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CN105400154A - 一种生物降解塑料色母粒及其制备方法 - Google Patents

一种生物降解塑料色母粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物降解塑料色母粒及其制备方法，按重量百分比计量称取以下组分：生物降解塑料载体60~85％，填料0~15％，颜料5~25％，助剂2~9％；将各组分加入混料器，混合均匀后，加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，冷却切粒，即得；其中，所述生物降解塑料载体为聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、及聚丁二酸丁二醇酯中的一种或两种以上，所述填料为二氧化硅和/或碳酸钙，所述颜料为无机颜料或有机颜料，所述助剂由偶联剂、增塑剂及润滑剂组成。本发明制得的色母粒物化性能优异，避免了生物降解塑料中混入不可降解塑料成分，解决了生物降解塑料造粒着色的费时费力，以及颜料对生物降解塑料性能的影响等问题。

Description

一种生物降解塑料色母粒及其制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种生物降解塑料色母粒及其制备方法。
背景技术
随着塑料工业的不断发展，塑料的需求量也随之大量增加。由于塑料不容易分解回收，其废弃物也成为有害垃圾，污染着环境。
生物降解塑料由于具有良好的降解性，可广泛应用于各行各业。塑料制品由颜料色粉着色时，颜料一般是粉状，添加和混合时容易飞扬，被人体吸入后将影响操作人员的健康，不利于环境的洁净；使用者通过色粉给生物基降解塑料着色，费时费力、颜色不均匀，且造成材料性能下降。
色母粒是20世纪60年代开发的一种塑料着色产品，它是把颜料超常量均匀的载附于树脂中而制得的聚合物的复合物，具有使用方便、色泽稳定的优点。但是，目前还没有生物降解塑料色母粒。使用普通的非降解塑料的色母粒来着色，使得生物降解塑料混入了非降解塑料成分，带来了性能下降以及不能完全降解的隐患。
据相关资料获悉，全球生物降解塑料的年均需求增长率约15%，中国将成为生物降解塑料需求量增长最快的市场，也滋生出更多色彩的需求，需要通过添加生物降解塑料色母粒来满足客户市场所需，未来色母粒将朝着多功能化、高颜色含量和高技术含量方向发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物降解塑料色母粒及其制备方法，通过将颜料添加到可生物降解的原料中，在不影响原料物理性能的基础上，实现优越的相容性和使用寿命。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种生物降解塑料色母粒，按重量百分比计，由以下组分组成：生物降解塑料载体60~85％，填料0~15％，颜料5~25％，助剂2~9％；
其中，所述生物降解塑料载体为聚乳酸（PLA）、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）、及聚丁二酸丁二醇酯（PBS）中的一种或两种以上。
优选地，所述填料为二氧化硅（SiO2）和/或碳酸钙（CaCO3），所述颜料为无机颜料或有机颜料，所述助剂由偶联剂、增塑剂及润滑剂组成，偶联剂、增塑剂及润滑剂均分别占助剂的重量百分比为30%~35%。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述增塑剂为己二酸二甘醇酯和/或甘油；所述润滑剂为油酸酰胺或芥酸酰胺。
优选地，所述生物降解塑料色母粒的形状为柱状。
上述生物降解塑料色母粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将按重量百分比计量的各组分加入混料器中，混合至均匀，得到混合物料；
（2）将步骤（1）所得的混合物料加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，冷却切粒，即得。
优选地，步骤（1）中所述混料器的转速为600~1000转/分钟，温度不高于50℃，搅拌混合10~30分钟。
优选地，步骤（2）中所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的长径比为37:1~50:1，转速为300~450转/分钟。
进一步，所述双螺杆挤出机从进料端至出料端均分为五个区，温度依次设置为：第一区90℃±5℃，第二区110℃~130℃，第三区150℃~170℃，第四区及第五区均为160℃~185℃。
优选地，步骤（2）中所述冷却切粒采用风冷热切造粒。
所述生物降解塑料载体均为普通市售产品；所述填料的粒径均为微米级；所述颜料是环保无毒的有机颜料或无机颜料，其中，常用的有机颜料包括永固红、酞菁蓝、酞菁绿、耐晒大红、永固黄、大紫等，常用的无机颜料包括金红石钛白粉、炭黑、群青等；所述生物降解色母粒的颜色有大红、橙色、黄色、绿色、天蓝、紫色、灰色、黑色、白色等，并可以复配成各种潘通色卡颜色；所述助剂为普通市售产品，起到增强粘合力、润滑及增加硬度的作用。
本发明以生物降解塑料为载体，加上颜料、填料及助剂，经过双螺杆挤出机挤出，制得生物降解塑料色母粒，其颜料分散性优异，并与生物降解塑料具有良好的匹配性；由于生物降解塑料载体将颜料和空气、水分隔离，有利于保持颜料的化学稳定性；色母粒与待着色树脂的颗粒度相近，在计量上更方便准确，混合时不会粘附于容器上，与待着色树脂的混合也较均匀，因此保证了色母粒添加量的稳定，从而保证了不同批次制品颜色的稳定；色母粒着色时，不会产生粉尘；保护了操作人员的健康及环境的清洁。
总之，本发明制得的色母粒物化性能优异，代替非降解塑料色母粒的使用，避免了生物降解塑料中混入不可降解的塑料成分，解决了生物降解塑料造粒着色的费时费力，以及颜料对生物降解塑料性能的影响等问题，可广泛应用于传统塑料加工工艺中，如注塑、吹塑、吹膜、片材等。
实施例1
一种白色柱状、PBAT专用的生物降解塑料色母粒，由以下组分按重量百分比计量组成：PBAT：70%，微米级SiO2：6%，金红石钛白粉颜料：20%，硅烷偶联剂：1.25%，己二酸二甘醇酯：1.35%，油酸酰胺：1.4%；
上述生物降解塑料色母粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将按重量百分比计量的各组分加入高速混料器中，混料器的转速为700转/分钟，温度不高于50℃，搅拌混合20分钟至均匀，得到混合物料；
（2）将步骤（1）所得的混合物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，风冷热切造粒，即得。
其中，PBAT为巴斯夫公司的普通市售产品；双螺杆挤出机的长径比为42：1，转速为400转/分钟；双螺杆挤出机从进料端至出料端均匀分为五个区，温度依次设置为：第一区90℃，第二区110℃，第三区150℃，第四区160℃，第五区160℃。
实施例2
一种黄色柱状、PLA专用的生物降解塑料色母粒，由以下组分按重量百分比计量组成：PLA：65%，微米级SiO2：10%，永固黄颜料：19%，硅烷偶联剂：2%，己二酸二甘醇酯：2%，油酸酰胺：2%；
上述生物降解塑料色母粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将按重量百分比计量的各组分加入高速混料器中，混料器的转速为800转/分钟，温度不高于50℃，搅拌混合10分钟至均匀，得到混合物料；
（2）将步骤（1）所得的混合物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，风冷热切造粒，即得。
其中，PLA为NatureWorks公司的普通市售产品；双螺杆挤出机的长径比为48：1，转速为450转/分钟；双螺杆挤出机从进料端至出料端均匀分为五个区，温度依次设置为：第一区90℃，第二区120℃，第三区160℃，第四区180℃，第五区175℃。
实施例3
一种黑色柱状、PBS专用的生物降解塑料色母粒，由以下组分按重量百分比计量组成：PBS：75%，微米级CaCO3：4%，炭黑颜料：15%，硅烷偶联剂：1.9%，甘油：2%，芥酸酰胺：2.1%；
上述生物降解塑料色母粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将按重量百分比计量的各组分加入高速混料器中，混料器的转速为600转/分钟，温度不高于50℃，搅拌混合30分钟至均匀，得到混合物料；
（2）将步骤（1）所得的混合物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，风冷热切造粒，即得。
其中，PBS为江苏瑞生公司的普通市售产品；双螺杆挤出机的长径比为48：1，转速为350转/分钟；双螺杆挤出机从进料端至出料端均匀分为五个区，温度依次设置为：第一区95℃，第二区110℃，第三区150℃，第四区160℃，第五区160℃。
实施例4
一种大红色柱状、生物降解塑料通用的生物降解塑料色母粒，由以下组分按重量百分比计量组成：PBAT：35%，PLA：30%，微米级CaCO3：6%，微米级SiO2：6%，耐晒大红颜料：14%，硅烷偶联剂：3%，己二酸二甘醇酯：1%，甘油：2%，芥酸酰胺：3%；
上述生物降解塑料色母粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将按重量百分比计量的各组分加入高速混料器中，混料器的转速为600转/分钟，温度不高于50℃，搅拌混合30分钟至均匀，得到混合物料；
（2）将步骤（1）所得的混合物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，风冷热切造粒，即得。
其中，双螺杆挤出机的长径比为48：1，转速为400转/分钟；双螺杆挤出机从进料端至出料端均匀分为五个区，温度依次设置为：第一区90℃，第二区130℃，第三区160℃，第四区175℃，第五区175℃。
以上实施例制得的生物降解塑料色母粒，具有着色均匀、色泽鲜艳、色牢度高、成本低，加工工艺易于控制等优点。以上所述是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的改进和润饰，均视为在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种生物降解塑料色母粒，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分组成：生物降解塑料载体60~85％，填料0~15％，颜料5~25％，助剂2~9％；
其中，所述生物降解塑料载体为聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、及聚丁二酸丁二醇酯中的一种或两种以上。
2.如权利要求1所述的生物降解塑料色母粒，其特征在于：所述填料为二氧化硅和/或碳酸钙，所述颜料为无机颜料或有机颜料，所述助剂由偶联剂、增塑剂及润滑剂组成，偶联剂、增塑剂及润滑剂均分别占助剂的重量百分比为30%~35%。
3.如权利要求2所述的生物降解塑料色母粒，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述增塑剂为己二酸二甘醇酯和/或甘油；所述润滑剂为油酸酰胺或芥酸酰胺。
4.如权利要求1至3中任一所述的生物降解塑料色母粒，其特征在于：所述生物降解塑料色母粒的形状为柱状。
5.如权利要求4所述生物降解塑料色母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将按重量百分比计量的各组分加入混料器中，混合至均匀，得到混合物料；
（2）将步骤（1）所得的混合物料加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，冷却切粒，即得。
6.如权利要求5所述生物降解塑料色母粒的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述混料器的转速为600~1000转/分钟，温度不高于50℃，搅拌混合10~30分钟。
7.如权利要求5所述生物降解塑料色母粒的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的长径比为37:1~50:1，转速为300~450转/分钟。
8.如权利要求7所述生物降解塑料色母粒的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机从进料端至出料端均分为五个区，温度依次设置为：第一区90℃±5℃，第二区110℃~130℃，第三区150℃~170℃，第四区及第五区均为160℃~185℃。
9.如权利要求5所述生物降解塑料色母粒的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述冷却切粒采用风冷热切造粒。
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