聚烯烴色母粒熔融指數(shù)影響因素的研究進展

聚烯烴色母粒熔融指數(shù)影響因素的研究進展

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，其性能指標包括表1所示的項目。其中,色相、色濃度為聚烯烴色母粒的首要指標。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)工藝對色母粒的分散性的要求差別很大,化纖類、無紡布類產(chǎn)品對色母粒中色粉的分散性和擴散性要求最高,其次是吹膜類產(chǎn)品;注塑、擠塑、吹塑、拉絲類產(chǎn)品對色母粒的分散性和擴散性要求稍低。1聚合物熔體流動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之一。原則上,聚烯烴色母粒的MI必須高于客戶所使用的樹脂的MI。熔融指數(shù)(MI),習(xí)慣上亦稱熔體流動速率(MFR),是指聚合物熔體在一定溫度、一定負荷下熔體每10min通過標準口模(2.095mm)的重量。工業(yè)上常用熔融指數(shù)以區(qū)不分不同牌號的聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂。一般來說看,分子結(jié)構(gòu)接近的前提下,MI值越低,樹脂的分子量越高。數(shù)均分子量相同時,星形高分子樹脂、樹枝型高分子樹脂、分子量分布較寬的樹脂的MI較高,線性高分子樹脂、分子量分布較窄的樹脂的MI較低。MI越大,聚合物熔體的流動性越好,但平均分子量越低。聚烯烴色母粒只是塑料加工工業(yè)中的一個中間體材料,因此必須考慮色母粒使用客戶的樹脂的性質(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使用的樹脂之間的相容性、擴散性和分散性。這樣聚烯烴色母粒的熔體流動指數(shù)MI就成為了色母粒制造和生產(chǎn)中一個很重要的控制參數(shù),它不僅影響到注射、擠出、模塑等加工過程的順利進行,而且會影響欲著色樹脂混合時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方面:一是色母粒載體的種類、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和用量;三是色母粒中選用的顏料、填充料的種類與含量;第四是色母粒中選用的潤滑劑和其它添加劑的種類和含量,最后是色母粒中填充料的種類和含量,下面分別予以介紹。2.1聚丙烯高熔體流動速率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。載體的種類和用量的選擇是決定色母粒質(zhì)量的一個首要因素。選擇載體要考慮與被著色樹脂相容性好,同時載體的流動性應(yīng)該大于被著色樹脂,且著色后不影響制品的性能,一般來說,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)的聚丙烯樹脂作為聚丙烯母粒的載體,這里請注意,以聚丙烯為載體樹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)。高熔體流動速率(MFR)的LDPE、LLDPE一方面與色母粒的傳統(tǒng)載體樹脂LDPE、LLDPE相同,兩者能夠充分混合,另一方面,高MFR的LDPE對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,高熔體流動速率(MFR)的LDPE、LLDPE和PP的選用是近年來改善色母粒性能、降低色母粒成本的一個重要途徑。一般說來,高MI的載體由于具有更好的流動性,對色粉具有更好的潤濕性,這是對色粉的均勻分散有利的;但是過高MI的載體也意味著色母粒制備過程中的熔體粘度較低,傳遞的螺桿、捏合、研磨等分散的機械力較低,這對色粉的分散又是不利的。從這個意義上,我們選擇色母粒的載體時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等市場上均存在著粒料和粉料的區(qū)別,同一個生產(chǎn)廠家提供的同一個牌號的粒料和粉料的MI可能會有一定差距,同時粉末在存放過程中,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)時均要考慮在內(nèi)。另外要特別注意的是,近年來由于色母粒廠遍地開花,行業(yè)內(nèi)競爭異常激烈和殘酷,有些色母粒廠為了降低原材料成本提高產(chǎn)品在市場上的價格競爭力選用再生料、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)都會降低樹脂以及由其制備而成的色母粒的加工熱穩(wěn)定性,導(dǎo)致樹脂和色母粒的MI值不穩(wěn)定且變化非常大,對于色母粒的使用者來說是非常不利的。一般來說,對于聚烯烴色母粒來說,相同的色母粒配方體系和制備工藝條件下,選擇高MI的樹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?shù)妮d體或添加劑潤濕顏料,減小顏料粒度的方法,稱為分散。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、密度、分子量及其分布、熔體粘度和結(jié)晶性,最關(guān)鍵的考量項目為極性和分子量及其分布。常見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。一般來說,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,母粒的外觀相對光滑潤澤。但是和高MI載體不同的是,由于分散劑通常的分子量較低,過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,不同種類和性質(zhì)的顏料及其含量對色母粒的MI的影響也是不同的。聚烯烴色母粒用的顏料包括無機顏料、有機顏料兩大類,染料較少用于聚烯烴著色(熒光染料除外)。無機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機顏料。據(jù)報道,炭黑是對色母粒的MI影響最大的顏料。有機顏料與無機顏料相比,具有著色力高、分散性好、色澤鮮艷、色譜齊全、相對密度小等優(yōu)點,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,具有更好的性價比,因此成為目前聚烯烴色母粒中顏料的主要來源。有機顏料和無機顏料對聚烯烴色母粒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、則其對色母粒MI的影響越小。一般來說,相同色粉含量下,無機顏料對色母粒的MI的影響相對較小。2.4其他添加劑的加入由于多數(shù)聚烯烴加工成型過程采用的是粒料樹脂,粉體狀的潤滑劑很難和粒狀的樹脂、色母粒等混合均勻,因此潤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械表面的外摩擦。這些摩擦作用使熔體的流動性降低,降低加工產(chǎn)率,同時嚴重的摩擦作用會使制品表面變得粗糙,缺乏光澤或形成流紋。潤滑劑的加人就是要減少以上兩種摩擦。潤滑劑主要有飽和烴、鹵代烴類、脂肪酸類、脂肪酸酷類、脂肪族酰胺類、金屬皂類、脂肪醇及多元醇類等,最常用的是金屬皂類和脂肪族酰胺類如硬脂酸鈣、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,幾乎所有的潤滑劑和添加劑的加入都會提高聚烯烴色母粒的MI值,即提高聚烯烴色母粒的流動性,這是因為無論是潤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目的,普通微米級的填充料一般是為了降低色母粒的制造成本,納米級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