凹凸棒土在聚烯烃红色母粒中的应用

塑料2011年40卷第6期王二昭等一-凹凸棒土在聚烯烃红色母粒中的应用凹凸棒土在聚烯烃红色母粒中的应用王三昭,丁筠,王孝明 ,冯炎聪,林光强,乔辉,吴立峰(北京化工大学,北京100029)摘要:将凹凸棒土与有机红颜料采用直接混合法进行混合,制成色母粒,并将色母粒添加到树脂里,采用平板硫化仪在不同温度下制备色板。利用测色仪测定色板的着色力及色差,研究其对色母粒色彩性能及耐热性能的影响,并通过SEM观察了凹凸棒土、颜料及两者混合后的微观形态。结果表明:用凹凸棒土可替代纯的有机红颜料,当替代比例小于20 %时,制成的色母粒对塑料制品的色彩性能基本保持不变,此外,相比于纯的有机红颜料,凹凸棒土替代有机红颜料比例为20 %时,颜料在聚烯烃塑料中的耐热温度可提高15心左右。关键词;凹凸棒土;聚烯烃;耐热性能;色彩性能;有机红颜料中图分类号:TQ325.1文献标识码:A 文章编号:1001 - 9456(2011 )06 -0068 -03Application of Attapulgite on the Red Polyolefine MasterbatchWANG San-zhao, DING Yun, W ANG Xiao-ming, FENG Yan-cong, LIN Guang-qiang,QIAO Hui，WU Li-feng( Beijing University of Chemical Technology , Beijing 100029 ,China)Abstract:The polyolefine masterbatch was preparted by adding attapulgite into the red pigment, and then the msstrbatchwas added into the resin to prepare swatches by using vulcameter at different temperatures. The efeet of attapulgite on the colorproperties and heat resistance of polyolefine masterbatch was studied through the coloring strength and OE measured by colorphotometer of the swatches made of color masterbatch. And the morphology of attapulgite ，pigment and the swatches made bymasterbatch Was obberved through SEM. The results showed that attapulgite could be used 88 a substitute of partial pigment,when the proportion of attapulgite was less than 20 % ,the color properties of awatches were almost no changes. And when theproportion was 20 % , the heat resistance of the pigmente in plastice increased about 15 C compared to the pigment withoutreplaced by atapulgite.Key words: atapulgite ;polyolefne ; heat resistance ;color properties ;red pigment色母粒亦称颜料浓缩物,是目前塑料着色最常用的着色剂。合好的颜料制备成低浓度色母粒(20%),研究凹凸櫸土对聚烯色母粒是将颜料按20%~80%比例经双螺杆挤出均匀地分散烃色母粒色彩性能和热稳定性的影响。到树脂中而制得的颜色颗粒"。1实验部分凹凸棒土是一种具纤维纹理层链状过渡结构的含水富镁硅1.1实验原料酸盐为主的黏土矿,在矿物学上属于海泡石族。由于凹凸棒土低密度聚乙烯(LDPE):1F7B,北京燕化石油化工股份有限具备许多优良的特征,如具有较好的吸附能力,独特的分散性，公司;耐高温、抗盐碱,有较高的可塑性及粘结力,矿物本身质轻、性聚乙烯蜡:LPE4[F] ,北京化工大学精细化工厂;脆吸水性强,干燥后收缩小,不大显裂纹,水浸泡崩散悬浮液有机红颜料:永固红FSR,上海宏达着色剂厂;遇电解质不絮凝,不沉淀,所以凹凸棒土的应用范围相当广泛。凹凸棒土:江苏点金石凹土研究开发有限公司。据文献|2-4)报道,在颜料为干粉状态下混人纳米BaSO、纳1.2 仪器与设备米CaCO,制成低浓度色母粒(颜料浓度为20 %),纳米BaSO..双辊混炼机:XH401B,东莞锡华精密检测仪器;纳米CaCO,瞽代部分颜料后不会影响被着色制品的色彩性能,电动加硫成型机:XH406,东莞锡华精密检测仪器;并可以提高颜料分散性。积分球式测色仪:Color i5 ,爱色丽有限公司。实验中将凹凸棒土加入到颜料干粉中进行混合,将该预混中国煤化工●收稿日期:2011 -05 -06 .MHCNMH G作者简介:王三昭(1987-),男,在读硕士研究生。通信联系人:乔辉(1958-),女.副教授,研究方向:色母粒及功能母粒。E-mail:qiaoh@ 263. net。一68-塑料王三昭等一凹凸椿 +.在聚龉烃红色母較中的应用2011年40卷第6期.3 实验步骤X、Y、Z三个数值来表示,称为三刺激值。CIELAB 色空间良好将凹凸棒土按照色母粒配方(表1)定量与颜料于粉进行预的平衡结构是基于一种颜色不能同时既是绿又是红,也不能同混合,用于制备聚烯烃色母粒。色母粒的制备实验工艺流程如时既是蓝又是黄这个理论建立的,而L*、a+ b*值可由三刺图1所示。激值共同确定。当一种颜色用L*、* .b*表示时,L*表示明度,a*、b*表示色度坐标，+a+为红色方向，一目●为绿色方载体树脂向;+b*是黄色方向,-b*为蓝色方向。L*、a*和b*值可颜料仪辊混炼+造粒由式(1)、(2)和(3)计算得出')!:双辊混炼L° = 116(Y/Yn)1/3 - 16(1)分散剂树脂= 500[(X/Xn)1/3 - (Y/Yn)1/3](2)b* = 200[(Y/Yn)1/3 - (Z/Zn)1/3](3色彩性能式中,X、Y、2一物体的三刺激值;Xn、Yn、Zn-理想反射散光器|硫化仪制备色板的三刺激色数值;L°一明度;a"、b"一色度坐标。耐热性可以利用L、a"、b°三个数值来表示色母粒的色彩性能。圈1色母粒的制备实验工艺流程圈如表2可以知,凹凸棒土的加入对色板亮度L'值基本.上没用双辊混炼机将含有不同比例凹凸棒土的颜料制备色母有影响,说明凹凸棒土的加人对色板制品的光泽度没有什么影粒。双辊混炼机温度保持在105 C左右,首先加人载体树脂,混响。由于制备的是红色色母粒,可用a*值来评价色板制品的着合2~3 min,均匀分散后加入分散剂,混合3 min左右,加入颜色性能,从表中可以看出,a“值的变化趋势大体上随着凹凸棒料,混炼10 min,下片并造粒,制得色母粒。其中色母粒中颜料土加人量的增加，呈先增后减得趋势,但是整体变化幅度很细和凹凸棒土的总质量含量为20 %。具体配方如表1所示。微.说明凹凸棒土的加入对制品着色效果基本上没有影响。表1制备色母粒实验配方喪2不同比例凹凸榛土替代颜料对色板L° .a* b"值的影响编号树脂/g分散剂/g颜料/g凹凸棒土/g替代比例/%71020036. 8832.9220.66936. 6633.0820.43708136.7533.2520.6136. 8032.7520.451636. 4731. 9720.042:36.6332.0119.957(3036. 40.31. 6019. 91将制备好的色母粒分别加入到100 g LDPE中,采用硫化仪2.1.2 凹凸櫸 土对色板反射率曲线的影响制备色板,使色板中颜料和凹凸棒土总质量含量为0.4 %。由图2可知,当替代比例小于20 %时,色板的反射率曲线1.4 性能测试基本上与不替代的色板的反射率曲线重合.由色彩理论可知,每色彩性能测试,采用测色仪对色板进行反射率、L"、a*、b"种颜色都有特定的反射率曲线与之对应。如果反射率整体提值及色差的测试。高,表明该颜色明度提高,即颜色变浅。在图2中,凹凸棒土的耐热性能测试,首先将制品色板分别在180 ,190，200、210、加人并没有改变反射率曲线的基本形状,也没有使反射率大幅220、230、240 C温度下保温5 min,待冷却24 h后采用测色仪进提高。表明凹凸棒土的加人没有改变色母粒对制品的着色效行反射率.L"、a°、b°值及色差的测试。果。这是因为虽然凹凸棒土替代部分颜料加人到色母粒体系2结果讨论.中,使颜料的质量分数降低,但凹凸襦土对体系中颜料粒子起到2.1 凹凸棒土对色板色彩性能的影响了阻隔的作用,减小了颜料的团聚,一定程度上改善了颜料的分色彩性能是色母粒有别于其他功能母粒最重要的性能,可散性,使体系中的颜料有效浓度并未降低,色母粒对塑料制品的以通过研究其制品的反射率、L"、a、b"值及色差等指标对色着色效果没有受到影响。彩性能做出较为全面的评价。2.1.3凹凸棒中国煤化工2.1.1凹凸棒土对色板L° 、a"、b"值的影响色差是人们:YHCN MH G是对色彩变化的CIEL'a"b"色空间是由L*、8*和b* 构成的直角坐标整体评价,即为七、、b值之间的天系。色差越大,说明两种系。在CIE标准色度学系统中规定,任何物体的颜色都可以用颜色差异越大。当两种颜色的色差小于某一定值(一般为3)一69一塑料2011年40卷第6期王三昭等一凹凸櫸 土在聚烯烃红色母粒中的应用要求。表3不同比例凹凸棒土替代颜料对色板色差OE的影响isfnof替代比例/% 0 5115 202:30县256色差OE0.36 0.36 0.28 1.21 1.18 1. 60.费20fs5of2.2凹 凸棒土对色板热稳定性的影响颜料在塑料中的耐热温度是指制品色差AE≤3时的温度,350400450500550600650700750从图4中可以看出,凹凸棒土替代颜料20%的色板的色差随着波长/nm温度变化的趋势比不替代的色板的要平缓,说明凹凸棒土的加■-不替代:-●-替代5%:-▲-替代10%;-▼-替代15%;人延缓了色板的变色趋势,增加了色板的耐热温度,另外,从图1-替代20%:一一楼代25%:-◆-替代30%。中可以看出,相比不替代的色板,凹凸棒土替代颜料20%的色圈2不同比例凹凸棒土替代颠料对色板反射率曲线的影响板的耐热温度提高了15 C左右,有利于拓宽制品的应用范围。时,人的眼睛就无法区分这两种颜色之间的差异,不会在视觉上产生色差,就可认为该样板是合格的,可满足塑料着色的要求。我国色母粒现行的三个行业标准也以OE小于或等于3作为衡量色差的指标(6-8)。在图3中,大圆内的区域(OE小于或等于3)表示行业标准,小圆里的区域( QE小于或等于1)表示更高的色差要求。180190200210220230240温度/C-■-不替代:一●-替代20 %。+Da5團4凹凸棒土对色板耐 热性能的影响2.3微观形 态图5中,(a)为红色颜料的微观形态,(b)为凹凸棒土的微-DL5-Db5观形态,其结构上呈长宽比很高的纤维状或窄带状,(c)为凹凸圈3 L".a" 、b*的关系圈棒土替代颜料20%制品断口的SEM电镜相片，从图中可以看由表3可知，凹凸棒土替代颜料比例从5 %到30 %制成出,凹凸棒土替代颜料后分布在颜料粒子之间,阻隔颜料粒子的的色板的色差均低于3,均满足塑料着色的要求，另外,当替代团聚,起到了促进分散的作用,从而使体系的着色性能并未降比例低于20 %时,色板的色差均低于1,可以满足更高的色差低,这与色彩性能的测试结果相符。CIOO 2012emxa)(bc)(曰)颇料;(b)凹凸棒土;(c)凹凸棒土替代额料20 %。图5有机红颠料、凹凸棒及凹凸棒土簪代颜料20 %的SEM电镜坦片中国煤化工所以,将凹凸棒土应用于有机颜料中,不仅可以节省部分颜体系中颜料浓度YHCNMHG会降低。然而,从.料,节省成本,对塑料着色效果不产生影响,而且还能提高颜料实验结果可知,山t上的加八出你质量分数降低了，在塑料中的耐热温度。凹凸棒土替代部分颜料,降低了被着色(下转125页)一70-塑料秦柳等一-气体阳隔材 料制备技术的研究进展2011年40卷第6期[19]陈昌杰共挤出复合成膜法的特点及工艺应用[J].中国包装报, .[32]曾广礼,杨文平丁.腈橡胶/三元尼龙共混体在密封件的应用研究2005(3):28 -31. .[J]. 1992,7(5):28 -32.[20] 梁多平,严志强,周姝萌.尼龙6/粘接聚乙烯/聚乙烯共挤出复合[33] Eitzman D M , Melkote R R,Cusser E L. 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