聚烯烃色母粒流变性能与应用性能研究

塑料2006年35卷第2期聚烯烃色母粒流变性能与应用性能研究原料与助剂陈逢刚,乔辉,吴立峰(北京化工大学材料科学与工程学院,北京10029)摘要:采用国产颜料制备色母粒,并测试其分散性能,找到了聚乙烯蜡含量为8%的最优配方,针对该性能优异的色母粒,测试其表观黏度、非牛顿指数等流变参数,并重点讨论了其流变性能。实验结果表明:色母粒共混物熔体的表观黏度随剪切速率的增大而降低,非牛顿指数小于1,符合假塑性流体流动规律,色母粒共混物熔体是假塑性流体。这些影响色母粒应用性能的流变数据可为色母粒配方设计和改进提供依据。关键词:色母粒;转矩流变仪;流变性能中圉分类号:TQ325.1文献标识码:A 文章编号 :1001 - 9456(2006)02 -0090 -03Rheological Property and Application of Polyolefin Color MasterbatchCHEN Feng-gang, QIAO Hui, WU Li-feng(Institute of Material Science and Engineering, Bejing University of Chemical Technology , Bejig 100029 ,China)Abstract :Color masterbatch was prepared using a domestic pigment. Through testing the dispersibility ,thebest formulation was found to be 8wt% of PE wax. The apparent viscosity and non-Newton index of theexcellent color masterbatch were determined, and the rheological property of the blend was focused on in thestudy. The results showed that the apparent viscosity of color masterbatch melt decreased with the increase ofshearing rate at the given temperature. The non-Newton index was less than 1 , which confirmed pseudoplasticflow characterstics. The color masterbatch melt was pseudoplastic flow. These rheological data , which influencethe application property of color masterbatch , can give reference for designing and improving color masterbatchformulation.Key words : color masterbatch ; torsion rheometer ; rheological propety色母粒作为获得高质量塑料着色制品的着色手分散,至今仍然是一个技术难题。曹淑荣'*研究丙纶段,8益受到人们的关注,目前已成为广泛采用的塑料色母粒认为,色母粒和着色树脂的流变性能一致,产品着色方法"。流变性能是高聚物合金最重要的加工质量较好。A. C-Y. Wang等[$]用SAN为载体的色母性能,因为大部分高聚物都要利用其黏流态下的流变粒着色ABS发现，色母粒的MFR越大,注塑制品的颜行为进行加工成型(2]。同样,色母粒大多利用熔融态色均匀性越好。大多研究文献普遍认为,色母粒的流加工B1 ,和高聚物熔体一样,其流变性是联系色母粒变性能优于着色树脂,制品的着色质量较好。但是,两生产、加工行为与产品最终性能的重要纽带。因此深者差多少最好还是未知数。刻认识色母粒的流变性对其产品设计,确定工艺条件,关于流变性能的研究手段很多,如熔融指数仪、毛以及应用性能研究具有重要意义。但是,色母粒与着细管流本仪。转矩流亦仪等。旧是,由于共混物的复相.色树脂的流变性能满足何种关系才有利色母粒的良好结构中国煤化工互影响,其流变性能IHCNMHG●收稿日期:2005-11 -30作者简介:陈逢刚(1979 -),男,硕士研究生,研究方向为色母粒的流变性能研究。.塑料聚烯烃色母粒流变性能与应用性能研究2006年3S卷第2期尚有自身的特点,再加上高分子形态结构的变化和破2.1 色母粒分散性测试坏,因此难以获得材料状态的准确信息。传统生产研1)薄膜光密值究人员习惯用MFR和转矩来表征色母粒的流变性用色母粒和着色树脂吹膜,用分光光度计测试薄能[(6-9]。这里应用性能优异的色母粒,测试其流变性膜的透过率,然后換算为光密度值进行比较。用光密能,得到了大量影晌色母粒应用性能的流变数据,为色度值可以评价颜料分散的好坏,光密值越大,颜料的分母粒配方设计和改进提供依据。散性越好。图1是不同配方的光密值曲线。1实验0. 17]1.1 原料.0. 16-低密度聚乙烯:1F7B,北京燕山石化公司;0. 15+聚乙烯蜡:LPE4[F] ,北京化工大学精细化工厂;0.14|颜料黄191:国产。米o.13+.2 实验设备及分析仪器0.12-双辊混炼机:SK-160Bφ160 x320,上海橡胶设备厂;0.1157276101418挤出吹膜机组: Brabender PID651 ,德国Brabender分散剂含量/%公司;图1不同配方的光密值曲线光电分光光度计:722型,上海分析仪器厂;由图1可以看出,8%的分散剂用量时,薄膜的光扫描电镜:S-250 ,英国剑桥公司;密度值最大,因而其颜料分散最好。色母粒中添加分转矩流变仪:RS-150,德国哈克公司。散剂,颜料易被润湿,有利于颜料分散;分散剂含量过1.3母粒的制备多,熔体黏度太低,剪切力不易传递,颜料不易破碎分先将双辊开炼机温度升到100C ,然后加人载体散。树脂,混炼3~5min(目测树脂熔融即可),随即加入分2)电镜照片分析散剂(聚乙烯蜡),混炼5 ~6min后加人颜料,混炼采用配方1和配方5作扫描电镜,放大7000倍, .8min左右,然后下料、造粒、备用。各样品的组成见表1。照片如图2所示。图中,配方1的颜料颗粒很大,颜料表1样品的组成分散很差;配方5的颜料颗粒不到2μm,分散良好。配方?3，4，5.6789颜料/%20202020202020 20 20.树脂/%807876747270686664分散剂/%0246810121416注:质量百分比。1.4薄膜的制备配方1配方5称取150g LDPE树脂,加人预先准备好的色母图2不同配方的电镜照片粒,混合均匀(薄膜中钛白粉含量1%),然后吹膜、取通过对样品的分散性能测试可知,使用含量20%样。工艺参数如表2所示。的颜料制备色母粒,配方5制备的色母粒性能最优。表2吹膜工艺参数2.2色母粒流变性能测试.螺杆转速料简和机头温度/C1)色母粒的共混流变曲线/( r/min)I段m段IV段机头色母粒在160%下的共混流变曲线见图3。从图3150175195184中可以看出在宜验温靡茆围内,lgτ与lgi之间基本1.5 流变性能测试呈YH中国煤化工Kv" ,且曲线斜率均小剪切模式:测试温度为160C ,空气氛围下进行,于1|CNMHG小于1,因此色母粒共剪切速率10~2 ~10's-'。混物熔体为假塑性流体。低密度聚乙烯是典型的高分子聚合物,属于假塑性非牛顿流体[9]。2结果与讨论塑料2006年35卷第2期聚烯烃色母粒流变性能与应用性能研究4. 5]致熔体黏度降低。4. 0f由结果与讨论可知,配方5的应用性能最优,结合3. 5图4发现,色母粒的表观黏度不是越小越好,即聚乙烯∈3.0蜡的加人量不是越多越好,而是只要加入量能保证充日2.5-2.0分润湿颜料粒子即可。分散剂加入量过多,熔体黏度1.5过低,不利于机械剪切力传递到颜料粒子上,反而不利1.0于分散。.5-2-10T23lgv/s~ 13结论图3色母粒的共混流变曲线1)使用质量含量20%的颜料制备聚乙烯色母粒,■-配方1;-0-配方S;-▲-配方9。蜡质量含量为8%制备的色母粒应用性能最优。从图3还可以看出,相同的剪切速率下,配方1的.2)色母粒共混物熔体的表观黏度随剪切速率的剪切应力最大,配方5次之,配方9最小,说明聚乙烯增大而降低,非牛顿指数小于1,符合假塑性流体流动蜡的加人,颜料极易被润湿,改善了颜料与载体树脂的规律。界面作用,使相应的剪切应力减小,在实际加工中,降3)色母粒中加入聚乙烯蜡，改善了颜料与载体树低能耗,产率增加。脂的界面作用,减小了聚乙烯分子链的缠结作用,这种2)表观黏度和组成的关系在160C条件下，色母粒表观黏度和组成的关系协同作用导致熔体表观黏度降低。参考文献:见图4。从图中可以看出,在实验条件下,在低剪切速1] 陈杰.我国色母粒现状及发展[J].现代塑料加工应用,率范围内,色母粒表观黏度随着剪切速率的增加而降1995 ,7(6):50-53.低,属于切力变稀流体。低密度聚乙烯是剪切变稀流[2]张杰 ,王鹏驹.塑料流变性能及其数据库的研究[J].中国体[°1 ,因此添加颜料,并没有改变载体树脂的这一流塑料,1997 ,11(4):59.变性质。[3] 吴立峰.塑料着色和色母粒实用手册[M].北京:化学工业出版社,1998:175 - 264.4.0][4]曹溆荣.色母粒应用于丙纶加工中流变行为的研究[J].国外塑料,1995,13(1):18.分3.0f[5] A C-Y Wong,NSK Nj,V L F Nj. Colouring of mouldedplastic products by the addition of colour masterbatches[ J].二2.5J Mater Proc Tech, 1997 ,63 :468.[6]康永锋.高抗冲聚苯乙烯树脂阻燃色母粒的研制[J].石1.57-21 72了化技术及应用,1999,17(3):134.[7] 刘俊龙,张淑芬, 杨锦宗.聚丙烯纤维着色技术进展[J].图4色母粒表观黏度和组成的关系曲线化工进展,000,19(3) :37.-■1- 配方1;-●-配方5:-▲-配方9。[8]张名镇,吴立峰 ,吴青机械活化方法处理钛白粉在色母从图4还可以看出,在实验条件下，配方1的表观.粒中的应用[J].塑料,1999 ,28(2):7.黏度最大,配方5次之,配方9最小，说明随着聚乙烯.9] 金日光.高分子物理[M].北京:化学工业出版社,1991:蜡含量的增加,改善了颜料与载体树脂的界面作用,熔[10]王 贵恒.高分子材料成型加工原理[ M].北京:化学工业体黏度随之降低;此外,聚乙烯蜡的加人，减小了聚乙出版社,1982:27.烯分子链的缠结作用[10] ,加速聚乙烯分子的运动,导(本文编辑SxQ)中国煤化工欢迎投稿欢迎订阅.MHCNMHG《塑料》编辑部电话:(010)84022529 ,64001675传 真:(010)84022529 ,64057552- 92