CN100489024C - 功能性白色母及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白色母，其包括骨架无机粉、钛白粉、助剂和载体树脂，所述助剂包括分散剂、偶联剂和加工助剂。本发明制备的补强增韧功能性白色母粒，除具有与普通白色母粒同样增白功能外，还具有补强增韧功能。与同等增白效果的普通白色母粒相比，其钛白粉含量仅是普通白色母粒的1/2-1/4，大大节约了钛白粉的用量，显著降低产品成本。在相同填充量的情况下，使用本发明白色母填充所得制品的综合力学性能比使用普通白色母粒的制品可提高3-8%。

Description

功能性白色母及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及塑料加工领域使用的色母粒，尤其涉及白色母粒，其用于对塑料进行着色与改性。

背景技术

塑料生产加工中经常使用色母粒对其进行着色，其中白色母粒是最重要、应用最广泛的一种色母粒。白色母粒简称白色母，通常至少由着色剂、载体和分散剂制成，所用着色剂一般为钛白粉。目前市场销售普通白色母是直接将钛白粉及分散剂偶联剂、加工助剂和载体树脂按一定比例混合后，经双螺杆挤出机造粒而成。所得白色母中钛白粉含量在60％以上，由于价格昂贵的钛白粉含量较高从而导致成本非常高；而且由于钛白粉聚集成团导致其分散效果不好，使得白色母中钛白粉的利用率低。例如申请号为02135591.6的中国专利申请公开一种制备高密度聚烯烃白色母技术，其通过将颜料、部分塑料助剂和载体树脂加入高速混合器内混合，然后加入偶联剂和液体石蜡混合物搅拌，然后经双螺杆挤出机挤出制备白色母。所得白色母中颜料(钛白粉)含量为50—80wt％。

钛白粉根据制备工艺不同分锐钛型和金红石型两类，其粒径通常在0.2—0.4μm的范围内，粒径如此小的无机粉粒子表面能很大，很难以原生粒子的形式存在，而是以几十或几百个原生粒子团聚的形式存在。在目前普遍采用的制备白色母工艺中，无法将钛白粉团聚颗粒打散，因此所制得的白色母中钛白粉通常是以团聚颗粒形式存在下。当将所得白色母应用到塑料制品的过程中，钛白粉是以团聚颗粒的形式分散在制品中，无法完全发挥钛白粉的增白作用。钛白粉的化学式是：TiO₂，钛是贵重稀有金属，地球上的储量非常有限。从钛矿石中提炼TiO₂需要大量浓硫酸，产生大量污水，污染环境，所以提高钛白粉的利用率不仅具有较高的经济利益，也有较好的社会效益。

目前生产的普通白色母只有增白功能，添加量多时还会降低塑料制品的强度。

鉴于上述情况，期望得到既能对塑料增白又能对其改性的白色母，而且白色母中钛白粉利用率高、分散性好、成本低廉。

发明内容

本发明的目的在于提供既能增白又能改性的白色母，其中钛白粉利用率高、分散性好、成本低廉。

本发明的另一目的在于提供上述白色母的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供的白色母包括骨架无机粉、钛白粉、助剂和载体树脂，具体而言，优选包括以下重量配比的成分：骨架无机粉20—65份，钛白粉20—60份，各种助剂的总重量3—15份，载体树脂10—20份；更优选包括：骨架无机粉40—53份，钛白粉26—34份，各种助剂的总重量5—10份，载体树脂10—15份。

其中助剂主要包括①分散剂、②偶联剂和③加工助剂三类。

本发明还提供了上述白色母的制备方法，该方法包括：先将钛白粉团聚颗粒用高剪切力磨机，在分散剂作用下充分打散，并包覆在骨架无机粉粒子的表面上，再依次加入偶联剂、加工助剂和载体树脂，在磨机内混合均匀，最后经双螺杆挤出机造粒而成。

具体而言，上述制备方法包括：

①将钛白粉、骨架无机粉与分散剂按重量比例加入到间歇式具有高剪切力磨机内，例如球磨机、振动磨机或离心振动磨机内，研磨6—10分钟，待物料温度升至80—85℃时，加入偶联剂，继续研磨4—6分钟，再加入加工助剂和载体树脂，再研磨2—4分钟，此时物料温度可达110—120℃，出料；

②用长径比为48∶1的双螺杆挤出机造粒，制得具有补强增韧功能性的白色母粒。

以下对本发明进行详细描述。

钛白粉：

本发明中，所用钛白粉(TiO₂)为锐钛型和金红石型两种中的任意一种或两种的混合物，其粒径为0.2—0.4μm(原生粒子粒径)。

骨架无机粉：

本发明制备的白色母粒最大特点在于提高了钛白粉的利用率。这主要是通过选择粒径远大于钛白粉粒径的骨架无机粉作为核，在分散剂的作用下，利用机械能，即高剪切力磨机(例如球磨机、振动磨机或离心振动磨机)中介质球的碰撞研磨，使得钛白粉团聚颗粒被打散并以静电力或化学键力的形式吸附到骨架无机粉粒子表面，从而起到钛白粉的着色作用。当将本发明的白色母应用到塑料制品中时，包覆钛白粉的骨架无机粉的粒子均匀分散在塑料制品中，发挥与钛白粉同样的增白着色功能。由于钛白粉的团聚颗粒被打散，钛白粉是以分散的原生颗粒附着于骨架无机粉上的，避免了钛白粉的聚集现象，如此则极大提高了钛白粉的利用率，并且增白着色均匀，而且所用的骨架无机粉均是资源丰富的廉价原料，可以大幅度降低白色母的生产成本。

所用骨架无机粉通常是具有补强增韧功能的多孔网络状、纤维状或片状结构等微观结构的无机粉，例如沸石粉、煅烧高岭土、硅灰石粉、滑石粉、透闪石粉、云母粉或蒙脱土粉等，可以使用这些物质中的一种或多种，为了使骨架无机粉与钛白粉粒径匹配，使得钛白粉能良好包覆于骨架无机粉上，骨架无机粉的粒径优选为5—15μm。由于发明中所采用的骨架无机粉，例如沸石粉、煅烧高岭土、硅灰石粉、滑石粉、透闪石粉、云母粉和蒙脱土粉等，其微观结构或呈多孔状网络结构、纤维状结构或片状结构，由于骨架无机粉本身结构特性而具有良好的延性、韧性和强度等物理特性，当将具有上述特殊结构的骨架无机粉填充到塑料中时，其起到补强增韧作用，使所制得的白色母还具有良好的补强增韧性能，这是普通的白色母所不具备的。为了获得更好的补强增韧效果，可以使用上述物质的混合物作为骨架无机粉，在多种物质混合复配时，其可以任何重量配比混合而没有特别限定。

助剂：

本发明中所使用的助剂主要包括以下三类：①分散剂：例如选自液体石蜡、固体石蜡、高分子蜡(优选2000≤分子量≤20000)、硅油中的一种或多种，其重量配比为0.5—2份，分散剂的作用是促进钛白粉团聚颗粒的解聚；②偶联剂：例如选自铝酸酯、钛酸酯、铝/钛复合偶联剂、酸式亚磷酸酯、硅烷偶联剂和稀土偶联剂中的一种多种，其重量配比为1—3份，偶联剂的作用是对包覆钛白粉的有骨架无机粉粒子表面进行活化处理，以利于其在载体树脂或塑料中分散，并形成较强的亲和力；③加工助剂：例如选自硬脂酸及其盐(优选碱金属盐)、脂肪酰胺类化合物(其中优选C12—C18酸形成的脂肪酰胺化合物)、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和微晶蜡中的一种或多种，其重量配比为0.5—10份，加工助剂的作用是减小造粒过程中的摩擦力，增加物料流动，降低能耗。

载体树脂：

一般而言，制备白色母所用的载体树脂即可以用于本发明。本发明中所用的载体树脂优选为熔体速率大的树脂，例如选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯一丙烯酸共聚物(EAA)、K树脂和尼龙—12中的一种或多种。

上述本发明所使用的原料物质均可市售购得。

本发明制备的补强增韧功能性白色母粒，除具有与普通白色母粒同样增白功能外，还具有补强增韧功能。与同等增白效果的普通白色母粒相比，其钛白粉含量仅是普通白色母粒的1/2—1/4，大大节约了钛白粉的用量，显著降低产品成本。在相同填充量的情况下，使用本发明白色母填充所得制品的综合力学性能比使用普通白色母粒的制品可提高3—8％。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步描述本发明，但是本领域技术人员应该理解的是，实施例仅是用于说明本发明所要求保护的技术方案，并不对要求保护的范围产生任何影响，在不违背本发明构思精神情况下所做的等价替换或改动均属于本发明的保护范围。

实施例1

称取20Kg锐钛型钛白粉，40Kg白度大于92％，平均粒径为10μm的沸石粉和0.4Kg白油，一起加入到100立升球磨机内，研磨8分钟，物料温度达到85℃，加入1.6Kg钛酸酯偶联剂，继续研磨5分钟，再加入0.8Kg硬脂酸镁，1.2Kg聚乙烯蜡和12Kg聚乙烯，再研磨3分钟，物料温度达115℃放料。用长径比为48∶1的双螺杆挤出机造粒，制得补强增韧功能性白色母粒。

将聚乙烯与白色母按95：5重量比制备标准样条，测量其力学性能和白度，结果如下表：

 

性能	制品中TiO<sub>2</sub>含量/％	白度/％	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/％	缺口冲击强度/KJ/m<sup>2</sup>	弯曲强度/Kg/cm<sup>2</sup>
							使用普通白色母	3.5	98	165	260	12.6	362
使用实施例1白色母	1.25	97.8	172	278	13.2	375

注：普通白色母中TiO₂含量为70％

本发明白色母中TiO₂含量为25％

实施例2

称取30Kg金红石钛白粉，20Kg白度大于90％，平均粒径为12.5μm透闪石粉，16Kg白度大于92％，平均粒径为15μm的滑石粉，2Kg二乙硅油，加入到100立升离心震动磨机内，研磨6分钟，物料温度达到80℃后，加入3Kg铝/钛复合偶联剂，继续研磨4分钟，再依次加入0.8Kg硬脂酸，0.8Kg聚乙烯蜡，0.8Kg油酰胺，20Kg聚丙烯，再研磨2分钟，物料温度达120℃，出料。用长径比为48∶1的双螺杆挤出机造粒，制得补强增韧功能性白色母粒。

将聚乙烯与白色母按95：5重量比制备标准样条，测量其力学性能和白度，结果如下表：

 

性能	制品中TiO<sub>2</sub>含量/％	白度/％	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/％	缺口冲击强度/KJ/m<sup>2</sup>	弯曲强度/Kg/cm<sup>2</sup>
							使用普通白色母	3.5	97.8	264	220	16.5	340
使用实施例2白色母	1.65	98.2	272	232	16.9	352

注：普通白色母中TiO₂含量为70％

本发明白色母中TiO₂含量为33％

实施例3

称取30Kg锐钛型钛白粉和30Kg金红石型钛白粉，65Kg白度大于92％，平均粒径为10μm的沸石粉和2Kg白油，一起加入到100立升球磨机内，研磨10分钟，物料温度达到85℃，加入3Kg铝酸酯，继续研磨5分钟，再加入8Kg硬脂酸钙、2Kg聚丙烯蜡和5Kg乙烯一丙烯酸共聚物(EAA)以及15Kg聚乙烯，再研磨3分钟，物料温度达115℃放料。用长径比为48∶1的双螺杆挤出机造粒，制得补强增韧功能性白色母粒。

将聚乙烯与白色母按95：5重量比制备标准样条，测量其力学性能和白度，结果如下表：

 

性能	制品中TiO<sub>2</sub>含量/％	白度/％	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/％	缺口冲击强度/KJ/m<sup>2</sup>	弯曲强度/Kg/cm<sup>2</sup>
							使用普通白色母	3.5	98	185	230	13.6	342
使用实施例3白色母	1.4	98	194	259	13.9	355

注：普通白色母中TiO₂含量为70％

本发明白色母中TiO₂含量为25％

实施例4

称取34Kg金红石型钛白粉，50Kg白度大于90％，平均粒径为8μm的云母粉和1Kg硅油，一起加入到100立升球磨机内，研磨6分钟，物料温度达到80℃，加入2Kg硅烷偶联剂，继续研磨6分钟，再加入4Kg硬脂酸镁，1Kg聚丙烯蜡和16KgK树脂，再研磨4分钟，物料温度达120℃放料。用长径比为48∶1的双螺杆挤出机造粒，制得补强增韧功能性白色母粒。

将聚苯乙烯与白色母按95：5重量比制备标准样条，测量其力学性能和白度，结果如下表：

 

性能	制品中TiO<sub>2</sub>含量/％	白度/％	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/％	缺口冲击强度/KJ/m<sup>2</sup>	弯曲强度/Kg/cm<sup>2</sup>
							使用普通白色母	3.5	98	190	240	14.7	358
使用实施例4白色母	1.35	97.8	199	252	15.2	370

注：普通白色母中TiO₂含量为70％

本发明白色母中TiO₂含量为25％

Claims (9)

1、一种白色母，包括骨架无机粉、钛白粉、助剂和载体树脂，各成分的重量配比为：骨架无机粉20—65份，钛白粉20—60份，各种助剂的总重量3—15份，载体树脂10—20份，

其中，所述骨架无机粉为沸石粉、煅烧高岭土、硅灰石粉、滑石粉、透闪石粉、云母粉和蒙脱土粉中的一种或多种。

2、根据权利要求1所述的白色母，其特征在于，其包括以下重量配比的成分：骨架无机粉40-53份，钛白粉26—34份，各种助剂的总重量5—10份，载体树脂10—15份。

3、根据权利要求1所述的白色母，其特征在于，所述钛白粉为锐钛型和金红石型两种中的任意一种或两种的混合物。

4、根据权利要求1所述的白色母，其特征在于，所述骨架无机粉的粒径为5—15μm。

5、根据权利要求1所述的白色母，其特征在于，所述助剂由分散剂、偶联剂和加工助剂组成，其中分散剂为选自液体石蜡、固体石蜡、高分子蜡和硅油中的一种或多种，其重量配比为0.5—2份，偶联剂为选自铝酸酯、钛酸酯、铝/钛复合偶联剂、酸式亚磷酸酯、硅烷偶联剂和稀土偶联剂中的一种或多种，其重量配比为1—3份，加工助剂为选自硬脂酸及其盐、脂肪酰胺类化合物、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和微晶蜡中的一种或多种，其重量配比为0.5—10份。

6、根据权利要求1所述的白色母，其特征在于，所述载体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、乙烯—丙烯酸共聚物、K树脂和尼龙—12中的一种或多种。

7、制备权利要求1—6任一项所述白色母的方法，该方法包括：先将钛白粉团聚颗粒用高剪切力磨机，在分散剂这一助剂的作用下充分打散，并包覆在骨架无机粉粒子的表面上，再依次加入偶联剂和加工助剂这两种助剂以及载体树脂，在磨机内混合均匀，最后经双螺杆挤出机造粒而成。

8、根据权利要求7所述的方法，该方法包括：

①将钛白粉、骨架无机粉与分散剂按重量比例加入到间歇式具有高剪切力磨机内，研磨6—10分钟，待物料温度升至80—85℃时，加入偶联剂，继续研磨4—6分钟，再加入加工助剂和载体树脂，再研磨2—4分钟，此时物料温度达110—120℃，出料；

②用长径比为48∶1的双螺杆挤出机造粒，制得具有补强增韧功能性的白色母粒。

9、根据权利要求8的方法，其特征在于，所述高剪切力磨机是球磨机、振动磨机或离心振动磨机。