聚烯烴色母粒熔融指數(shù)影響因素的研究進(jìn)展

聚烯烴色母粒熔融指數(shù)影響因素的研究進(jìn)展

色母粒色法是目前采用塑料、纖維和環(huán)保色法的最常用的色度方法。聚烯烴的色度母粒主要由肥皂、載體和分散劑組成，其性能指標(biāo)包括表1所示的項(xiàng)目。其中,色相、色濃度為聚烯烴色母粒的首要指標(biāo)。分散性直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。不同的產(chǎn)品、不同的生產(chǎn)工藝對(duì)色母粒的分散性的要求差別很大,化纖類(lèi)、無(wú)紡布類(lèi)產(chǎn)品對(duì)色母粒中色粉的分散性和擴(kuò)散性要求最高,其次是吹膜類(lèi)產(chǎn)品;注塑、擠塑、吹塑、拉絲類(lèi)產(chǎn)品對(duì)色母粒的分散性和擴(kuò)散性要求稍低。1聚合物熔體流動(dòng)性聚烯烴是典型的熱塑性聚合物,在熔融狀態(tài)下加工成最終制品的,和其配套使用的色母粒和功能母粒必須與其有良好的互容性,熔融指數(shù)(MeltingIndex)成為聚烯烴色母粒的最重要的性能指標(biāo)之一。原則上,聚烯烴色母粒的MI必須高于客戶(hù)所使用的樹(shù)脂的MI。熔融指數(shù)(MI),習(xí)慣上亦稱(chēng)熔體流動(dòng)速率(MFR),是指聚合物熔體在一定溫度、一定負(fù)荷下熔體每10min通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)口模(2.095mm)的重量。工業(yè)上常用熔融指數(shù)以區(qū)不分不同牌號(hào)的聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂。一般來(lái)說(shuō)看,分子結(jié)構(gòu)接近的前提下,MI值越低,樹(shù)脂的分子量越高。數(shù)均分子量相同時(shí),星形高分子樹(shù)脂、樹(shù)枝型高分子樹(shù)脂、分子量分布較寬的樹(shù)脂的MI較高,線性高分子樹(shù)脂、分子量分布較窄的樹(shù)脂的MI較低。MI越大,聚合物熔體的流動(dòng)性越好,但平均分子量越低。聚烯烴色母粒只是塑料加工工業(yè)中的一個(gè)中間體材料,因此必須考慮色母粒使用客戶(hù)的樹(shù)脂的性質(zhì),必須保證其提供的色母粒與使用者的其他原材料的性質(zhì)相匹配,最重要考慮的是色母粒和客戶(hù)使用的樹(shù)脂之間的相容性、擴(kuò)散性和分散性。這樣聚烯烴色母粒的熔體流動(dòng)指數(shù)MI就成為了色母粒制造和生產(chǎn)中一個(gè)很重要的控制參數(shù),它不僅影響到注射、擠出、模塑等加工過(guò)程的順利進(jìn)行,而且會(huì)影響欲著色樹(shù)脂混合時(shí)的顏料分散程度和均勻性。2色母粒的選擇影響聚烯烴色母粒MI的因素主要包括五個(gè)方面:一是色母粒載體的種類(lèi)、載體的MI和載體在色母粒中所占的比例;二是色母粒中所選用的分散劑的種類(lèi)和用量;三是色母粒中選用的顏料、填充料的種類(lèi)與含量;第四是色母粒中選用的潤(rùn)滑劑和其它添加劑的種類(lèi)和含量,最后是色母粒中填充料的種類(lèi)和含量,下面分別予以介紹。2.1聚丙烯高熔體流動(dòng)速率mfr-色母粒載體的選擇載體是色母粒的基體,并可使色母粒成規(guī)則、均勻的顆粒狀。載體的種類(lèi)和用量的選擇是決定色母粒質(zhì)量的一個(gè)首要因素。選擇載體要考慮與被著色樹(shù)脂相容性好,同時(shí)載體的流動(dòng)性應(yīng)該大于被著色樹(shù)脂,且著色后不影響制品的性能,一般來(lái)說(shuō),聚烯烴用色母粒常用MI為10～100g/10min(190℃/2.16kgf)的LDPE、LLDPE或者不同MI的LDPE、LLDPE的混合物作為載體,也經(jīng)常用MI為10～50g/10min(230℃/2.16kgf)的聚丙烯樹(shù)脂作為聚丙烯母粒的載體,這里請(qǐng)注意,以聚丙烯為載體樹(shù)脂的聚烯烴色母粒原則上只能用于聚丙烯產(chǎn)品的加工生產(chǎn),而已LDPE、LLDPE、MDPE、MLDPE為載體樹(shù)脂的聚烯烴色母粒既可以用于聚乙烯產(chǎn)品的加工生產(chǎn),也可以適用于聚丙烯產(chǎn)品的加工生產(chǎn)。高熔體流動(dòng)速率(MFR)的LDPE、LLDPE一方面與色母粒的傳統(tǒng)載體樹(shù)脂LDPE、LLDPE相同,兩者能夠充分混合,另一方面,高M(jìn)FR的LDPE對(duì)色母粒體系的豁度有調(diào)節(jié)作用,又可將其視為分散劑。因此,高熔體流動(dòng)速率(MFR)的LDPE、LLDPE和PP的選用是近年來(lái)改善色母粒性能、降低色母粒成本的一個(gè)重要途徑。一般說(shuō)來(lái),高M(jìn)I的載體由于具有更好的流動(dòng)性,對(duì)色粉具有更好的潤(rùn)濕性,這是對(duì)色粉的均勻分散有利的;但是過(guò)高M(jìn)I的載體也意味著色母粒制備過(guò)程中的熔體粘度較低,傳遞的螺桿、捏合、研磨等分散的機(jī)械力較低,這對(duì)色粉的分散又是不利的。從這個(gè)意義上,我們選擇色母粒的載體時(shí)并不是所選擇的載體的MI越高越好,而是要結(jié)合色母粒配方體系和自有的加工設(shè)備和工藝條件優(yōu)化篩選。LDPE、LLDPE、HDPE、PP等市場(chǎng)上均存在著粒料和粉料的區(qū)別,同一個(gè)生產(chǎn)廠家提供的同一個(gè)牌號(hào)的粒料和粉料的MI可能會(huì)有一定差距,同時(shí)粉末在存放過(guò)程中,氧化、紫外線等等都可能使得高分子斷鏈而成為低分子片段從而造成樹(shù)脂的熔融指數(shù)上升,這些因素色母粒制造商在選料和控制品質(zhì)時(shí)均要考慮在內(nèi)。另外要特別注意的是,近年來(lái)由于色母粒廠遍地開(kāi)花,行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈和殘酷,有些色母粒廠為了降低原材料成本提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力選用再生料、副牌料等部分或者全部替代新料作為色母粒制備的載體,這些再生料、副牌料中所含有的催化劑殘留、添加劑殘留以及雜質(zhì)都會(huì)降低樹(shù)脂以及由其制備而成的色母粒的加工熱穩(wěn)定性,導(dǎo)致樹(shù)脂和色母粒的MI值不穩(wěn)定且變化非常大,對(duì)于色母粒的使用者來(lái)說(shuō)是非常不利的。一般來(lái)說(shuō),對(duì)于聚烯烴色母粒來(lái)說(shuō),相同的色母粒配方體系和制備工藝條件下,選擇高M(jìn)I的樹(shù)脂載體所制得的色母粒的MI也較高,所得的色母粒具有光滑、均勻的外觀。2.2分散劑的影響在塑料著色中,使用適當(dāng)?shù)妮d體或添加劑潤(rùn)濕顏料,減小顏料粒度的方法,稱(chēng)為分散。顏料的著色性能主要取決于所獲得的分散狀態(tài),它的著色效果與其粒子大小和分布均勻程度密切相關(guān)。分散劑的性能主要是其極性、熔點(diǎn)、密度、分子量及其分布、熔體粘度和結(jié)晶性,最關(guān)鍵的考量項(xiàng)目為極性和分子量及其分布。常見(jiàn)的用于色母粒的分散劑包括低分子蠟、離子聚合物、硬脂酸鹽類(lèi)等,低分子蠟包括聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、EVA蠟等。一般來(lái)說(shuō),分散劑的極性越小(例如聚乙烯蠟)、用量越多、分子量越低、分子量越寬,則所得到的聚烯烴色母粒的MI也越高,母粒的外觀相對(duì)光滑潤(rùn)澤。但是和高M(jìn)I載體不同的是,由于分散劑通常的分子量較低,過(guò)多的分散劑加入色母粒配方體系后由于和載體的相容性較差可能會(huì)析出附著在色母粒的表面形成一層霧狀覆蓋層,導(dǎo)致色母粒外觀灰蒙蒙的不艷麗。2.3其他聚合物原料眾所周知,色母粒最原始也是最關(guān)鍵的功能是著色,因此顏料是色母粒中最核心的成分,不同種類(lèi)和性質(zhì)的顏料及其含量對(duì)色母粒的MI的影響也是不同的。聚烯烴色母粒用的顏料包括無(wú)機(jī)顏料、有機(jī)顏料兩大類(lèi),染料較少用于聚烯烴著色(熒光染料除外)。無(wú)機(jī)顏料通常是金屬的氧化物、硫化物和硫酸鹽、鉻酸鹽、鋁酸鹽等鹽類(lèi)以及炭黑。鈦白粉和炭黑是應(yīng)用于塑料著色的兩種非常重要的無(wú)機(jī)顏料。據(jù)報(bào)道,炭黑是對(duì)色母粒的MI影響最大的顏料。有機(jī)顏料與無(wú)機(jī)顏料相比,具有著色力高、分散性好、色澤鮮艷、色譜齊全、相對(duì)密度小等優(yōu)點(diǎn),按分子結(jié)構(gòu)可分為偶氮顏料、酞菁顏料、雜環(huán)顏料、色淀顏料、熒光顏料、熒光增白劑等等。由于其和聚烯烴具有更好的相容性和更高的著色力,具有更好的性?xún)r(jià)比,因此成為目前聚烯烴色母粒中顏料的主要來(lái)源。有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料對(duì)聚烯烴色母粒MI的影響主要由顏料粒子的結(jié)構(gòu)、孔徑大小及分布、比表面積、吸油量等因素引起。顯然,顏料的粒子結(jié)構(gòu)越接近緊密的圓球形、平均孔徑越大、比表面積越小、吸油量越低、則其對(duì)色母粒MI的影響越小。一般來(lái)說(shuō),相同色粉含量下,無(wú)機(jī)顏料對(duì)色母粒的MI的影響相對(duì)較小。2.4其他添加劑的加入由于多數(shù)聚烯烴加工成型過(guò)程采用的是粒料樹(shù)脂,粉體狀的潤(rùn)滑劑很難和粒狀的樹(shù)脂、色母粒等混合均勻,因此潤(rùn)滑劑和其它添加劑一般是加在色母粒中或者功能母粒中的。聚合物加工成型過(guò)程中存在著兩種摩擦:熔融聚合物分子、顏料、添加劑之間的內(nèi)摩擦和聚合物熔體與加工機(jī)械表面的外摩擦。這些摩擦作用使熔體的流動(dòng)性降低,降低加工產(chǎn)率,同時(shí)嚴(yán)重的摩擦作用會(huì)使制品表面變得粗糙,缺乏光澤或形成流紋。潤(rùn)滑劑的加人就是要減少以上兩種摩擦。潤(rùn)滑劑主要有飽和烴、鹵代烴類(lèi)、脂肪酸類(lèi)、脂肪酸酷類(lèi)、脂肪族酰胺類(lèi)、金屬皂類(lèi)、脂肪醇及多元醇類(lèi)等,最常用的是金屬皂類(lèi)和脂肪族酰胺類(lèi)如硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、硬脂酸鋅,硬脂酸酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、EBS等。其它添加劑包括抗氧化劑、紫外光吸收劑、抗靜電劑等等,加入的目的是為了保證色母粒制備加工過(guò)程中的熱氧穩(wěn)定性、成品加工的熱氧穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性及抗靜電性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),幾乎所有的潤(rùn)滑劑和添加劑的加入都會(huì)提高聚烯烴色母粒的MI值,即提高聚烯烴色母粒的流動(dòng)性,這是因?yàn)闊o(wú)論是潤(rùn)滑劑還是其它添加劑,均為分子量小于1000的低分子物質(zhì),和色母粒中的載體、分散劑的分子量的差異較大,不能與色母粒的載體和分散劑相容性。2.5填充料表面處理聚烯烴色母粒中加入填充料通常有兩個(gè)目的,普通微米級(jí)的填充料一般是為了降低色母粒的制造成本,納米級(jí)和特殊處理的填充料據(jù)有提高顏料的分散性和著色力的作用。常用的填充料包括重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣、重晶石硫酸鋇、輕質(zhì)硫酸鋇、滑石粉、硅藻土、高嶺土、白炭黑等等。由于填充料粒徑具有較大的比表面積和孔隙率,因此一般是降低色母粒的MI值的