塑料薄膜用母料研究进展

三元色2019-04-29 04:03:49

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塑料母料是塑料助剂超常量地载附于树脂中制成的浓缩体。塑料助剂的母料化可以降低原材料及工艺成本,提高生产效率,改善劳动环境,赋予塑料制品不同性能,被塑料加工行业普遍使用。

母料在塑料薄膜中应用广泛,从改善薄膜性能角度看,包括了填充、开口滑爽、吸湿、防紫外线、防雾滴、抗静电、降解等多方面。


1、母料的制备

塑料母料的成分主要包括母料核、偶联层、分散层和载体树脂。

11 母料核

母料的最内层是母料核,这是母料中最基本也是最重要的成分,决定了母料的性质和用途。

母料核的粒度要细小而均匀。因为粒度越细、比表面积越大,与基体树脂的界面结合越好,在拉伸应力作用下与基体树脂一起移动、变形时承受外界负荷的有效截面就增加。李星明用2 700 ( 6 μm) 的超细碳酸钙(CaCO3) 制备的母料用于聚乙烯(PE) 制品中取得了较好的效果。

母料核一般为无机粉体材料或有机小分子,但与树脂间的亲合力小,造成在载体树脂中的分散不均匀。这就要求在制备母料时对母料核进行表面改性处理,以降低其表面能。表面改性除可用高速捏合机和连续机组加工改性外,还可以加入偶联剂或相容剂进行改性。

1.2 偶联层

偶联层主要是由对填料核和树脂同时起到化学和物理作用的偶联剂以及少量交联剂组成。偶联剂为两性物质,能改善材料的粘结强度、耐水性、抗老化性等,同时还可提高填料用量并降低制造成本,使材料的利用价值显著增加。用偶联剂作表面改性剂成本相对较高。

龚春锁等采用钛酸酯偶联剂改性无机填料,分析了改性后的填料的活化度和吸油值,确定了偶联剂的用量和最佳的处理工艺。

肖俊峰等采用稀土偶联剂、铝酸酯和硬脂酸对CaCO3 进行表面改性,研究得出稀土偶联剂可在CaCO3 表面形成较牢固的物理和化学配位,获得的稀土“壳– 核”结构具有较强的偶联作用。

许风林等用X–射线衍射的方法,分析了PE/有机膨润土母料稀释注射试样,证实了接枝PE 在PE/有机膨润土复合体系不易形成插层或剥离结构,提高了有机膨润土在基体PE 中的分散性,有利于复合试样力学性能的改善与提高。

章苏宁等在非隔氧条件下,以溶液法合成无规聚丙烯接枝马来酸酐(APP-g-MAH ),将其用作界面改性剂制得等规聚丙烯(iPP)/APP-g-MAH/CaCO3 复合材料,CaCO3的团聚现象明显减少,与树脂的界面相容性得到明显改善。

1.3 分散层

分散层由分散剂组成,主要是润湿细粉状助剂,可促进母料核在载体树脂和塑料制品中的均匀分散。

低温等离子体技术在无机粉体表面改性中得到了很好的应用。低温等离子聚合在无机粉体表面生成纳米级聚合物膜,可降低粉体的表面能,改善其在有机载体中的分散性,有助于提高粉体与聚合物基体的结合强度,从而改善其复合材料的力学性能。Zhu F 等在放电气压16 Pa、放电功率55 W 的条件下,用丙烯酸等离子体对纳米TiO2 颗粒表面处理2h,在TiO2 粉体表面生成了一层结合紧密的有机物丙烯酸膜。Ji Gending 等用此技术研究了CaCO3 粉体的表面性能。经等离子体处理后CaCO3 粉体的表面接触角明显增大,表面性质由亲水性向亲油性转变。

彭劲国等利用硬脂酸在丙酮中的溶解性和丙酮对CaCO3 的分散性,以丙酮为溶剂对重质CaCO3 进行表面改性,使硬脂酸均匀包覆在重质CaCO3 表面,改性后重质CaCO3 能均匀分散于树脂基体中,使复合材料力学性能有较大提升。

蒋惠亮等用阴、阳、非离子表面活性剂处理由Ca(OH)2 低温搅拌碳化制备超CaCO3。得出某些阴离子、非离子表面活性剂可有效地抑制CaCO3 晶粒的团聚,使制得CaCO3 粉体的粒度小于1 μm,且使其粒度分布明显变窄,而阳离子表面活性剂对防团聚则无明显作用。复配表面活性剂比单一表面活性剂更能有效地防止超细CaCO3 的团聚,使其团聚粒径明显降低,粒径分布明显变窄。

张思灯等分别以EVAC,POE 作为分散树脂制备用于PE–LLD 薄膜的高钙填充母料,其中POE 或EVAC 可以降低薄膜料的黏度,改善加工流动性;并能促进CaCO3 分散,提高薄膜的力学性能。

1.4 载体层

载体层是连接母料核与成型树脂的过渡层,由载体树脂构成。主要作用是承载母料核并使其均匀分散在塑料制品中。母料的载体也由最初的APP 发展到低密度聚乙烯(PE–LD),再发展到液相本体法PP 粉料,以及到现在的弹性体、无载体多元化。

林光强等研究了熔体流动速率(MFR) 为20,40,80 g/10 min 的三种PE–LD 树脂对色母粒流变性能的影响,得出了MFR 越高色母粒加工流动性越好。色母粒着色力和分散性随高MFR PE–LD 含量增加先提高后下降。

埃克森美孚化工公司生产的VistamaxxTM 丙烯基弹性体因其具有颜料易分散和高的冲击强度可用作母料的载体,该载体具有良好的着色性能和温度稳定性能。较好地实现减少生产过程中的废料,降低了产品成本。

谢文清在将物料通过气流碎机解聚时,加入解聚偶联剂,制得高分散纳米CaCO3。加入各种塑料功能助剂,可提高与聚合物的相容性,并制成高分散高填充无载体母料。

安孝善等以水代替长链氨基酸作为蒙脱土插层剂即用水辅熔融法制备了尼龙(PA)6/纳米蒙脱土母料,可用于PA6/蒙脱土纳米复合材料。母料中蒙脱土大部分以单片形式均匀地分散在基体中。以该母料制成的PA6/蒙脱土纳米复合材料的力学强度高于纯PA6。

程晓静等将MFR 分别为40 和7 g/10 min 的两种PE–LD 按不同共混比制备聚烯烃色母粒,从着色性能、流动性能和颜料分散性方面与添加了10% 聚乙烯蜡的同类色母粒作比较,得出了高MFR的PE–LD适用于聚烯烃色母粒,既可作为载体又起到分散剂的作用。


2 功能性母料在塑料薄膜中的应用

不同使用环境要求塑料制品具有阻燃、增透、抗菌、耐候、抗静电、仿金属、仿木等一种或多种功能,功能母料就是可以赋予制品某些特殊性能的母料。塑料薄膜要求的功能包括了开口滑爽、防老化、防雾滴、防静电、降解等。

2.1 开口滑爽母料

薄膜开口剂的作用主要是使薄膜表面产生凸凹面,抑制薄膜之间的表面粘连,使薄膜更容易分离。薄膜市场上常用的开口剂为硅藻土、合成SiO2 和特殊滑石粉等。近几年,国内一些聚烯烃生产企业用磷酸氢钙做原料制备开口剂母料用于生产,获得了很好的效果。侯雅丽等用磷酸氢钙作开口剂制备了开口母料,用于生产PE–LD 薄膜,产品各项性能均达到行业质量标准,且成本较低,具有较好的社会效益和经济效益。

2.2 防老化防雾滴母料

周立国等通过硬脂酸乙酯、甲酸乙酯、无水乙醇、金属钠、二聚甘油、1,2–二溴乙烷等原料合成非离子Gemini表面活性剂——Gemini 硬脂酸二聚甘油酯,将其用在农用塑料薄膜上,取得了较好的防雾滴的效果。

李青青等将三乙醇胺月桂酸单酯作为防雾滴剂应用于PE–LD 中制备防雾塑料膜。结果表明,薄膜防雾滴效果显著,且不影响力学性能和透光率。

2.3 防静电母料

王晓等研究发现预氧化PP/抗静电剂/PP 三元共混料的表面电阻率的下限值可达106Ω 数量级,将其作为母料与普通PP 共混,成功制作出了防静电薄膜。

王磊等通过无机– 有机杂化工艺,成功地制备出黑色防静电热控薄膜。采用多项有效工艺成功获得了炭黑粒子网络结构,这种网络结构既保留了炭黑粒子之间互相接触的聚集体特征,又提供了足够大的中空通道,有利于炭黑粒子与高分子链之间互为穿插、渗透。

2.4 降解母料

沙保峰等用降解母料生产了降解PE 薄膜,并通过牵引拉伸、热重及傅里叶变换红外光谱测试分析了薄膜在人工加速老化过程中的光降解特性。结果得出,光照过程中母料在薄膜中发生引发反应,引入羰基且羰基指数随薄膜中母料含量的增加而增多,母料的加入有利于PE 薄膜降解。

陈庆华采用复合无机粉体为填充剂,以生物活性剂和稀土配合物复合体系光敏剂为混合表面处理剂,制成可环境消纳PP 母料,能有效促进PP 的生物降解。当无机粉体的含量达到一定值时,具有明显促进PP 光降解的作用。

2.5 其它母料

房双宽等将PM–3 母料用于吹塑加工,发现这种加工母料能有效降低物料的表观黏度,改善加工性能,减轻了主机负荷,降低了工作电流,从而降低了加工能耗。

朱本玮等以氧化钙为母料核制成了具有吸湿消泡功能的新型母料,此母料在塑料中分散性好,除了具有良好的吸湿消泡功能,对制品外观、力学性能有明显改善。同时降低了材料和生产成本。

高凌雁等用CaCO3 母料对PE–LLD 进行填充改性,得出了母料在降低成本的同时还具有一定的增强和增韧作用。主要源于CaCO3 微粒在树脂降温结晶时充当了成核剂,使树脂有利于异相成核。

3 结语

助剂尤其是粉体助剂的母料化在塑料薄膜的生产中越来越重要。不但解决了助剂的团聚问题,促进了助剂的均匀分散,增加了助剂的添加量,还赋予了更优异的性能。母料的制备包括母料核、偶联层、分散层、载体等方面得到了全面的发展。新材料甚至多功能性的材料不断涌现,促进了母料行业的发展。母料的功能日益全面,同一母料也可以赋予塑料薄膜多方面的性能。

来源:《工程塑料应用》,作者徐冬梅等,版权归作者,仅供参考!


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