一种聚乙烯激光打标母粒及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种聚乙烯激光打标母粒及其制备方法和应用 (Polyethylene laser marking master batch and preparation method and application thereof ) 是由 宋晓庆 黄险波 叶南飚 付晓 刘乐文 刘思杨 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚乙烯激光打标母粒及其制备方法和应用。所述聚乙烯激光打标母粒,包括如下重量份的组分：聚乙烯基体45～70份,聚苯乙烯基共聚物10～15份,层状结构矿物颗粒15～30份,相容剂5～10份,润滑剂1～2份,交联敏化剂0.1～0.3份；所述层状结构矿物颗粒的硅含量≥30wt.％。本发明的聚乙烯激光打标母粒具有优异的激光敏感度。该聚乙烯激光打标母粒以5～10％的重量比添加至聚乙烯中,制备得到的聚乙烯材料,激光打标性能优异,可用于制备光缆护套。(The invention discloses a polyethylene laser marking master batch and a preparation method and application thereof. The polyethylene laser marking master batch comprises the following components in parts by weight: 45-70 parts of a polyethylene matrix, 10-15 parts of a polystyrene-based copolymer, 15-30 parts of lamellar structure mineral particles, 5-10 parts of a compatilizer, 1-2 parts of a lubricant and 0.1-0.3 part of a crosslinking sensitizer; the silicon content of the lamellar structure mineral particles is more than or equal to 30 wt.%. The polyethylene laser marking master batch has excellent laser sensitivity. The polyethylene laser marking master batch is added into polyethylene according to the weight ratio of 5-10%, and the prepared polyethylene material is excellent in laser marking performance and can be used for preparing an optical cable sheath.)
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，更具体的，涉及一种聚乙烯激光打标母粒及其制备方法和应用。
背景技术
传统的产品标识技术主要采用油墨移印、喷码标识等，其优势为颜色选择性宽、适用材料广泛，但该技术存在环境友好性和耐持久性差等缺陷。激光打标是一种新型环保标识技术，其主要利用高能量密度的激光束对目标进行作用，使其表面发生物理或化学的变化，从而获得可见图案，激光标记技术广泛应用于塑料表面的文字及图案化标记。
根据产品要求，光缆护套的表面必须每隔一定距离标识出产品名称、厂家、长度等信息。而光缆护套材料通常为高分子材料如聚乙烯，聚乙烯对于激光束的吸收度很弱，在激光辐射下仅能表现出很弱的对比度，难以满足激光打标的高要求。为了令聚乙烯材料在较短的加工时间内获得耐用、高清晰、高品质的打标效果，通常会在聚乙烯中调配激光敏感添加剂。
中国专利申请CN1108782A公开了一种含有硅化合物的聚烯烃树脂基标记组合物，但极少量的硅化合物难以均匀分散在聚烯烃树脂中，导致激光打标效果难以满足实际需要。中国专利申请CN107513212A公开了一种聚烯烃用激光打标母粒，该激光打标母粒按照一定比例用于聚烯烃中，具有良好的激光打标效果。但该激光打标母粒的组分包括大量的光敏剂(占聚烯烃树脂重量的13～50％)，会影响聚烯烃制备光缆护套的加工性能，如光缆护套外观粗糙。
因此，需要开发出一种适用于光缆护套的聚乙烯激光打标母粒。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的激光打标性能差的缺陷，提供一种聚乙烯激光打标母粒，该聚乙烯激光打标母粒具有良好的激光打标能力，适用于制备光缆护套。
本发明的另一目的在于提供上述聚乙烯激光打标母粒的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述聚乙烯激光打标母粒的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种聚乙烯激光打标母粒，包括如下重量份的组分：
聚乙烯基体45～70份，
聚苯乙烯基共聚物10～15份，
层状结构矿物颗粒15～30份，
相容剂5～10份，
润滑剂1～2份，
交联敏化剂0.1～0.3份；
所述层状结构矿物颗粒的硅含量≥30wt.％。
发明人研究发现，在激光打标过程中，材料的温度升高会显著影响激光打标的清晰度，温度升高较多时，激光打标清晰度相对更差。聚苯乙烯基共聚物对激光束的吸收度较高，且自身耐热性较优，同时，与聚乙烯的相容性佳。在聚乙烯体系中，加入部分聚苯乙烯基共聚物，能够改善材料的耐热性能，获得更优的激光打标效果。层状结构矿物颗粒中硅含量≥30wt.％，能够带来优异的激光敏感度，使其在近红外范围或可见绿色激光范围内吸收激光束；矿物颗粒的微观层状结构，使得激光束照射时激光有一定程度的反射，能够降低激光打标时聚乙烯材料的温度升高。交联敏化剂的加入也提高了聚乙烯激光打标母粒的耐热温度，有助于激光打标效果更优。
优选地，所述聚乙烯基体为熔融指数为18～25g/10min的高熔指聚乙烯，熔融指数测试方法根据GB/T 3682.1-2018，选择2.16kg砝码，190℃。
优选地，所述聚苯乙烯基共聚物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、丙烯酸酯类橡胶体-丙烯腈-苯乙烯共聚物(ASA)、聚苯乙烯(PS)中的一种或几种。
优选地，所述层状结构矿物颗粒的平均粒径为100～300μm。
层状结构矿物颗粒的平均粒径过小，则激光敏感度太低；平均粒径过大，则在聚乙烯体系中难以均匀分散。
优选地，所述层状结构矿物颗粒为云母粉、滑石粉或高岭土中的一种或几种。
优选地，所述相容剂为乙烯接枝马来酸酐共聚物或聚烯烃弹性体接枝马来酸酐共聚物。
更优选地，所述相容剂为乙烯接枝马来酸酐共聚物。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸类润滑剂。
优选地，所述交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)和/或三甲酯丙烯酸三羟甲基丙烷酯(TMPTA)。
本发明还保护上述聚乙烯激光打标母粒的制备方法，包括如下步骤：
将聚乙烯基体、聚苯乙烯基共聚物、层状结构矿物颗粒、相容剂、交联敏化剂、润滑剂混合后加入挤出机，熔融挤出、冷却、造粒，得到聚乙烯激光打标母粒。
本发明还保护上述聚乙烯激光打标母粒在制备光缆护套用聚乙烯材料中的应用。
所述光缆护套用聚乙烯材料中，包括如下组分：聚乙烯树脂、聚乙烯激光打标母粒、炭黑、润滑剂、抗氧剂；
其中聚乙烯激光打标母粒占聚乙烯树脂重量的5～10wt.％。
优选地，所述聚乙烯树脂为高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。
高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯复配制得的光缆护套用聚乙烯材料具有更优的力学性能。
优选地，所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.2～0.4g/10min，测试条件根据GB/T3682.1-2018选择2.16kg砝码，190℃。
优选地，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.0～2.0g/10min，测试条件根据GB/T 3682.1-2018选择2.16kg砝码，190℃。
优选地，所述光缆护套用聚乙烯材料，包括如下重量份的组分：
高密度聚乙烯35～60份，
线性低密度聚乙烯40～65份，
聚乙烯激光打标母粒5～10份，
炭黑2.35～2.85份，
润滑剂0.5～1份，
抗氧剂0.5～0.6份。
所述炭黑为槽法炭黑、鳞片石墨或导电炭黑中的一种。
优选地，所述炭黑为鳞片石墨或导电炭黑。
优选地，所述炭黑的平均粒径为50～100μm。
所述抗氧剂为聚乙烯中常用的抗氧剂。
优选地，所述抗氧剂优选为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)。
本发明还保护上述光缆护套用聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚乙烯树脂、聚乙烯激光打标母粒、炭黑、润滑剂、抗氧剂混合后加至挤出机，熔融挤出、冷却、造粒，得到所述光缆护套用聚乙烯材料。
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机75D，配有双通道不停机换网器，滤网为80～120目；挤出温度为190～210℃，螺杆转速为450～550HZ，喂料量为350～400kg/h。
本发明还保护上述光缆护套用聚乙烯材料用于制备光缆护套的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发出了一种聚乙烯激光打标母粒，通过聚乙烯、聚苯乙烯基共聚物、层状结构矿物颗粒、交联敏化剂及其他组分的协同作用，使得聚乙烯激光打标母粒具有优异的激光敏感度。该聚乙烯激光打标母粒以5～10％的重量比添加至聚乙烯中，制备得到的聚乙烯材料，激光打标性能优异，适用于制备光缆护套。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例中的原料均可通过市售得到，具体如下：
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1～8
实施例1～8提供一种聚乙烯激光打标母粒，分别记为母粒A～H，聚乙烯激光打标母粒各组分的含量如表1所示。
表1实施例1～8中各组分含量(重量份)
实施例1～8的聚乙烯激光打标母粒的制备方法均为：
将聚乙烯、聚苯乙烯基共聚物、层状结构矿物颗粒、相容剂、交联敏化剂、润滑剂混合后加入挤出机，熔融挤出、冷却、造粒，得到聚乙烯激光打标母粒。
实施例9～20
实施例9～20提供一种光缆护套用聚乙烯材料，光缆护套用聚乙烯材料各组分的含量如表2所示。
表2实施例9～20中各组分含量(重量份)
对比例1～8
对比例1～4提供一种聚乙烯激光打标母粒，分别记为母粒A～H，聚乙烯激光打标母粒各组分的添加量如表3所示。
表3对比例1～6中各组分加入量(重量份)
对比例7～15
对比例7～15提供一种光缆护套用聚乙烯材料，光缆护套用聚乙烯材料各组分的添加量如表4所示。
表4对比例7～15中各组分加入量(重量份)
性能测试
对上述实施例及对比例制备的光缆护套用聚乙烯材料进行性能测试。
检测方法具体如下：
挤出外观：将光缆护套用聚乙烯材料在220℃下采用环形口模挤出，经水冷、牵引机牵引、并收卷，观察外观：表面光滑、平整、光泽度优异，为A等级；表面较光滑平整、光泽度良好，为B等级；表面有少量凹凸不平、较暗哑，为C等级；表面较多部分凹凸不平、暗哑严重、无光泽，为D等级；
激光打标效果：光缆护套用聚乙烯材料经光缆成型挤出机挤出光缆，采用CO2类激光打标机打标，光缆挤出速率为60m/min，每隔1m打标一次，打标字样为“5m”字样，观察激光打标效果，文字端正、完整，为激光打标效果优；文字端正、完整，边缘有少量不清晰，为激光打标效果次优；文字不端正、不完整，为激光打标效果差。
实施例9～20的测试结果见表5，对比例7～15的测试结果见表6。
表5实施例9～20的性能测试结果
9
10
11
12
13
14
挤出外观
A等级
B等级
A等级
B等级
B等级
B等级
激光打标效果
优
优
优
优
优
优
15
16
17
18
19
20
挤出外观
A等级
A等级
B等级
A等级
B等级
A等级
激光打标效果
次优
次优
优
优
优
优
由表5的测试结果可以看出，实施例9～20制备的光缆护套用聚乙烯材料均具有光滑的挤出外观，激光打标效果清晰。
实施例9～16分别为使用母粒A～H制得的光缆护套用聚乙烯材料，可以看出：聚乙烯激光打标母粒中聚苯乙烯基共聚物为ABS或PS时，光缆护套用聚乙烯材料的挤出外观更优。云母粉相比于其他层状结构矿物颗粒，如滑石粉或高岭土，在同样的添加量下，对光缆护套用聚乙烯材料挤出外观影响更小。交联敏化剂为TAIC或TMPTATAIC时，均能达到文字端正、完整，打标边缘较清晰的激光打标效果，其中交联敏化剂为TAIC时，激光打标效果相对更优。
表6对比例7～15的性能测试结果
对比例7中，未添加聚乙烯激光打标母粒，制得的光缆护套用聚乙烯材料的激光打标效果差。对比例8中，聚乙烯激光打标母粒添加量过多，影响了光缆护套用聚乙烯材料的挤出外观。
对比例9中，母粒J不含聚苯乙烯基共聚物，对比例10中母粒K的ABS含量过多，制得的光缆护套用聚乙烯材料的激光打标效果均较差，且挤出外观有少量凹凸不平、光泽较暗哑，无法满足实际要求。对比例11中，母粒L使用的矿物颗粒为碳酸钙，不具有微观层状结构，激光打标敏感度较低，光缆护套用聚乙烯材料的激光打标效果差。对比例12～14分别为使用的聚乙烯激光打标母粒云母粉量过多、不含相容剂、不含交联敏化剂，光缆护套用聚乙烯材料经激光打标的文字均不端正、不完整，其中对比例13中母粒N不含相容剂，使得光缆护套用聚乙烯材料挤出外观为D等级。
对比例15中，未使用聚乙烯激光打标母粒，而是将云母粉直接与光缆护套用聚乙烯材料各组分混合，制得的光缆护套用聚乙烯材料挤出外观有较多部分凹凸不平、暗哑严重、无光泽，且激光打标效果差。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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