專利名稱：炭黑母粒及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑料著色技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種制作聚乙烯(PE)管材的混配專用料的炭黑母粒，及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在國際上，聚乙烯管作為壓力管道已成功的使用了 50年，已為眾多國家在輸水、輸送燃?xì)獾墓艿乐械玫綉?yīng)用。在我國，自從國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局2000年11月21日發(fā)布《給水用聚乙烯(PE)管材》國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13663-2000)以后，推動了國內(nèi)聚乙烯給水管材的生產(chǎn)與應(yīng)用。我國已從北歐化工引進(jìn)年生產(chǎn)25萬噸PE100管道料生產(chǎn)線，其它生產(chǎn)線也正在建設(shè)中，但其生產(chǎn)混配專用料的炭黑母粒須從國外進(jìn)口。炭黑作為一種微粉性的填料被廣泛應(yīng)用于聚乙烯管材生產(chǎn)當(dāng)中。這是由于炭黑用 于著色外，還可以提供最經(jīng)濟(jì)有效的方式以達(dá)到防紫外老化的要求。大量科學(xué)研究數(shù)據(jù)證明具有一定粒徑(27nm以下)碳黑在聚合物中添加量2. 6%，并均勻分散在聚合物中，則聚合物壽命可達(dá)50年之上。因此炭黑是制造用于輸送飲用水及燃?xì)獾木垡蚁毫艿囊粋€非常重要組成部分。由于水管用炭黑母粒選擇碳黑粒徑較小，在聚合物中加入比較高的炭黑含量，如果炭黑分散不好，除了形成表面不光滑外，存在于管壁內(nèi)的未分散炭黑附聚體可能導(dǎo)致壓力管道出現(xiàn)過早變壞現(xiàn)象。因此，無論從外觀還是從液體流動性能方面說，管道內(nèi)外壁的表面光滑度都是一項重要的性能指標(biāo)。大部分有關(guān)壓力管應(yīng)用的國家和國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都認(rèn)同這一重要性，并規(guī)定微觀分散程度等級應(yīng)< 3給水用聚乙烯(PE)管主要用于輸送飲用水，對于制造飲用水壓力管的專用混配料，還有極為嚴(yán)格的要求。這些對壓力管的要求是按照業(yè)界對那些能夠影響飲用水的口感和氣味(也即是所謂的“感官性”特性)來確定的。有關(guān)管理機(jī)構(gòu)已將這些感官性要求碳黑為低硫含量、低灰分和低甲苯萃取物的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有濃度高、易分散、添加量少而且添加后能滿足給水用聚乙烯(PE)管要求的炭黑母粒。本發(fā)明的另一個目的是提供這種專用于給水用聚乙烯(PE)水管的炭黑母粒的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的第一方面，是提供一種給水用聚乙烯管材混配專用料的炭黑母粒，各組分的重量百分比為炭黑32.2-50%
載體樹脂47.2-65%
抗氧劑 0.1-0.3%
硬脂酸鹽 0.5-2.5 %所述的炭黑，為高純度爐法炭黑，炭黑顏料的粒徑小于27nm;甲苯萃取物質(zhì)量百分比< O. 03%、總硫量質(zhì)量百分比< O. 1%,325目篩余物< 20ppm; 所述的載體樹脂，選自中密度聚乙烯樹脂、高密度聚乙烯樹脂或者它們的任意比例的混和物；所述的中密度聚乙烯樹脂密度為O. 928-0. 940g/cm3,高密度聚乙烯樹脂密度為O. 940-0. 965g/cm3，這些聚乙烯樹脂的熔體流動速率為2_50g/10min，試驗條件是5. Okg和 190 0C ο 所述的抗氧劑，選自β-(4-羥基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇脂(抗氧化劑1076，熔點(diǎn)50-55°C )、四[β - (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇脂(抗氧化劑1010，熔點(diǎn)119-123 )或者它們的任意比例的混合物；該類抗氧化劑揮發(fā)性小、耐抽提，與樹脂的相容性好，抗熱氧效果顯著，毒性極低，美國FDA認(rèn)可其用于食品包裝材料。所述的硬脂酸鹽，選自硬脂酸鈉、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸鋁或者它們的任意比例的混合物，其作用是作為潤滑劑。所述的一種給水用聚乙烯管材混配專用料的炭黑母粒，其中不含有聚乙烯蠟，聚乙烯蠟通常是目前黑色母粒生產(chǎn)配方中常用的炭黑分散劑。本發(fā)明的第二方面，是提供一種給水用聚乙烯管材混配專用料的炭黑母粒的制備方法先將各組分加入自動稱量加料系統(tǒng)，由多臺失重式連續(xù)計量電子稱，將物料加入到轉(zhuǎn)速為300-500rpm的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)式密煉機(jī)中，進(jìn)行充分捏合、剪切、分散；捏合的溫度控制在105 V -205 V，經(jīng)過剪切分散的物料自動落入單螺桿擠出機(jī)中擠出，擠出機(jī)的溫度控制在110°C-21(TC，經(jīng)冷卻到室溫后，切粒、脫水，制成母粒，最后包裝所制成的炭黑母粒。炭黑母粒的形狀呈圓柱狀，一般直徑和長度均為3mm。所述的炭黑母粒的炭黑分散性彡3級；熔融指數(shù)30_50g/10min，試驗條件為21. 6kg 砝碼和 190 0C ο本發(fā)明的炭黑顏料的粒徑為小于27nm，其功能除作為染色用之外，還能作為紫外光穩(wěn)定劑，能夠有效地防止聚乙烯(PE)管材受陽光照射而產(chǎn)生光氧化降解，從而提高聚乙烯(PE)管材制品的質(zhì)量和使用壽命。本發(fā)明所用的樹脂熔體粘度高，與炭黑表面相容性、潤濕性較差，需要較大能量傳遞剪切力，使樹脂熔體有效破碎炭黑團(tuán)聚體，迅速潤濕、包復(fù)炭黑表面，樹脂熔體填充、滲入炭黑分子間隙，使母粒分散良好。本發(fā)明的第三方面，是提供一種給水用聚乙烯管材混配專用料的炭黑母粒在聚乙烯壓力管、燃?xì)夤芎徒o水管中的應(yīng)用。本發(fā)明具有計量準(zhǔn)確、分散性好、濃度高、添加量少等優(yōu)點(diǎn)，并且添加后在碳黑分散度、化學(xué)純凈度、耐壓性、防老化、混配料加工性能等方面滿足給水用聚乙烯(PE)管材混配專用料要求，使給水用聚乙烯(PE)管材能達(dá)到耐壓狀態(tài)下保持50年使用壽命，這是一般現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)所生產(chǎn)品種無法達(dá)到。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的應(yīng)用范圍。實(shí)施例1 :制備100千克專用于給水用聚乙烯(PE)管用的炭黑母粒A1、各組分的重量為
炭黑35千克
抗氧劑10100.15千克 中密度聚乙烯HD2840UA 15千克 高密度聚乙烯DHDA8940 49.35千克
硬脂酸鈣0.5千克所述的炭黑，為高純度爐法炭黑，炭黑顏料的粒徑20nm ;甲苯萃取物< O. 03%、總硫量< O. 1%,325目篩余物< 20ppm ；2、制備方法先將各組分加入自動稱量加料系統(tǒng)，由多臺失重式連續(xù)計量電子稱，將多種物料嚴(yán)格按工藝配比，自動加入轉(zhuǎn)速為300-500/min雙轉(zhuǎn)子連續(xù)式密煉擠出機(jī)中，在充分捏合，剪切，分散后，落入單螺桿擠出機(jī)中擠出，經(jīng)冷卻、切粒、脫水后，包裝所制成的炭黑母粒。這樣制備的炭黑母粒A，其炭黑含量為35%，炭黑分散性達(dá)到< 3級，熔融指數(shù)為32(21. 6kg 和 190 0C )。所述的炭黑分散性檢驗方法按GB/T 18251規(guī)定。所述的熔體質(zhì)量流動速率檢驗方法按GB/T 3682-2000中B法規(guī)定。實(shí)施例2 :制備100千克專用于給水用聚乙烯(PE)管用的炭黑母粒B1.各組分的重量為
炭黑42千克
抗氧劑10760.15千克 中密度聚乙烯HD2840UA47.85千克
高密度聚乙烯HHM TRl30 9.0千克
硬脂酸鈣1.0千克所述的炭黑，為高純度爐法炭黑，炭黑顏料的粒徑25nm ;甲苯萃取物< O. 03%、總硫量< O. 1%,325目篩余物< 20ppm ；2.制備方法同實(shí)施例1這樣制備的炭黑母粒B，其炭黑含量為42%，炭黑分散性達(dá)到<2級，熔融指數(shù)為35(21. 6kg 和 190 0C )。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都 落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求
1.一種炭黑母粒，各組分的重量百分比為炭黑32.2-50%載體樹脂47.2-65%抗氧劑O. 1-0. 3%硬脂酸鹽O. 5-2. 5 %
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭黑母粒，所述的炭黑，為高純度爐法炭黑，炭黑顏料的粒徑小于27nm;甲苯萃取物質(zhì)量百分比< O. 03%、總硫量質(zhì)量百分比< O. 1%,325目篩余物<20ppm ；所述的載體樹脂，選自中密度聚乙烯樹脂、高密度聚乙烯樹脂或者它們的任意比例的混和物；所述的中密度聚乙烯樹脂密度為O. 928-0. 940g/cm3,高密度聚乙烯樹脂密度為·O. 940-0. 965g/cm3，這些聚乙烯樹脂的熔體流動速率為2_50g/10min，試驗條件是5. Okg和·190 0C ；所述的抗氧劑，選自β-(4-羥基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇脂(抗氧化劑1076，熔點(diǎn)50-55°C)、四[β - (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇脂(抗氧化劑1010，熔點(diǎn)119-123°C )或者它們的任意比例的混合物；所述的硬脂酸鹽，選自硬脂酸鈉、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸鋁或者它們的任意比例的混合物，其作用是作為潤滑劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭黑母粒，100千克炭黑母粒中各組分的重量為所述的炭黑，為高純度爐法炭黑，炭黑顏料的粒徑20nm ;甲苯萃取物< O. 03%、總硫量<O. 1%,325 目篩余物< 20ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭黑母粒，100千克炭黑母粒中各組分的重量為所述的炭黑，為高純度爐法炭黑，炭黑顏料的粒徑25nm ;甲苯萃取物< O. 03%、總硫量<O. 1%,325 目篩余物< 20ppm。
5.權(quán)利要求1、2的炭黑母粒的制備方法先將各組分加入自動稱量加料系統(tǒng)，由多臺失重式連續(xù)計量電子稱，將物料加入到轉(zhuǎn)速為300-500rpm的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)式密煉機(jī)中，進(jìn)行充分捏合、剪切、分散；捏合的溫度控制在105°C _205°C，經(jīng)過剪切分散的物料自動落入單炭黑抗氧劑1010中密度聚乙烯HD2840UA高密度聚乙烯DHDA8940硬脂酸鈣·35千克·0.15千克·15千克·49.35千克·0.5千克炭黑抗氧劑1076中密度聚乙烯HD2840UA高密度聚乙烯HHM TR130硬脂酸鈣·42千克·0.15千克·47.85千克·9.0千克·1.0千克螺桿擠出機(jī)中擠出，擠出機(jī)的溫度控制在110°C -2100C，經(jīng)冷卻到室溫后，切粒、脫水，制成炭黑母粒，最后包裝所制成的炭黑母粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，最后制成母粒的形狀呈圓柱狀，一般直徑和長度均為3mm。
7.權(quán)利要求5所述的制備方法制備的炭黑母粒，是應(yīng)用于制作聚乙烯壓力管、燃?xì)夤芎徒o水管的管材的混配專用料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制作聚乙烯(PE)管材的混配料的炭黑母粒，及其制備方法與應(yīng)用。炭黑母粒各組分的重量百分比為炭黑32.2-50％，載體樹脂47.2-65％，抗氧劑0.1-0.3％，硬脂酸鹽0.5-2.5％。本發(fā)明的炭黑顏料，其功能除作為染色用之外，還能作為紫外光穩(wěn)定劑，能夠有效地防止聚乙烯管材受陽光照射而產(chǎn)生光氧化降解，從而提高聚乙烯材制品的質(zhì)量和使用壽命。本發(fā)明具有計量準(zhǔn)確、分散性好、濃度高、添加量少等優(yōu)點(diǎn)，并且添加后在碳黑分散度、化學(xué)純凈度、耐壓性、防老化、混配料加工性能等方面滿足給水用聚乙烯管材混配專用料要求，使給水用聚乙烯管材能達(dá)到耐壓狀態(tài)下保持50年使用壽命。
文檔編號C08K13/02GK103012929SQ201210547660
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者陳信華, 耿仲德, 徐一敏 申請人:蘇州國嘉高分子科技有限公司