纳米硫酸钡对高浓度聚烯烃色母粒色彩性能的影响

文章编号:1005-3360(2009)11005305纳米硫酸钡对高浓度聚烯烃色母粒色彩性能的影响Effect of Nano-BaSO4 on Color Properties of High ConcentrationPolyolefine masterbatch武鹏郭婷,乔辉,吴立峰刘建胜2 Wu Peng’, Guo Ting, Qiao Hui, Wu Lifeng', Liu Jiansheng2京化工大学材料科学与工程lege of Materials Science and Engineenng. Beyrng University of Chemical Technology. Bejing 100029. China2. Shanghai JECO Pigment (Group) Co. Ltd. Shanghal 201209, China将纳米Baso加入到额料的浆料中进行充分搅拌干爆,制备成高浓度聚烯烃色母粒。利用测色仪测定色母粒制成的薄膜和样板制品的着色力和遽力,研究其对色母粒色彩性能的影响。结果表明:在不改变被着色制品色彩性能的前提下,纳米BaSO4可以譬代部分颜料,代最大比例可达到30%。在色母粒浓度为50%时,纳米BaSO替代颜料的效果最好。当纳米BaSO替代比例为20%时,所得制品的色彩性能与纯PB15:3蓝顾料色母粒最为接近Abstract: The high concentration polyolefine masterbatch was prepared by adding Nano-BaSo into theslurry of pigment, stirring fully and drying. The effect of nano-Basoa on the color properties ofpolyolefine masterbatch was studied through the coloring strength and covering power measuredby color photometer of the membrane and template product made of color masterbatch. Theresults showed that under the prerequisite of constant color properties of colored productswithout affecting the properites of the product, nano- Baso, could be used as a substituteof partial pigment, and the maximum proportion is up to 30%. when the concentration of20%, the color properties were nearly the same as pure polyolefine masterbatch nano-BaSo, wasmasterbatch was 50%, the substitute effect was optimal; and when the dosage of关键词:聚烯烃;纳米硫酸钡色母粒;分散性中图分类号:TQ325.1·文献标识码:Ae Key words: Polyolefine; Nano-BaSO4: Masterbatch; Dispersion色母粒亦称颜料浓缩物是目前塑料着色最常11原料用的物料。色母粒是将颜料按20%~80%比例经研磨或双螺杄挤岀均匀地分散到树脂中而制得的颜低密度聚乙烯LDPE),F7B,北京燕化石油色颗粒叫。制备高浓度色母粒时,必须保证颜料具化工股份有限公司有较好的分散性聚丙烯(PP),K1008,北京燕化石油化工股份据文献2“报道在颜料为干粉状态下混入纳米:有限公司BaSO4纳米CaCO3制成低浓度色母粒(颜料浓度为;聚乙烯蜡LPE4F],北京化工大学精细化工厂;20%),纳米BaSO4、纳米CaCO替代部分颜料后不:纳米BaSO,Cmb-600,上海安亿纳米材料有限会影响被着色制品的色彩性能,并可以提高颜料的:公司分散性。有机蓝颜料,CIPB15:3,上海捷虹颜料化工本实验将纳米BaSO加入到浆料状态的颜料集团工贸发展有限公司中进行混合将该预混合好的颜料制备成高浓度色1.2主要似凸各母粒硏究了在这种湿法混合工艺下,纳米BaSO2对中国煤化工高浓度聚烯烃色母粒色彩性能的影响。CNMHG胶机械厂挤出吹膜机组,PID651,德国 Brabender公司实验部分注射机,JPH0,广东泓利机器有限公司;毫悟把070分光光度计,722,上海精密仪器厂测试;并直接用注射样板在测色仪上进行着色力、积分球式测色仪, Color i5,爱色丽有限公司反射率测试。1.3实验步骤2结果与讨论首先,将纳米BaSO按照色母粒配方(表1)定量加入到颜料的浆料中高速搅拌1h,经抽滤干燥后色彩性能是色母粒有别于其他功能母粒最重粉碎,用于制备高浓度聚烯烃色母粒。色母粒的制:要的性能可以通过研究其制品的遮盖力、反射率备实验工艺流程如图1所示。L、a、b‘值及色差等指标对色彩性能做出较为全载体树脂挤出吹膜→遮盖力面的评价圆料十区辊造注射样板→色彩性21纳米BaSO对溥膜透光率的影响份散剂▲田1色母粒制备工艺流透光率反映薄膜的透光能力透光率越大薄Fig. 1 The process of preparaton of color masterbatch膜的透光能力越强,薄膜中颜料的遮盖力就越低。用双辊塑炼机将含有不同比例纳米BaSO的氵薄膜的透光率越小薄膜中颜料的遮盖力就越好。颜料按配方制备色母粒。双辊塑炼机温度保持:图2为不同比例纳米BSO替代颜料制成薄膜的透在105℃左右,首先加入载体树脂混合2~3min,均光率。匀分散后加入分散剂,混合3min左右,加入颜料,8min左右后收料并用剪刀将物料剪成粒状制得氵色母粒。其中色母粒中颜料和BaSO的总含量为40%(1)和50%(2)。具体配方如表所示▲豪1制备色母粒实验配方Tab. 1 The formula of preparation of color masterbatch分散剂颜料Bas050400450500506006070波长/m00000000862080502468(a)1配方00000400004000125(b)2配方1一不加BaSO:2替代10%:3替代20%:4—替代30%▲图2不同比例纳米BaSO管代服料对原透光率的影响注:用纳米BaSO分别替代5%、10%、15%、20%、25%、30%的颜料ig. 2 The effect of different ratio nano-Baso, on the hght transmittance将制好的色母粒分别加入到150gPE中吹膜,由图(a)可以看出,纳米BaSO替代比例为使薄膜中颜料和纳米BaSO4总含量为1%10%的薄膜透光率略低于纯PB15:3蓝膜的透光率,将制好的色母粒分别加入到150gPP中注射样:其他比例均高于PB5:3蓝膜的透光率板使样板中颜料和纳米BaSO总含量为04%。中国煤化工比例为30%薄膜透14性能测试光CNMHG率其他替代比例下膜透光率均低十纯PB5:3膜的透光率用分光光度计对吹塑薄膜进行透光率、遮盖率22纳米BaSO4对薄膜遮盖力的影响BaSO的加入可以有效地改善色母粒中颜料的分:散性,从而使薄膜的透光率下降,光密度值提髙。对制备色母粒而言颜料分散的均匀度是影响遮盖力的主要因素。用纳米BaSO2按不同比例代:23纳米BaSO2对注射样板反射率的影响替颜料制成母粒然后吹膜测定薄膜的透射率,并图4为不同比例纳米BaSO注射样板的反射率换算成标准膜厚(0.02mm)的光密度值。用光密度:曲线。由图4()可以看出在色母粒浓度为40%,纳值可以表征遮盖力的大小也从另一个角度反映广、米BaSO替代比例为109时,样板的反射率曲线与混合颜料的分散情况。颜料分散越均匀、粒子越细:纯PB15:3样板反射率曲线最为接近。由图4(b)可以小,光密度值越大反之越小。看出,在色母粒浓度为50%时,纳米BaSO不同替代图3为在最大吸收波长62mm下,不同比例纳;比例下样板的反射率曲线与纯PB:3样板反射率米BaSO替代颜料薄膜的光密度值曲线的重合性最好。当替代比例为20%时,样板的反射率曲线与纯PB15:3样板反射率曲线最为接近。101522530纳米BaSO替代比例%■一色母粒浓度40%·一色母粒浓度50%▲图3不同比例纳米BaSO代服料对晨遥薹力的影响(a)"配方Fig 3 The effect of different ratio nano-Baso, on the covering power of由图3可以看出,在色母粒浓度为40%时,不同比例纳米BaSO薄膜与纯PBI5:3蓝膜的光密度值比较接近。替代比例为5%、10%时,光密度值还有定程度的提高。在色母粒浓度为50%时,除替代比例为30%,在其他不同的替代比例下薄膜的光密度值与纯PB15:3蓝膜相比均有不同程度的提高b)2配方替代比例为15%时,薄膜透光率的光密度值为纯1—不加BaSO:2-替代10%:3一替代20%:4—替代30%▲4不同比例纳米BaSO警代颜料对样板反射率的影响PB15:3蓝膜光密度值的3倍。Fig 4 The efect of different rato nano BasO. onthe reflectivity of template实验数据表明添加一定量的纳米BaSO会使由色彩理论可知每种颜色都有特定的反射率制品的遮盖力有所提高使得薄膜的透光率降低,;曲线与之对应。如果反射率整体提高表明该颜色光密度值提高。这说明在色母粒中加人纳米BaSO4;明度提高,即颜色变浅。由图4可知,纳米BaSO2的后,可以有效提高颜料的分散性。这可能是由于纳:加入并没有改变反射率曲线的基本形状,也没有使米BaSO的加入增加了母粒体系的黏度增大了传:反射率大幅提高。表明纳米BaSO的加入没有改递到颜料团聚体的剪切力,从而有利于颜料团聚氵变色母粒对制品的着色效果。这是因为虽然纳米体的破碎。其次,与颜料团聚体相比纳米BSO4:BaSO替代部分颜料加入到色母粒体系中,使得颜粒子较硬。色母粒体系在受到混炼加工时,硬质纳}料的体积分数降低但纳米BaSO对体系中颜料粒米BaSO粒子对颜料团聚体起到研磨和冲击作用,子起γ凵中国煤化工的团聚,一定程促使其破碎细化;并且对于破碎细化后的颜料粒子氵度上引CNMHG系中的颜料有效而言母粒体系中的纳米BaSO粒子起到一种阻挡浓度并未降低,色母粒对塑料制品的着色效果没有与隔绝作用,能有效防止其重新聚集。因此,纳米:受到影响24纳米BaSO对注射样板色彩性能的影响颜料的着色效果。241对L、a、b值的影响242对样板色差△E的影响CEab色空间是由、a和构成的直角坐氵按照色差公式计算出的两个样品间的色差标系。在CIE标准色度学系统中规定任何物体的:△E,可以反映出两个不同的色刺激在大脑中颜色都可以用X、y、三个数值来表示称为三刺:产生的颜色感觉上的差别。图5为不同比例纳米激值。 CIELAB色空间良好的平衡结构是基于一种:BaSO替代颜料制得的样板与纯PB15:3样板相比颜色不能同时既是绿又是红,也不能同时既是蓝又:所得到的色差(色差是以纯PB53样板为标准样是黄这个理论建立的而L、a、b'值可由三刺激值:板所得的色差值是其他样板与标准样板比较得到共同确定。当一种颜色用L、a、b表示时,C'表示:的。色差越大说明其他样板与标准样板相差越远明度,a、b表示色度坐标+为红色方向,为绿;所以纯PB15:3样板的色差值为零)。色方向;+b是黄色方向,b为蓝色方向。L、a和b值可由式(1)、(2)和(3)计算得出:L=116Y/Y)43-16(1)a*=500(X/X)2-(Y/y)"](2)b=200(/y)3-(z/zn)3](3)式中,X、Y、Z—物体的三刺激值;Xn、Yn、zn理想反射散光器的三刺激色数替代比例%值;■一色母粒浓度40%·一色母粒浓度50%▲图5不同比例纳米BaSO普代料对样板色差的影响L—明度;Fig. 5 The effect of different rato nano-Baso, onthe color difference of templateab'——色度坐标。可以利用L、a、b三个数值来表示色母粒的由图5可以看出,在不同色母粒浓度下,用纳色彩性能。米BaSO替代不同比例的颜料所制成的样板与纯▲袅2不同比例纳米BaSO譬代服料对样板L·ab值的影响Tab. 2 The effects of different ratio nano-Baso,PBl53样板相比,色差值均小于15。当色母粒浓度theL"、a、b’ of template为50%时,用不同比例纳米BaSO替代颜料所制成编号替代比例的样板的色差值均小于1。当纳米BaSO2替代比例2747197727.187.16-20.10为209%时,色差仅为27.0769820.17当两种颜色色差值小于3时,不会在人的视觉20269770-20882028:上产生颜色差别可满足塑料着色的要求。因此用25273766120.15纳米BaSO替代一定量的颜料,不会影响塑料制品30817352000的色彩性能综上所述使用纳米BaSO可以节省部分颜料,1027238152151:且对塑料着色效果不产生影响。部分颜料被纳米152713803-2125BaSO2代替降低了被着色体系中颜料浓度,而且纳2027.32730209849米BaSO4的折射率小于颜料,所以正常情况下,制2730品的着色力会降低。然而,从实验结果可知,纳米BaSO的加入,虽然颜料的体积分数降低了,但混合由表2可以看出,添加不同比例的纳米BaSO4:体系内由于有了纳米BaSO4,对体系中颜料粒子起后,样板的色彩参数b值会出现不同程度的下降。氵到V凵中国煤化工团聚,一定程度上明料图包减位钠出喜,石所M这可在款色相方向(b方向)不仅没有减弱反而增强提高了:因颜料浓度降低而引起的着色力下降。563结论参考文献:[吴立峰乔辉颜料在塑料着色中的应用和测试M北京化学(1)在保证制品色彩性能不变的前提下,可以工业出版社2005:1.2]黄瑶乔辉孔国良等纳米CaCO对聚烯烃色母粒色彩性能在颜料的浆料中加入纳米BaSO以替代部分颜料,的影响中国塑料200721(8):56在一定程度上降低生产成本,纳米BaSO的替代比(3]罗璐乔辉吴立峰等两种BaSO4在ABS黄色母粒中应用性例可达到30%能的研究[J]塑料200938(2):38-41(2)当纳米BaSO替代比例为20%时,所得制品:{4宁涛乔辉,白艳云,等超细BaSO,在塑料着色中的应用性能的透光率、遮盖力、反射率及色彩参数基本不变。研究[J塑料200837(3):48-51(3)当色母粒浓度为509%时纳米BaSO2的替代15 Roy S Berns. BILLMEYER& SALTZMAN颜色技术原理M北效果较低浓度色母粒要更好京:化学工业出版社2002:50-7环保塑木新材料则是将废旧塑料和废弃秸秆按一定比行业动态例,并添加特定的“功能性助剂”,再经特殊工艺制造而成属于固体废弃物的“次级资源化”。当前,生产可再生、可回收、可降解的“绿色包装哈尔滨研发出麻塑复合材料替代目前市场上的包装产品,加强对现有各种废弃资源将亚麻加工过程中产生的废弃物与一定比例的塑和材料的利用率将成为世界包装行业发展的趋势和主料原材料混合,加入适量添加剂,可制造出麻塑复合材导。而全球包装市场的销售额已近5000亿美元托盘料。哈尔滨纺织科学研究所研发出的这种复合材料可仍是最主要的装运货物托座。由于欧盟美国加拿大以做成门窗等建筑装饰材料和汽车配件还可以做等限制中国出口货品使用木制托盘包装进入市场故我成汽车保险杠而这些产品的成本比同类塑料制品便宜国对新型包装材料的需要日益迫切。塑木托盘正好弥20%以上补了这一空白以它替代木制托盘可减少对木材的需求据了解亚麻加工过程中只有占亚麻原料25%左量,又无“三废”和二次污染顺应了国际包装行业的发右的亚麻丝等被利用,剩余70%以上的亚麻屑和亚麻展趋势粉往往都被当作废弃物。哈尔滨纺织科学研究所研发专家指出,塑木材料不仅可以生产托盘,还可以制的麻塑复合材料是以塑料为基料加入适量亚麻粉混造成包装箱垫板等其他包装产品还可以应用到建材合而成,在生产过程中可根据不同用途,分别加入30%装饰材*70%的亚麻粉,从而生成韧性刚性、硬度和强度指数阳台板、户外桌椅等不一的麻塑复合材料。据研究所总工程师任恕介绍,目前塑料原料价格均在毎吨万元以上,麻塑复合材料至少Chevron Phillips化学新开发滚塑成型MDPE和HDPE可以加入30%几乎零成本的亚麻粉,在成本方面麻塑就比同类塑料制品至少降低20%。麻塑复合材料形态接 Chevron Phillips化学公司新开发出4种用于滚塑成近于木材性能则接近于塑料完全可以同木塑复合材型的己烯共聚物MDPE和HDPE树脂。这些树脂含有料媲美。而且,在实现废物利用的同时其制品也可以种由抗氧剂和紫外线稳定剂组成的新型共混物可提供回收再利用,具有极大的环保效益和经济效益宽泛的加工窗口、优良的流动性、长效的紫外线稳定性环保塑木托盘开发成功良好的抗冲击性能以及卓越的耐环境应力开裂(ESCR)性能。其中, Marlextr-935的密度为0935g/cm3,熔体流种采用废旧塑料和农业废弃物为原料的环保塑动速率(MFR)为6g/10min,可用于制造玩具、手推车以木新材料,已经由北京未来远景环保技术开发有限公司及其他休闲用品。TR938的密度为0938gm3,MFR为开发成功该产品在原料的使用上完全符合国家环境保3g/l0用干立工业窃物的盛装容器油(水)护政策在同类产品中达到国际先进水平。新材料生产箱和水中国煤化工的密度为091y的塑木托盘弥补了国内市场空白。CNMHG农业和化学品盛据统计我国每年有约6亿t农业废弃物秸秆需要进装容器。TR945的密度为045gm3,可用于生产大型行处理,而目前大部分被焚烧给环境造成极大破坏。容器以及高模量制品。