聚烯烴色母粒流變性能與應用性能研究

塑料2006年35卷第2期聚烯烴色母粒流變性能與應用性能研究原料與助劑陳逢剛,喬輝,吳立峰(北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京10029)摘要:采用國產(chǎn)顏料制備色母粒,并測試其分散性能,找到了聚乙烯蠟含量為8%的最優(yōu)配方,針對該性能優(yōu)異的色母粒,測試其表觀(guān)黏度、非牛頓指數等流變參數,并重點(diǎn)討論了其流變性能。實(shí)驗結果表明:色母粒共混物熔體的表觀(guān)黏度隨剪切速率的增大而降低,非牛頓指數小于1,符合假塑性流體流動(dòng)規律,色母粒共混物熔體是假塑性流體。這些影響色母粒應用性能的流變數據可為色母粒配方設計和改進(jìn)提供依據。關(guān)鍵詞:色母粒;轉矩流變儀;流變性能中圉分類(lèi)號:TQ325.1文獻標識碼:A 文章編號 :1001 - 9456(2006)02 -0090 -03Rheological Property and Application of Polyolefin Color MasterbatchCHEN Feng-gang, QIAO Hui, WU Li-feng(Institute of Material Science and Engineering, Bejing University of Chemical Technology , Bejig 100029 ,China)Abstract :Color masterbatch was prepared using a domestic pigment. Through testing the dispersibility ,thebest formulation was found to be 8wt% of PE wax. The apparent viscosity and non-Newton index of theexcellent color masterbatch were determined, and the rheological property of the blend was focused on in thestudy. The results showed that the apparent viscosity of color masterbatch melt decreased with the increase ofshearing rate at the given temperature. The non-Newton index was less than 1 , which confirmed pseudoplasticflow characterstics. The color masterbatch melt was pseudoplastic flow. These rheological data , which influencethe application property of color masterbatch , can give reference for designing and improving color masterbatchformulation.Key words : color masterbatch ; torsion rheometer ; rheological propety色母粒作為獲得高質(zhì)量塑料著(zhù)色制品的著(zhù)色手分散,至今仍然是一個(gè)技術(shù)難題。曹淑榮'*研究丙綸段,8益受到人們的關(guān)注,目前已成為廣泛采用的塑料色母粒認為,色母粒和著(zhù)色樹(shù)脂的流變性能一致,產(chǎn)品著(zhù)色方法"。流變性能是高聚物合金最重要的加工質(zhì)量較好。A. C-Y. Wang等[$]用SAN為載體的色母性能,因為大部分高聚物都要利用其黏流態(tài)下的流變粒著(zhù)色ABS發(fā)現，色母粒的MFR越大,注塑制品的顏行為進(jìn)行加工成型(2]。同樣,色母粒大多利用熔融態(tài)色均勻性越好。大多研究文獻普遍認為,色母粒的流加工B1 ,和高聚物熔體一樣,其流變性是聯(lián)系色母粒變性能優(yōu)于著(zhù)色樹(shù)脂,制品的著(zhù)色質(zhì)量較好。但是,兩生產(chǎn)、加工行為與產(chǎn)品最終性能的重要紐帶。因此深者差多少最好還是未知數?？陶J識色母粒的流變性對其產(chǎn)品設計,確定工藝條件,關(guān)于流變性能的研究手段很多,如熔融指數儀、毛以及應用性能研究具有重要意義。但是,色母粒與著(zhù)細管流本儀。轉矩流亦儀等。舊是,由于共混物的復相.色樹(shù)脂的流變性能滿(mǎn)足何種關(guān)系才有利色母粒的良好結構中國煤化工互影響,其流變性能IHCNMHG●收稿日期:2005-11 -30作者簡(jiǎn)介:陳逢剛(1979 -),男,碩士研究生,研究方向為色母粒的流變性能研究。.塑料聚烯烴色母粒流變性能與應用性能研究2006年3S卷第2期尚有自身的特點(diǎn),再加上高分子形態(tài)結構的變化和破2.1 色母粒分散性測試壞,因此難以獲得材料狀態(tài)的準確信息。傳統生產(chǎn)研1)薄膜光密值究人員習慣用MFR和轉矩來(lái)表征色母粒的流變性用色母粒和著(zhù)色樹(shù)脂吹膜,用分光光度計測試薄能[(6-9]。這里應用性能優(yōu)異的色母粒,測試其流變性膜的透過(guò)率,然后換算為光密度值進(jìn)行比較。用光密能,得到了大量影晌色母粒應用性能的流變數據,為色度值可以評價(jià)顏料分散的好壞,光密值越大,顏料的分母粒配方設計和改進(jìn)提供依據。散性越好。圖1是不同配方的光密值曲線(xiàn)。1實(shí)驗0. 17]1.1 原料.0. 16-低密度聚乙烯:1F7B,北京燕山石化公司;0. 15+聚乙烯蠟:LPE4[F] ,北京化工大學(xué)精細化工廠(chǎng);0.14|顏料黃191:國產(chǎn)。米o.13+.2 實(shí)驗設備及分析儀器0.12-雙輥混煉機:SK-160Bφ160 x320,上海橡膠設備廠(chǎng);0.1157276101418擠出吹膜機組: Brabender PID651 ,德國B(niǎo)rabender分散劑含量/%公司;圖1不同配方的光密值曲線(xiàn)光電分光光度計:722型,上海分析儀器廠(chǎng);由圖1可以看出,8%的分散劑用量時(shí),薄膜的光掃描電鏡:S-250 ,英國劍橋公司;密度值最大,因而其顏料分散最好。色母粒中添加分轉矩流變儀:RS-150,德國哈克公司。散劑,顏料易被潤濕,有利于顏料分散;分散劑含量過(guò)1.3母粒的制備多,熔體黏度太低,剪切力不易傳遞,顏料不易破碎分先將雙輥開(kāi)煉機溫度升到100C ,然后加人載體散。樹(shù)脂,混煉3~5min(目測樹(shù)脂熔融即可),隨即加入分2)電鏡照片分析散劑(聚乙烯蠟),混煉5 ~6min后加人顏料,混煉采用配方1和配方5作掃描電鏡,放大7000倍, .8min左右,然后下料、造粒、備用。各樣品的組成見(jiàn)表1。照片如圖2所示。圖中,配方1的顏料顆粒很大,顏料表1樣品的組成分散很差;配方5的顏料顆粒不到2μm,分散良好。配方?3，4，5.6789顏料/%20202020202020 20 20.樹(shù)脂/%807876747270686664分散劑/%0246810121416注:質(zhì)量百分比。1.4薄膜的制備配方1配方5稱(chēng)取150g LDPE樹(shù)脂,加人預先準備好的色母圖2不同配方的電鏡照片粒,混合均勻(薄膜中鈦白粉含量1%),然后吹膜、取通過(guò)對樣品的分散性能測試可知,使用含量20%樣。工藝參數如表2所示。的顏料制備色母粒,配方5制備的色母粒性能最優(yōu)。表2吹膜工藝參數2.2色母粒流變性能測試.螺桿轉速料簡(jiǎn)和機頭溫度/C1)色母粒的共混流變曲線(xiàn)/( r/min)I段m段IV段機頭色母粒在160%下的共混流變曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。從圖3150175195184中可以看出在宜驗溫靡茆圍內,lgτ與lgi之間基本1.5 流變性能測試呈YH中國煤化工Kv" ,且曲線(xiàn)斜率均小剪切模式:測試溫度為160C ,空氣氛圍下進(jìn)行,于1|CNMHG小于1,因此色母粒共剪切速率10~2 ~10's-'?；煳锶垠w為假塑性流體。低密度聚乙烯是典型的高分子聚合物,屬于假塑性非牛頓流體[9]。2結果與討論塑料2006年35卷第2期聚烯烴色母粒流變性能與應用性能研究4. 5]致熔體黏度降低。4. 0f由結果與討論可知,配方5的應用性能最優(yōu),結合3. 5圖4發(fā)現,色母粒的表觀(guān)黏度不是越小越好,即聚乙烯∈3.0蠟的加人量不是越多越好,而是只要加入量能保證充日2.5-2.0分潤濕顏料粒子即可。分散劑加入量過(guò)多,熔體黏度1.5過(guò)低,不利于機械剪切力傳遞到顏料粒子上,反而不利1.0于分散。.5-2-10T23lgv/s~ 13結論圖3色母粒的共混流變曲線(xiàn)1)使用質(zhì)量含量20%的顏料制備聚乙烯色母粒,■-配方1;-0-配方S;-▲-配方9。蠟質(zhì)量含量為8%制備的色母粒應用性能最優(yōu)。從圖3還可以看出,相同的剪切速率下,配方1的.2)色母粒共混物熔體的表觀(guān)黏度隨剪切速率的剪切應力最大,配方5次之,配方9最小,說(shuō)明聚乙烯增大而降低,非牛頓指數小于1,符合假塑性流體流動(dòng)蠟的加人,顏料極易被潤濕,改善了顏料與載體樹(shù)脂的規律。界面作用,使相應的剪切應力減小,在實(shí)際加工中,降3)色母粒中加入聚乙烯蠟，改善了顏料與載體樹(shù)低能耗,產(chǎn)率增加。脂的界面作用,減小了聚乙烯分子鏈的纏結作用,這種2)表觀(guān)黏度和組成的關(guān)系在160C條件下，色母粒表觀(guān)黏度和組成的關(guān)系協(xié)同作用導致熔體表觀(guān)黏度降低。參考文獻:見(jiàn)圖4。從圖中可以看出,在實(shí)驗條件下,在低剪切速1] 陳杰.我國色母?，F狀及發(fā)展[J].現代塑料加工應用,率范圍內,色母粒表觀(guān)黏度隨著(zhù)剪切速率的增加而降1995 ,7(6):50-53.低,屬于切力變稀流體。低密度聚乙烯是剪切變稀流[2]張杰 ,王鵬駒.塑料流變性能及其數據庫的研究[J].中國體[°1 ,因此添加顏料,并沒(méi)有改變載體樹(shù)脂的這一流塑料,1997 ,11(4):59.變性質(zhì)。[3] 吳立峰.塑料著(zhù)色和色母粒實(shí)用手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998:175 - 264.4.0][4]曹溆榮.色母粒應用于丙綸加工中流變行為的研究[J].國外塑料,1995,13(1):18.分3.0f[5] A C-Y Wong,NSK Nj,V L F Nj. 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