蓝色母粒的制备

蓝色母粒的制备

颜色母粒，也称为鲜艳的颜色素，是目前塑料和瘦粉中最常用的方法。传统意义上的色母粒一般由载体树脂、颜料、分散剂三部分组成。分散剂是色母粒的重要组分,它能浸润并润湿颜料,使其分散成细微稳定且能均匀地分布在树脂中的颗粒,并不再凝聚。但是分散剂加入到母粒中有双重的影响,它加强了对颜料团聚体的润湿和渗透,改善颜料与体系的相容性,并且降低体系黏度,有利于颜料的分散。但是,体系黏度降低过多会使传递到颜料的剪切力减小,从而给颜料的分散带来不利影响。线型低密度聚乙烯(LLDPE)是乙烯与α-烯烃的共聚物,其分子呈线性结构。与低密度聚乙烯(LDPE)相比,LLDPE的熔体强度较低,对熔体指数的依赖性大。将LLDPE作为载体添加到母粒中已经有初步的实际应用,但是理论研究目前还较少。文章以高熔指的LLDPE与LDPE1∶1混合作为载体树脂,颜料浓度20%,进行加工,不添加分散剂PE蜡。一方面添加的LLDPE使体系的黏度降低,提高了颜料在载体树脂中的分散性;另一方面,不使用低分子蜡,从成本角度考虑比较经济,同时可以避免由于低分子量填加剂的加入对要求比较特殊的塑料制品力学性能的损害。1实验部分1.1线性低密度聚乙烯低密度聚乙烯(LDPE):MI=7g/10min,上海金山石化股份有限公司;线性低密度聚乙烯(LLDPE):MI=26g/10min,美国Exxonmobile公司;酞菁蓝颜料:C.I.PB15∶3,上海捷虹化工集团工贸发展有限公司;聚乙烯蜡:LPE-4[F],北京化工大学精细化工厂。1.2检测仪器和测色仪双螺杆挤出机:SHJ-20,南京杰亚挤出装备有限公司;积分球式测色仪:Colori5,爱色丽有限公司;毛细管流变仪:意大利CEAST公司;熔体流动速率仪:意大利CEAST公司。1.3薄膜制品的制备按照配方配制原料,如表1所示,充分混合摇匀后,加入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒。制备好的母粒放入到烘箱,在90℃干燥2h,双螺杆的温度保持在160℃。将得到的母粒分别加入到150gPE中吹膜,使薄膜制品中的颜料质量含量为1%。将得到的母粒加入到PP中注射样板,共250g,其中颜料质量含量0.4%。将得到的母粒加入PP中注射样条,共500g,其中颜料含量0.5%。具体实验流程如图1所示。母粒中酞菁蓝颜料的质量含量是20%,LDPE与LLDPE的共混比时1∶1,在对比试验中,聚乙烯蜡的质量含量是10%。使用熔体流动速率仪和毛细管流变仪对母粒的流动性进行测试;用分光光度计对所制备的薄膜制品进行透过率测试;用测色仪测试其在注射样板上的着色力、反射率。2结果与讨论针对两种色母粒的性能研究,将从加工性能、应用性能及分散性3个方面进行分析。对注射的样条测试力学性能,例如拉伸、冲击性能。2.1色母粒加工流动性颜料加入到塑料中,会对塑料的加工流变性能产生一定的影响,其含量越高,这种影响就越显著,尤其是在生产较高浓度的色母粒品种时。颜料加工性的优劣成为决定生产率和成本的主要因素。因此,好的加工流动性对于实际生产有着重要的作用。文章用熔体流动速率仪和毛细管流变仪两种方法对母粒的加工流动性进行研究。2.1.1色母粒与树脂混合时颜料分散程度的影响色母粒的熔体指数(MI)是重要的控制因素,因为它不仅影响到注射、挤出模塑加工过程,而且会影响到色母粒与树脂混合时颜料的分散程度。MI在国标条件下测定。由表2可知,在190℃下,母粒的流动性:20%PE腊>20%LLDPE/LDPE。2.1.2流变曲线分析由于颜料的加入使得母粒的流动性变差,传统方法通过添加低分子蜡可以降低体系的黏度,提高加工流动性。实验中,通过加入高熔指的LLDPE,改善体系的流动性。LLDPE比一般LDPE分子量分布更窄,同时线性结构使其具有不同的流变特性。试验中采用毛细管流变仪,研究高浓度色母粒熔体的流变曲线。测试条件是L/D=20/1,温度是190℃,空气氛围下进行,剪切速率100～5000s-1。图2是两种母粒的流变曲线。由图2可知,LDPE是切力变稀流体,当加入酞菁蓝之后,熔体仍是切力变稀,流变曲线稳定连续。当颜料含量为20%时,两种母粒熔体的表观黏度均低于纯料。因此两种母粒的流动性都比较好,有利于色母粒着色。但是1#曲线即由LLDPE与LDPE共同作载体的母粒的黏度与纯料的黏度曲线更为接近,因此混合时颜料在基体中的分散效果最好。2.2色母粒的制备在色母粒的生产中,主要关注的是母粒的色彩性能,根据对塑料制品的着色能力来分析色母粒的优劣。同时,力学性能影响着制品的应用,因此母粒对制品的力学性能是否有影响也是生产中的关键问题。2.2.1色度坐标系的建立L*、a*、b*色空间良好的平衡结构是基于一种颜色,不能同时既是绿色又是红色,也不能同时既是蓝色又是黄色这个理论建立的。L*表示明度,a*、b*表示色度坐标,+a*为红色方向,-a*为绿色方向;+b*是黄色方向,-b*为蓝色方向。由表3可知,1#即以LLDPE/LDPE为载体的母粒的L*值相差不大。由b*可知,以LLDPE/LDPE为载体的体系更加偏蓝,即着色力更高一些,因此,样板中蓝颜料的着色效果比较强。2.2.2以lldpe/ldpe为载体的母粒反射率图3是两种母粒注射的样板的反射率曲线。由图3可以看到,添加聚乙烯蜡和以LLDPE/LDPE为载体的两种母粒的反射率曲线基本相同,差异不明显。但是1#以LLDPE/LDPE为载体的反射率略高于添加聚乙烯蜡的母粒的反射率。2.2.3薄膜透过率测定颜料的颗粒越细,分散得越均匀,薄膜中颜料粒子阻挡和吸收光线的能力越强,透射光强度越小,薄膜中颜料的遮盖力越高。图4是两种母粒吹塑的薄膜的透过率曲线。由图4可知:2#含有聚乙烯蜡的母粒的透过率高于1#以LLDPE/LDPE为载体的母粒。即在LLDPE/LDPE的体系中颜料的遮盖力高,粒子的分散更均匀一些。2.3.2材料的冲击性能将制得的哑铃形样条在电子万能试验机上进行拉伸测试。缺口冲击强度在摆锤冲击试验机上测试。每组测试样条5根。与纯PP样条相比,添加1#母粒和2#母粒的两种样条的力学性能变化都不大,这是因为在实际生产中色母粒的用量很少,基本不会对一般制品有影响。由表4可知,两种样条的冲击性能、拉伸性能和弯曲性能都高于纯PP,色母粒的添加对样条产生了增韧增强的作用。添加1#的PP样条的冲击强度、断裂伸长率都高于添加2#的PP样条。断裂伸长率的下降说明材料的韧性变差,添加2#母粒的PP样条断裂伸长率下降得较多。纯PP的冲击强度是2.991kJ/m2,1#的加入冲击强度提高了36%,2#的加入提高了27%。这是由于添加1#的PP中母粒分散得更均匀,分散性粒子越小,数量越多,材料在受到冲击时,引发的银纹就越多,能吸收更多的冲击能量,并更易诱导基体发生屈服变形,是材料的断裂机理由银纹方式向剪切方式转变,吸收更多的冲击能量。因此,添加1#的PP样条冲击强度高于添加2#的PP样条。2.2粒径分布的变化粒度分布是用粒度分析仪定量分析颜料在基体中的分散情况。颜料的分散性越好,其着色力和遮盖力越好,即色彩性能越好。粒度分布越窄,平均粒径越小,表示粒子的分散性越好。图5是两种母粒的粒径分布图,其中每幅图中都包含一个柱状图和一条正态分布曲线。柱状图和正态分布曲线的横坐标均为当量直径d。表5为对应的两个配方中颜料粒子的平均粒径和最大粒径。两种母粒在20%颜料含量下,从正态分布线可以看出,1#即以LLDPE/LDPE为载体的母粒的粒径分布曲线峰值较大,粒径分布较窄,且粒子的平均粒径较小。即以LLDPE/LDPE为载体的母粒中颜料的分散性更好。3结论1e/ldpe的添加对聚乙烯蜡母粒加工流变性能的影响在颜料质量含量为20%时,以LLDPE/LDPE为载体并且不添加分散剂聚乙烯蜡的母粒,在加工流变性能方面优于以LDPE为载体添加聚