烯烴改性母料所用助劑的選擇與應(yīng)用
【塑膠五金網(wǎng)】摘 要： 烯烴改性母料在塑料制品中的應(yīng)用日益廣泛，其在生產(chǎn)中除了要合理選擇樹脂 載體與填料外，還要注意各種助劑的正確選擇與應(yīng)用。助劑的正確選擇與應(yīng)用 不但影響填充母料的質(zhì)量，而且在加工過程中還直接影響物料的活化親和性、 流動性及塑料制品的物理性能和生產(chǎn)成本等。
關(guān)鍵詞： 烯烴 改性母料 助劑 應(yīng)用
1 前 言
烯烴改性母料近幾年得到飛速發(fā)展，在塑料制品中應(yīng)用越來越廣泛，而它的功能不 僅僅是降低塑料制品的成本，節(jié)約烯烴樹脂，更重要的是根據(jù)塑料制品的不同用途，加 入適量的改性母料，可改善塑料制品的物理性能，以達到人們對塑料制品所賦予的功能 要求。
烯烴改性母料在生產(chǎn)中除了要合理的選擇樹脂載體和填料外，各種助劑的正確選 擇與應(yīng)用同樣是一個非常重要的因素，它不但影響填充母料的質(zhì)量，而且在加工過 程中就直接影響物料的活化親和性、流動性及產(chǎn)品的物理性能及生產(chǎn)成本。我們采 用以APP (無規(guī)聚丙烯) 和助劑A、偶聯(lián)劑等不同助劑進行了試驗研究，本文就此作 一討論。
2 實驗部分
2.1 原材料和助劑的主要指標
原材料和助劑的主要指標如表1所示。
表1 原材料和助劑的主要指標
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序號 |
原料助劑名稱 |
主要指標 |
產(chǎn) 地 |
|
1 2 3 |
重質(zhì)碳酸鈣(CaCO3) 重質(zhì)碳酸鈣(CaCO3) 無規(guī)聚丙烯 (APP) |
400目，白度90～93 400目，白度93～96 - |
浙江富陽龍羊化工廠 四川寶興川寶化工廠 北京燕山石化公司 |
|
4 5 6 7 8 |
聚丙烯 (PP) 鈦酸酯偶聯(lián)劑 鋁酸酯偶聯(lián)劑 磷酸酯偶聯(lián)劑 硬脂酸 |
小本體粉料 TC-114 DL-411-A — - |
石家莊聚丙烯廠 常州市江南助劑廠 重慶化工研究院、福建師范大學高分子試驗廠 江蘇啟東市惠通化工廠 石家莊化工九廠 |
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9 10 11 |
石蠟 工業(yè)白油 助劑A |
52～54℃ |
大慶石油化工廠 北京燕山石化公司 市售 |
2.2 試驗設(shè)備及裝置
試驗設(shè)備及裝置如表2所示。
表2 試驗設(shè)備及裝置
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序號 |
設(shè)備名稱 |
型 號 |
制 造 廠 |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
高速混合機 同向旋轉(zhuǎn)嚙合型雙螺桿擠出機 熔體流動速率測試儀 WSD-Z白度計 電加熱干燥箱 拉力試驗機 塑料打包帶機組 撕裂膜機組 塑料編織袋拉絲機 塑料管材機組 |
GRH-200型-D SHL-60型 SM-48 WSD-Ⅲ DH72- Ⅰ LJ-500 SJ-65B SJS-65B SJB-65 SJK-65 |
阜新紅旗機械廠 吉林敦化塑料機械廠 吉林大學科教儀器廠 北京光學儀器廠 黃石市醫(yī)療器械廠 廣州試驗儀器廠 山東塑料機械廠 山東塑料機械廠 江蘇南通塑料機械廠 湖北塑料機械廠 |
2.3 填充母料生產(chǎn)工藝流程
目前，國內(nèi)填充母料的生產(chǎn)工藝流程主要有開煉輥壓法、密煉輥壓法、擠出法等生 產(chǎn)方法，我們采用國產(chǎn)同向旋轉(zhuǎn)嚙合型雙螺桿擠出機擠出造粒，其工藝路線為：
2.3.1 CaCO3的干燥和表面處理
由于CaCO3屬親水性的無機填料，使用前必須進行干燥處理，使水分得到蒸發(fā)，從 而保證偶聯(lián)劑對CaCO3的活化效果，并使所生產(chǎn)的母料含水率低，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
我們先后使用了鋁酸酯、鈦酸酯、磷酸酯偶聯(lián)劑，在95～120℃的高速混合機中將 CaCO3干燥處理8～10min，分2～3次加入0.8%～1%的偶聯(lián)劑、活化5min，原料配比 見表3中的配方3、配方4。
2.3.2 CaCO3與助劑、載體的混合
填充母料中除了載體、填料和偶聯(lián)劑外，增塑劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑對母料在生產(chǎn) 工藝、產(chǎn)品質(zhì)量方面也起著非常重要的作用。
除了采用大家所熟悉的偶聯(lián)劑活化CaCO3，再加入其他助劑外，我們經(jīng)過試驗應(yīng)用 表明，將CaCO3在90～110℃的高速混合機中干燥8min，采用無規(guī)聚丙烯 (APP) 代替 偶聯(lián)劑攪拌5～8min，使APP全部成為黏流體，并均勻地包覆在CaCO3表面，加入助劑 A、其他助劑和載體樹脂，此工藝不但保證了母料的產(chǎn)品質(zhì)量，而且降低了生產(chǎn)成本， 避免因助劑在高溫下易析出，而造成降低母料產(chǎn)量和影響應(yīng)用性能的現(xiàn)象，配方見表3 中配方1、配方2。
表3 原材料及助劑配方 質(zhì)量分數(shù)/%
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序號 |
原材料及助劑 |
配方1 |
配方2 |
配方3 |
配方4 |
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1 |
重鈣(浙江) |
79.5 |
— |
77 |
— |
|
2 |
重鈣(寶興) |
- |
78.7 |
— |
76.5 |
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3 4 5 |
LDPE PP APP |
12 2 3 |
10 2 5 |
15 2 — |
18 — — |
|
6 |
鈦酸酯 |
— |
— |
— |
1 |
|
7 |
鋁酸酯 |
— |
— |
1 |
— |
|
8 |
磷酸酯 |
— |
— |
— |
1 |
|
9 10 11 |
硬脂酸 石蠟 白油 |
0.5 3 — |
0.3 4 — |
0.5 3 1.5 |
0.5 4 — |
|
12 |
助劑A |
適量 |
適量 |
— |
— |
2.3.3 混煉擠出
填料、載體、助劑共混后，采用同向旋轉(zhuǎn)嚙合型雙螺桿擠出機進行混煉擠出，模面 熱切造粒，取得合格的產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝參數(shù)如表4所示。
表4 生產(chǎn)工藝參數(shù)
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序號 |
工藝項目 |
配方1 |
配方2 |
配方3 |
配方4 |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
主機螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 喂料機轉(zhuǎn)速/(r/min) 主機加熱Ⅰ/℃ 主機加熱Ⅱ/℃ 主機加熱Ⅲ/℃ 主機加熱Ⅵ/℃ 主機加熱Ⅴ/℃ 模 頭/℃ 產(chǎn) 量/(kg/h) 能 耗/kWh/kg |
180 160 105～110 110～120 120～135 135～145 130～140 110～120 160～170 0.2～0.22 |
180 160 105～110 115～125 120～130 130～145 135～140 110～115 160～175 0.2～0.24 |
180 160 130～135 140～155 145～160 145～160 140～155 110～125 140～150 0.25～0.28 |
180 160 130～135 140～150 140～150 145～160 140～150 110～120 140～160 0.25～0.28 |
3 結(jié)果與討論
目前，國內(nèi)生產(chǎn)填充母料廠家的生產(chǎn)工藝有開煉法、密煉法、擠出法 (又分單螺 桿和雙螺桿擠出)。雖然工藝不盡相同，但填充母料基本結(jié)構(gòu)相似，主要分為：
?、偬盍虾?CaCO3主要起增容、降低成本、提高剛性，改善制品物理性能等作用， 所占比例 大，從表3中可以看出，CaCO3一般占母料成分的75%～80%。CaCO3的技 術(shù)指標對母料的產(chǎn)品性能和成本起著重要影響。
?、谂悸?lián)層 CaCO3為無機材料，它所填充的樹脂為有機材料，它們之間親和性較 差，無機材料不能均勻地在樹脂中分散，所制得的復合材料性能不高。通過偶聯(lián)劑處理 (通常也稱活化處理)，使CaCO3表面均勻地包覆一層有機物，從而增加CaCO3和樹脂的 親和性，起到改善制品的加工性能和物理力學性能，產(chǎn)生一定的補強等作用。
一般用于CaCO3表面包覆處理的偶聯(lián)劑有鋁酸酯、鈦酸酯、磷酸酯幾種，它們使母 料的質(zhì)量和性能都大大提高，特別是鋁酸酯偶聯(lián)劑色澤淺、熱穩(wěn)定性好，呈蠟狀軟固 體，使用方便，已被廣大生產(chǎn)廠家普遍采用。
我們采用APP作為CaCO3表面包覆劑，再加入適量的助劑A，經(jīng)過反復試用，效果 和價格較為理想，APP色澤白，呈黏固體狀，包覆性強，流動性好，價格低廉，在母料 生產(chǎn)中還具有增量和不宜揮發(fā)析出的作用，各種性能指標和應(yīng)用效果如表5和表6 所示。
表5 不同填充母料性能指標
|
項目 |
標準QB/T 1126—1991① |
配方1 |
配方2 |
配方3 |
配方4 |
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熔體流動 速 率 |
(A) <1.0 (B) 1.0～5.0 (C) 5.1～20.0 (D) >20.0g/10min |
4.1～5.0 |
8.5～10.0 |
2.5～4.0 |
1.5～2.5 |
|
粒 度 |
200～600個/10g，不允許有長度大于30mm的 連粒，6～30mm的連粒不得超過總質(zhì)量的3% |
260 合格 |
295 合格 |
320 合格 |
325 合格 |
|
水分及揮 發(fā)物含量/% |
≤0.5 |
0.20 |
0.20 |
0.15 |
0.14 |
|
白度/% |
≥50 |
56.5 |
60.0 |
57.0 |
59.5 |
|
分散性 |
在撕裂膜中PP與母料的配比為100：10 |
合格 |
合格 |
合格 |
合格 |
表6 填充母料應(yīng)用效果 質(zhì)量份
|
產(chǎn) 品 名 稱 |
項 目 |
產(chǎn)品標準 |
樹脂： 母料配比 |
配方1 |
配方2 |
配方3 |
配方4 |
|
打 包 帶 |
規(guī)格 (寬×厚)/mm |
(15&pmn;0.6)×(1&pmn;0.1) |
100：60 |
|
|
|
|
|
斷裂拉力/kN 斷裂伸長率/% 偏斜度/mm |
≥1.40 ≤25 ≤30 |
1.85 15 18 |
1.86 12 20 |
2.05 17 22 |
1.85 16 21 |
||
|
PP 扁 絲 |
纖度偏差/% 拉伸強度/MPa 斷裂伸長率/% |
&pmn;15 ≥0.35 10～30 |
100：10 |
12 0.46 13.0 |
12 0.47 13.5 |
11 0.48 14.5 |
12 0.46 15.0 |
|
PE 管 材 |
拉伸強度/MPa 斷裂伸長率/% 液壓試驗 |
8.0 200 2倍使用壓力，保持5min 無破裂，無滲漏現(xiàn)象 |
100：12 |
8.5 60 合格 |
8.4 65 合格 |
8.5 65 合格 |
8.6 65 合格 |
?、鄯稚?(潤滑劑) 主要是由低相對分子質(zhì)量聚合物或分散劑組成，它的作用是 改善加工性能，減少填料、螺桿、料筒之間的摩擦因數(shù)，提高物料在擠出過程中的流動 性，降低螺桿的加工扭矩力，并且能提高填料和載體樹脂的相容性、分散性，常用的有 硬脂酸、固體石蠟、白油、其他助劑等。其用量占母料用量5%～8%。
④增混層 由載體樹脂構(gòu)成，它是母料的基體，主要是包覆、黏結(jié)CaCO3，使母料 成粒狀并具有一定強度，對載體樹脂的選用要求其相對分子質(zhì)量低、流動性大，與被填 充材料相容性好，一般要求MRF≥6g/10min的LDPE為宜，MRF在20～50g/10min的 LDPE為 。另外，為了降低成本，擴大應(yīng)用范圍，LDPE/LLDPE、HDPE/PP混用或 回收的PE和PP樹脂也可作為載體樹脂，我們選用LDPE(IF7B) 和小本體PP粉復合 載體樹脂，而加入的APP既起到包覆填料，提高流動性的助劑作用，也代替了部分載 體樹脂，拓寬了母料的應(yīng)用范圍和填充效果。
4 結(jié) 論
?、購谋?、表6四種生產(chǎn)配方的對比中可以看出，采用APP和助劑A而代替偶聯(lián) 劑，能夠滿足CaCO3的活化要求，使載體與填料具有良好的分散性和加工性能，生產(chǎn)的 母料各項性能指標達到標準要求，經(jīng)在PP打包帶、PP撕裂膜、PE管材、PP編織袋扁 絲中填充應(yīng)用，達到了各種塑料制品的外觀和物理性能、力學性能的標準要求。
②根據(jù)用戶對塑料制品使用的不同要求，調(diào)整助劑的含量可改變填充母料的熔體流 動速率。
?、弁ǔＴ谔畛淠噶仙a(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝及溫度的變化，使加入的助劑易析出、分 解，影響填充母料的性能和產(chǎn)量，以APP做主要助劑，可改善此缺陷。
④從以上試驗結(jié)果表明，因APP的相對分子質(zhì)量比其他助劑高，可代替一定量載 體樹脂，各種原材料按市場價計算，使用APP比原配比可降低母料每噸成本150元左 右。APP具有較好的熔體流動性，在生產(chǎn)中能提高物料的流動性，減小螺桿的扭矩力， 節(jié)約電能，提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益。
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