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮，其中聚乙二醇熔点低，高温下易挥发，易从复合材料中除去；聚乙烯吡咯烷酮粘度高，和树脂亲和性好，所以本发明制备的塑料母粒能够和绝大多数聚合物树脂进行很好融合。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一个方面提供了一种易分散高含量母粒，其包括按照重量份计算的如下组分：载体2-20份、填料80-98份、分散剂2-5份、偶联剂0.1-2份、表面活性剂0.1-2份及抗菌剂1-9份。
进一步的，所述载体包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种，且不限于此。
进一步的，所述填料的尺寸在微米级以下。
在一些较为具体的实施方案中，所述载体包括PEG-2000、PEG-4000、PVP-K30、PVP-K60、PVP-K90、PVP-K120中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述填料包括科琴黑、炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维粉、钛白粉、锌钡白、氧化铁、碳酸钙、滑石粉、钴蓝、铋黄、钛镍黄、铈红中的任意一种或两种以上组合，且不限于此。
进一步的，所述分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬脂酸钠中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述偶联剂包括双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物，且不限于此。
进一步的，所述双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物包括DN-8311W、DN-9311、KH-450、KH550、KH560、KH570KH602、KH792中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，所述偶联剂包括DN-8311W、DN-9311中的任意一种，且不限于此。
进一步的，所述表面活性剂包括脂肪酸二乙醇酰胺，且不限于此。
进一步的，所述抗菌剂包括香草醛，且不限于此。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种易分散高含量填料母粒的制备方法，其包括：
(1)按前述易分散高含量母粒的组成将载体、填料、分散剂、偶联剂、表面活性剂、抗菌剂和溶剂混合均匀形成浆料，之后对所述浆料进行干燥处理形成膏状物；
(2)将所述膏状物进行单螺杆切割造粒、干燥处理，获得易分散高含量母粒。
进一步的，所述溶剂包括水和、乙醇中的任意一种，且不限于此。
更进一步的，所述溶剂优选为水。
在一些较为具体的实施方案中，所述准备方法包括：将载体分散于溶剂中，之后于25-80℃下加入分散剂、偶联剂、表面活性剂、抗菌剂搅拌均匀至完全溶解，然后加入填料搅拌均匀得到所述浆料。
进一步的，加入填料后所述搅拌的时间为20-60min，转速为300-1000rpm。
进一步的，对所述浆料进行干燥处理的温度为70-150℃。
进一步的，所述单螺杆切割造粒的转速50-500rpm。
进一步的，步骤(2)中所述干燥处理的温度为80-150℃，将母粒完全烘干为止。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述易分散高含量母粒于制备高性能塑料中的用途。
下面结合若干优选实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。
实施例1
将2000ml去离子水加热至80℃，分批加入20g PVP K30，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将20g分散剂十二烷基苯磺酸钠、1g偶联剂DN-8311W、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取950g石墨烯置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌30min，得到石墨烯浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到石墨烯抗静电母粒。
实施例2
将去1500ml去离子水加热至50℃，分批加入100g PVP K60，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将20g分散剂十二烷基苯磺酸钠、10g偶联剂DN-8311W、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取900g碳纳米管置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌40min，得到碳纳米管浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到碳纳米管抗静电母粒。
实施例3
将去800ml去离子水加热至50℃，分批加入200g PVP K30，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将50g分散剂十二烷基苯磺酸钠、20g偶联剂DN-8311W、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取800g碳纤维粉置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌40min，得到碳纤维粉浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为300rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到碳纤维增强母粒。
实施例4
将去1500ml去离子水加热至50℃，分批加入100g PVP K90，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将20g分散剂十二烷基苯磺酸钠、10g偶联剂DN-8311W、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取900g碳纳米管置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌40min，得到碳纳米管浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到碳纳米管抗静电母粒。
实施例5
将去2000ml去离子水加热至50℃，分批加入400g PEG-4000，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将40g分散剂硬脂酸钠、10g偶联剂DN-9311、20g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取600g碳纳米管置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌50min，得到碳纳米管浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到碳纳米管抗静电母粒。
实施例6
将去2000ml去离子水加热至80℃，分批加入200g PVP K120，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将50g分散剂硬脂酸钠、1g偶联剂DN-8311W、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取800g科琴黑置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌50min，得到科琴黑浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到科琴黑母粒。
实施例7
将去2000ml去离子水加热至80℃，分批加入20g PVP K30，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将50g分散剂硬脂酸钠、1g偶联剂DN-8311W、20g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取800g纳米碳酸钙置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌50min，得到纳米碳酸钙浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到纳米碳酸钙母粒。
实施例8
将去2000ml去离子水加热至80℃，分批加入100g PVP K30，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将20g分散剂硬脂酸钠、10g偶联剂DN-8311W、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取900g锌钡白置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌50min，得到锌钡白浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到锌钡白母粒。
实施例9
将去2000ml去离子水加热至80℃，分批加入100g PVP K60，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将20g分散剂硬脂酸钠、10g偶联剂DN-9311、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取900g钛白粉置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌50min，得到钛白粉浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到钛白粉母粒。
实施例10
将去2000ml去离子水加热至80℃，分批加入100g PVP K30，待完全溶解，溶液呈淡黄色；将20g分散剂硬脂酸钠、20g偶联剂DN-8311W、10g脂肪酸二乙醇酰胺、10g香草醛依次溶解于上述溶液中，待完全溶解，准确称取900g炭黑置于容器中，分批倒入上述溶液，手动搅拌至所有粉体润湿；用高速分散剂在800rad/min下持续搅拌50min，得到炭黑浆料；将上述浆料置于120℃的鼓风干燥箱中，烘干至膏状；打开单螺杆造粒机，调节转速为500rpm，将膏状物有序缓慢投入到单螺杆喂料口中进行造粒；将制得的颗粒置于120℃的鼓风干燥箱中完全烘干，得到炭黑母粒。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。