一种高耐候阻燃性聚丙烯色母粒的制备方法

详细介绍:
 

技术领域：

本发明涉及聚丙烯色母粒技术领域，具体涉及一种高耐候阻燃性聚丙烯色母粒的制备方法。

背景技术：

聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。共聚物型的PP材料有较低的热变形温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性，强抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好，不存在环境应力开裂问题。

聚丙烯制品加工时经常需要添加色母粒对其进行着色，以突显各种不同的色彩。以往的色母粒材料单独作为着色用，使用时还需要添加抗氧剂、耐候剂和阻燃剂等辅料以达到使用需求。由于色母、辅料的比重不一，容易出现分层现象从而导致着色性能不稳定。针对这一问题，我们开发出一种聚丙烯色母粒的制备方法，制得的聚丙烯色母粒不仅着色效果好，而且耐候性和阻燃性好。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高耐候阻燃性聚丙烯色母粒的制备方法，所制聚丙烯色母粒与聚丙烯相容性好且环保性强。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种高耐候阻燃性聚丙烯色母粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)分子筛原粉的活化：先将4A分子筛原粉置于100-110℃烘箱中干燥至恒重，并于500-600℃下焙烧1-3h，即得活化分子筛原粉；

(2)载体的制备：将活化分子筛原粉分散于无水乙醇中，再加入烯丙基缩水甘油醚、二甲基丙烯酸镁和引发剂，然后加热至回流状态保温搅拌反应，聚合反应结束后继续回流搅拌30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物经水洗除去未反应的单体，并置于100-110℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得载体；

(3)耐候剂的制备：将所制载体分散于无水乙醇中，再加入纳米氧化锌和多聚谷氨酸，然后在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，停止微波辐射5min后继续在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，如此反复直至负载完成，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物于100-110℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得耐候剂；

(4)聚丙烯色母粒的制备：将聚丙烯、色粉、磷系阻燃剂、气相二氧化硅、耐候剂、抗氧剂加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速100-400r/min，即得聚丙烯色母粒。

所述活化分子筛原粉、烯丙基缩水甘油醚、二甲基丙烯酸镁、引发剂的质量比为50:5-15:5-15:0.05-0.5。

所述引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、二叔丁基过氧化物中的一种。

所述载体、纳米氧化锌和多聚谷氨酸的质量比为5:1-10:0.1-1。

所述多聚谷氨酸选自水处理级多聚谷氨酸。

所述微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W。

所述色粉选自无机颜料或有机颜料。

所述抗氧剂选自抗氧剂1024、抗氧剂1330、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂3114中的一种或几种。

所述聚丙烯、色粉、磷系阻燃剂、气相二氧化硅、耐候剂、抗氧剂的质量比为30-50:10-20:1-10:1-10:0.5-3:0.5-3。

所述气相二氧化硅经过改性处理，其改性方法为：将气相二氧化硅均匀分散于无水乙醇中，浸泡10-15min后加入PEG-60氢化蓖麻油，并加热至回流状态保温搅拌15-30min，再加入钛酸酯偶联剂，继续在回流状态下保温搅拌0.5-2h，自然冷却至室温，所得混合物转入-5℃环境中密封静置3-8h，过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤后送入真空干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉。

所述气相二氧化硅、PEG-60氢化蓖麻油、钛酸酯偶联剂的质量比为10-20:1-5:1-5。

本发明的有益效果是：

(1)本发明以4A分子筛原粉作为载体原料，经活化和改性处理制得载体；在改性处理时以烯丙基缩水甘油醚、二甲基丙烯酸镁作为改性剂，通过烯丙基缩水甘油醚与二甲基丙烯酸镁的聚合反应生成丙烯酸树脂，同时在微波作用下生成的丙烯酸树脂即时渗透进4A分子筛原粉的结构孔道中，从而增强载体的负载能力以及赋予载体一定的耐候性能；

(2)本发明以无机紫外线屏蔽剂纳米氧化锌作为负载组分，经载体负载后制得耐候性能优异且耐候时间长的耐候剂，同时多聚谷氨酸的配合使用能够提高纳米氧化锌的负载率，并且多聚谷氨酸协同载体以显著改善纳米氧化锌与树脂基体的共混相容性，解决了直接以纳米氧化锌作为耐候剂存在的添加量大、耐候性能有限且导致材料韧性降低的技术问题；

(3)本发明以PEG-60氢化蓖麻油和钛酸酯偶联剂作为改性剂，通过对气相二氧化硅的改性处理来改善色母粒制备原料的共混相容性，促进原料的均匀分散，并提高气相二氧化硅的耐候性能；

(4)本发明所制聚丙烯色母粒不仅能保证着色均匀性、提高着色效率，而且具有优异的耐候性和阻燃性，与聚丙烯相容性好，在使用时不易产生分层、起霜、花纹等问题，从而提高聚丙烯制品的使用质量和延长聚丙烯制品的使用寿命。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

各原料的选择：

4A分子筛原粉选用洛阳建龙微纳新材料股份有限公司的4A系列分子筛原粉；烯丙基缩水甘油醚选用杭州斯隆材料科技有限公司的SILONG191；二甲基丙烯酸镁选用上海迈瑞尔化学技术有限公司的二甲基丙烯酸镁；偶氮二异丁腈选用广州晓雨化学有限公司的偶氮二异丁腈；纳米氧化锌选用济源市鲁泰纳米材料有限公司的LT-601；水处理级多聚谷氨酸选用西安首禾生物科技有限公司的水处理级多聚谷氨酸；聚丙烯选用山东东方宏业化工有限公司的H-075；色粉选用湖南巨发科技有限公司的铜铬黑B2852；磷系阻燃剂选用山东秀诚化工有限公司的三聚氰胺多聚磷酸盐；气相二氧化硅选用广州市益瑞新材料有限公司的M-5；抗氧剂168选用常州新策高分子材料有限公司的抗氧剂168；PEG-60氢化蓖麻油选用上海市厚诚精细化工有限公司的PEG-60氢化蓖麻油；钛酸酯偶联剂选用常州新区利进化工股份有限公司的CT-2。

实施例1

(1)分子筛原粉的活化：先将4A分子筛原粉置于100-110℃烘箱中干燥至恒重，并于550℃下焙烧2h，即得活化分子筛原粉；

(2)载体的制备：将50g活化分子筛原粉分散于无水乙醇中，再加入8g烯丙基缩水甘油醚、10g二甲基丙烯酸镁和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，然后加热至回流状态保温搅拌反应，聚合反应结束后继续回流搅拌30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物经水洗除去未反应的单体，并置于100-110℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得载体；

(3)耐候剂的制备：将50g所制载体分散于无水乙醇中，再加入50g纳米氧化锌和5g水处理级多聚谷氨酸，然后在回流状态下利用微波频率2450MHz、输出功率700W的微波反应器搅拌处理5min，停止微波辐射5min后继续在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，如此反复，微波辐射总时间30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物于100-110℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得耐候剂；

(4)聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g气相二氧化硅、1.5g耐候剂、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

实施例2

(1)分子筛原粉的活化：先将4A分子筛原粉置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，并于550℃下焙烧2h，即得活化分子筛原粉；

(2)载体的制备：将50g活化分子筛原粉分散于无水乙醇中，再加入8g烯丙基缩水甘油醚、15g二甲基丙烯酸镁和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，然后加热至回流状态保温搅拌反应，聚合反应结束后继续回流搅拌30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物经水洗除去未反应的单体，并置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得载体；

(3)耐候剂的制备：将50g所制载体分散于无水乙醇中，再加入50g纳米氧化锌和8g水处理级多聚谷氨酸，然后在回流状态下利用微波频率2450MHz、输出功率700W的微波反应器搅拌处理5min，停止微波辐射5min后继续在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，如此反复，微波辐射总时间30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得耐候剂；

(4)聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g气相二氧化硅、1.5g耐候剂、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

实施例3

(1)分子筛原粉的活化：先将4A分子筛原粉置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，并于550℃下焙烧2h，即得活化分子筛原粉；

(2)载体的制备：将50g活化分子筛原粉分散于无水乙醇中，再加入8g烯丙基缩水甘油醚、15g二甲基丙烯酸镁和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，然后加热至回流状态保温搅拌反应，聚合反应结束后继续回流搅拌30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物经水洗除去未反应的单体，并置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得载体；

(3)耐候剂的制备：将50g所制载体分散于无水乙醇中，再加入50g纳米氧化锌和8g水处理级多聚谷氨酸，然后在回流状态下利用微波频率2450MHz、输出功率700W的微波反应器搅拌处理5min，停止微波辐射5min后继续在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，如此反复，微波辐射总时间30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得耐候剂；

(4)聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g改性气相二氧化硅、1.5g耐候剂、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

改性气相二氧化硅的制备：将20g气相二氧化硅均匀分散于无水乙醇中，浸泡15min后加入3gPEG-60氢化蓖麻油，并加热至回流状态保温搅拌30min，再加入3g钛酸酯偶联剂，继续在回流状态下保温搅拌2h，自然冷却至室温，所得混合物转入-5℃环境中密封静置5h，过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤后送入真空干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉。

实施例4

(1)分子筛原粉的活化：先将4A分子筛原粉置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，并于550℃下焙烧2h，即得活化分子筛原粉；

(2)载体的制备：将50g活化分子筛原粉分散于无水乙醇中，再加入8g烯丙基缩水甘油醚、15g二甲基丙烯酸镁和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，然后加热至回流状态保温搅拌反应，聚合反应结束后继续回流搅拌30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物经水洗除去未反应的单体，并置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得载体；

(3)耐候剂的制备：将50g所制载体分散于无水乙醇中，再加入50g纳米氧化锌和8g水处理级多聚谷氨酸，然后在回流状态下利用微波频率2450MHz、输出功率700W的微波反应器搅拌处理5min，停止微波辐射5min后继续在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，如此反复，微波辐射总时间30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得耐候剂；

(4)聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g改性气相二氧化硅、1.5g耐候剂、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

改性气相二氧化硅的制备：将20g气相二氧化硅均匀分散于无水乙醇中，浸泡15min后加入4gPEG-60氢化蓖麻油，并加热至回流状态保温搅拌30min，再加入3g钛酸酯偶联剂，继续在回流状态下保温搅拌2h，自然冷却至室温，所得混合物转入-5℃环境中密封静置5h，过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤后送入真空干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉。

对照例1

(1)分子筛原粉的活化：先将4A分子筛原粉置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，并于550℃下焙烧2h，即得活化分子筛原粉；

(2)载体的制备：将50g活化分子筛原粉分散于无水乙醇中，再加入8g烯丙基缩水甘油醚、15g二甲基丙烯酸镁和0.5g引发剂偶氮二异丁腈，然后加热至回流状态保温搅拌反应，聚合反应结束后继续回流搅拌30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物经水洗除去未反应的单体，并置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得载体；

(3)耐候剂的制备：将50g所制载体分散于无水乙醇中，再加入50g纳米氧化锌，然后在回流状态下利用微波频率2450MHz、输出功率700W的微波反应器搅拌处理5min，停止微波辐射5min后继续在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，如此反复，微波辐射总时间30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得耐候剂；

(4)聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g气相二氧化硅、1.5g耐候剂、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

对照例2

(1)分子筛原粉的活化：先将4A分子筛原粉置于100-105℃烘箱中干燥至恒重，并于550℃下焙烧2h，即得活化分子筛原粉；

(2)耐候剂的制备：将50g活化分子筛原粉分散于无水乙醇中，再加入50g纳米氧化锌和8g水处理级多聚谷氨酸，然后在回流状态下利用微波频率2450MHz、输出功率700W的微波反应器搅拌处理5min，停止微波辐射5min后继续在回流状态下利用微波反应器搅拌处理5min，如此反复，微波辐射总时间30min，所得混合物经减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物于100-105℃烘箱中干燥至恒重，所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得耐候剂；

(3)聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g气相二氧化硅、1.5g耐候剂、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

对照例3

聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g气相二氧化硅、1.5g紫外线屏蔽剂纳米氧化锌、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

对照例4

聚丙烯色母粒的制备：将45g聚丙烯、15g色粉、4g磷系阻燃剂、2g气相二氧化硅、1.5g紫外线吸收剂UV-531、0.5g抗氧剂168加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区200-210℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区190-200℃，双螺杆转速300r/min，即得聚丙烯色母粒。

实施例5

以实施例2为基础，设置在耐候剂制备时不添加水处理级多聚谷氨酸的对照例1、直接以活化分子筛原粉作为载体的对照例2、直接以纳米氧化锌作为耐候剂的对照例3、以紫外线吸收剂UV-531(江苏百灵鸟科技)作为耐候剂的对照例4。

分别利用实施例1-4、对照例1-4制备聚丙烯色母粒，并对其使用性能进行测试，测试结果如表1所示。

氧指数：测试方法GBT2406.1-2008；耐候性：测试方法GB/T9344-1988。

表1本发明实施例所制聚丙烯色母粒的使用性能

组别氧指数/％△E(900h)实施例1380.4实施例2390.4实施例3410.3实施例4410.3对照例1371.2对照例2353.8对照例3337.4对照例4335.9

 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。