共挤复合结构高含量色母粒的研制.pdf

中外能源
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SINO-GIOBAL. ENERGY
2007年第12卷
共挤复合结构高含量色母粒的研制
钱德成,隗素平,张玉澎
(中国石化北京燕山分公可塑料分公可,北京102500
摘要介绍了复合结构高含量色母粒的结构设计、筛选和研制过程。试验结果表明,采用核壳复合结构可以解决高含量色
母粒难以牽引造粒的问题,其分散效果及与P/PF树脂的兼容性良好。
关键词共挤复合结构色母粒高含量分散
1前言
实验设备见表2,⊥艺过程见图1。
色母粒是将较高含量的颜料分散在载体树脂
表2实验设备
中的着色剂,使用者只需将其写树脂掺混即可获得
名称
所需的颜色。这种着色方法可以正确地按照产品规
速混合器
SHRR-200A
张家港
格控制色泽,色泽的重现性强。
双螺杄挤出机
长期以来,由于生产技术的限制,我国色母粒
单蝶杄挤出机
SJ-30×25B
成都
共挤复合结构机头自行设计制造
中颜料含量一般在25%左右,而国外炭黑母粒浓度
注:①经工艺实验证明,该实验机头结构合理;挤出后的核/虎
限于50%(质量分数),二氧化钛母粒的浓度则可高
结构复合高含量色母粒外层薄厚均匀,达到了预期效果。
达80%(质量分数)。日本住化カテ公司研制的核/虎
复合结构的色母粒更将核层着色剂含量提高到
载体树脂、颜
料、其他助剂
搅分散」双螺杠挤
出机(核层
95%。超浓缩色母粒可在达到同样着色效果的前提
复合器口造粒
减少色母粒用量,降低成本,也可以把色母粒对
载体树脂
单螺杯挤出机壳层)
着色制品的物理力学性能的负面影响降低到最小
图1复合结构高含量色母粒实验加工工艺过程
程度。因此,研制出高质量、高含量色母粒产品,其
3结果与讨论
工业化前景广阔,同时,该技术还可以向其他功能
母粒的制造扩散。业内专家认为,国产色母粒应朝
3.1共挤复合高含量色母粒的结构设计
由于色母粒中颜料含量的提高,物料难以牵引
着多功能化、高颜料化和高技术含量化方向发展。
切粒,用传统的挤出造粒方法难以做到,通过资料
山塑料分公司2002年开始对此项技术研究
查询和思考研究,提出了核/壳色母粒的高含量色
开发,取得了实质性的进展,制成了含量达70%以
上的自色和红色超浓缩色母粒,经初步试验证明其
母粒结构(见图2),从而达到挤出造粒的效果。
质量可以达到一般色母粒的技术要求。
2实验部分
化公司产⊥业级PP、PE;国产工业级稳定剂
一核层
润滑剂;国产加工改性剂;颜料为进凵、国产炳类。
技术指标见表
图2核/壳复合色母粒结构示意图
表1技术指标
产品名称
含量,%分散性
标准
作者简介:钱德成,工程师,1982年毕业于北京电大机械专业,
高含量无机料色母粒>706级Q/SHYS371-200
现在北京燕化塑料分公司技术服务中心工作,长期从事塑料改
高含量有机领料色母粒>556级Q/SHYs371-2002
性及制品开发工作。F-mail:weispabypc.com.c
第3期
钱德成等.共挤复合结构高含量色母粒的研制
3.2共挤复合高含量色母粒配方研究
的颗粒,能均匀分布在塑料中,并在加工过程中不
颜料的分散过程一般可分为4步,一是用分散再凝聚。同时它与树脂的相容性好,对产品质量影
剂润湿颜料,使颜料颗粒之间的凝聚力减小;二是响小,并和颜料有良好的亲和性.。一般说来,作为良
颜料的粉碎和细化,将颜料团聚体礙聚成的颜料商好的分散剂,应满足以下儿点:
品粒子粉碎细化;三是对细化后的颜料进一步做包
①与载体树脂的相容性好,有利于被打碎的
複,即稳定化处理,降低新形成的界面表面能,以便颜料颗粒表面被分散剂层包覆,并使细化后的颜料
在进一步加工时,不至于使细化后的颜料粒了产生粒子稳定、均匀地分布于载体中。
冉聚集;四是使细化后的颜料粒子在熔体树脂中能
②与颜料润湿性好,熔融后的分散剂能迅速
够达到均匀分散。
吸附于颜料粒予表而,并渗透、扩散至颜料团聚体
为了使树脂着色均匀,必须满足两个条件:颜的内表面,降低其表面能,以利丁颜料颗粒被打碎。
料颗粒充分细化;均匀地分布到树脂中。这里指的
③分散效果好,分散剂属于低分子物质,在色
细化分散是将颜料的凝聚体或团聚体破碎,并使其母粒中的含量过高,将会对最终制品的物理性能造
粒径減至最小的过程。一般情况下,颜料的均匀分成影响。分散效果好的分散剂,能够达到加量低
布并不困难,关键在于分散。颜料的分散不仅影响而又能复合分散的要求。
着色制品的外观(斑点、条痕、光泽等)和加工性,也
少对载体有一定的润滑作用,从而提高色母
直接影响着色制品的质量(强度、伸长率、时老化性粒的熔融流动性,増强色母粒的分散性。
等)。由图3可以看出,随着颜料粒径增大,制品的
基于上述要求,选择了3种进口分散剂A、B
冲击强度和伸长率有所下降。
C,其主要性质见表3。
表3分散剂的主要性质
80
分散剂熔点/じ℃密度g?cm)针人度0.m黏度/(mPas)
半世
1.5
0.92
9.5
595(140℃:)
赵卡
B
7.0
0.5
C
101
0.93
5.5
2(0(140℃)
分散剂分散效果的评价是将研制的色母杭以
鮞料粒径m
料粒径/pm
2%的添加量加入到PP树脂中,通过挤出机拉膜,
图3颜料粒径对塑料制品性能的影响
观察薄膜上未分散的颜料粒数来进行评判。如果
未分散的颜料颗粒数越少,颗粒越细小,则表明分
3.2.1载体树脂的选择
散剂的分散效果越好;而未分散的颜料颗粒数越
作为核/売色母粒的载体树脂要满足如下条
多,颗粒越人,则表明分散剂的分散效果越差。
件:①对颜料颗粒的润湿性好;②与被着色树脂的
容性好;③制成的色母粒应对被着色树脂主要性
从表3可知,分散剂A的分散效果最好,这是
山于A分散剂的熔点较低,能较快地润颅料,排
能的影响越小越好。
除空气,同时针人度较人,能对颜料粒子产生较强
研究中使用LDPE、1F7B/PP、1018树脂粉料作
的摩擦力,而黏度高又能传递更强的剪切力,这些
为色母粒的载体,根据树脂相似相容的原理,有利
都有利于颜料粒子的分散细化,所以A分散剂的分
于分散在载体树脂中的颜料在树脂中分散,而
散效果最好。分散剂评价见表4。
粉料的比表面积较大,有助于颜料被粉料吸附、润
湿和分散。
表4分散剂的评价
3.2.2分散剂的筛选
分敬剂
A
C
在色母粒的生产过程中,分散剂的作用是至关
含量,%510155「1011515「1015
重要的,分散剂的选择直接决定着颜料分散的好
分散效果」较好好」优」一般较灯好」差」较好好
坏。分散剂的主要作用是将颜料分散成细微、稳定3,.2.3配方的确定