全降解基色母料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种全降解基色母料及其制备方法，主要应用于环保性降解材 料的着色，在赋予制品良好外观的同时，仍然保持产品的全降解性能，对制品 本身的可降解特性不产生任何影响，可完全达到绿色环保可降解性制品的要求。 技术背景
资源和环境问题是人类社会发展面临的两大挑战，也是塑料工业实现可持 续发展的两大瓶颈。随着一次性不可降解塑料制品的大量使用，在方便人们曰 常生活的同时，也给环境造成越来越多破坏。治理和消化这些大量的不可降解 垃圾也给国际社会带来沉重的成本压力，各国政府也纷纷出台相应政策限制使 用或停止使用这些不可降解的一次性塑料制品，并大力开发可完全降解塑料材 料。可完全降解塑料意味着在使用寿命完成后，可毫无保留的降解为环境友好 加小分子材料。但完全降解塑料制品所必需使用的色母料，仍然采用是传统意 义上的不可降解合成树脂做为色母料的主要载体，会破坏制品的原有完全降解 性能。虽然降解母料、通用级色母料已应用普遍，相关专利及专题研究也有大 量文献进行报道，但关于以可完全降解材料为载体树脂制成色母料的研究及专 利并未见到报道，本专利正是填补此技术的空白。
专利CN1030925提供了一种高^k度万能色母料及其制备方法，该色母料所 应用的主要载体是不可降解的聚乙烯。专利CA1083832A公开了一种通用万能 浓色母及其生产工艺，虽然该发明是一种通用级色母料，适用于各种类型的塑 料及橡胶制品，但并不适合应用到可完全降解塑料制品中，因为其载体树脂采用了K树脂和EVA树脂，这两种合成树脂都不能降解。传统意义上的色母料虽 然也可以在其它一些可降解材料的制品上使用，但由于色母料本身的载体不可 降解，所以在加有该种色母料的制品仍然有不可降解材料的成份存在，这样最 终导致这种产品不可完全降解，制品在使用后由于不可完全降解，所以在自然 界仍中会以小碎片形势存在，依然会对环境产生一定的影响。本发明由于采用 可完全降解材料为载体，这样从根本上解决上了可完全降解制品降解不完全的 问题。 技术内容
本发明的目的解决了现有通用色母料在可完全降解塑料中应用的缺陷，公 开了一种载体树脂可完全降解的色母料材料。
本发明的另一 目的在于公开了上述全降解基色母料材料的制备方法。
本发明的色母料主要由以下几种材料构成载体树脂可完全降解材料、颜 料、表面处理剂、润滑分散剂、填充剂、热氧稳定剂及其它助剂。
本发明所述材料构成中载体树脂可完全降解材料包括PHB、PHBV、P34HB、 PHBHH、 PBS、 PLA、 PCL、 PPC、 Ecoflex、 PEO、 PEG、 PPO等其中的一种或 两种以及两种以上的组合物，进一步优选为PHBV、 P34HB、 PHBHH、 PBS、 Ecoflex等中的一种或两种及两种以上作为全降解基色母粒的载体树脂，其中 PHBV、 P34HB、 PHBHH等共聚物中第二单体BV、 4HB、 HH的含量一般为5 95%，并优先选择7% 25%的共聚物。
本发明所述材料构成中的颜料包括各种颜色的有机颜(染)料和无机颜料 及其它们的组合物。颜料的作用主要是赋予所成型的制品美好外观。
本发明所述材料构成中的表面处理剂是指钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷偶联剂。主要是为了提高无机粉体材料与载体树脂之间 的界面结合力。
本发明所述材料构成中的润滑分散剂是指白油、石蜡、硬脂酸及其盐、聚 乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或几种的组 合杨。
本发明所述材料构成中的填充剂是指碳酸钙、重晶石粉、氧化锌、钛白粉、
变性淀粉中的一种或几种的组合物。所选的粉体细度应大于325目，最好选择 大于1250目以上的粉体。
本发明所述材料构成中的热氧稳定剂是指马来酸盐、硫醇锡、硬脂酸盐、 受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种及两种以上的复配物，尤 选复配物为本发明的热氧稳定剂。
本发明所述材料构成中的其它助剂是指成核剂、扩链剂、光亮剂、增白剂、 增塑剂，防粘剂其中的一种或两种及两种以上的组合物。
根据制品对色母料不同要求，在本发明体系中构成色母料的各种组分基本 配比为可完全降解材料20% 60%，颜(染)料20% 55%，表面处理剂0.05 % 0.5%，润滑分散剂5。％ 25%，填充剂0 30%，热氧稳定剂0.2 2。％，其 它助剂0 2%。
本发明的色母粒制备是通过下述方法实现的
l.对于需要加入填充剂的要先对填充剂进行预理，处理方法是按配方准确称 量填充剂投入到高速混合中，在不低于IO(TC情况下高速混烘干处理，干燥好后 转入低速并加入相应的表面处理剂，在80 12(TC左右下再进行高速混合处理 3 15分钟，处理好后放入低混机中冷却混合待用。2. 按配方称量颜料和润滑分散剂投入到高速混合机中高速混合，温度控制 在50 11(TC，高速混合时间大约为5 20分钟，使颜料完全分散开。
3. 本发明的混炼塑化造粒方式有两种
一种是经高速混合机将载体树脂、处理好的填充剂及其它辅助材料与混合 分散好的颜料在中高速机中混合均匀，混合温度不高于12(TC，混合时间约为2 8分钟，然后将混合好的物料投入到双螺杆挤出机中在70 150'C温度下混炼塑 化造粒，双螺杆的转速控制在每分钟80 500转。
另一种是将载体树脂、处理好的填充剂、已分散好的颜料与其它辅助材料 一同投入到密炼tl/单螺杆挤出机中，在70 15(TC下用密炼机混炼塑化，混炼 时间在5 20分钟，然后采用单螺杆挤出机在60 13(TC下挤出造粒，即得到本 发明所述的全降解基色母料。
本发明所述的造粒方式可以是水冷拉条造粒、水环造粒、水下造粒或磨面 热切造粒。对于需要水冷的粒子应进行干燥，干燥温度为60 100。C.干燥时间 以水分含量低于0. 5%为标准。
本发明所述双螺杆挤出机，包括与其匹配的辅助设备系统，包括自动上料 机、喂料机、冷却装置、造粒机、筛分机、烘干机、高低速冷热混合机。其中 双螺杆挤出机采用积木式同向平行双螺杆，双螺杆长径比以大于28: 1，不宜超 过48: l为宜，最好选择40: l.以免物料在螺杆内长时间受热而致分解。
本发明所述密炼机/单螺杆挤出机也包括与其相匹配的辅助系统，包括杆切 粒机、筛分机、冷却干燥机。密炼机是加压式密炼机，单螺杆挤出机长径比宜 采用不大于20: 1，选择18: l或是20: 1，螺杆宜采渐变形螺杆为好，以减少
因材料被强制剪切而降解的可能性。应用实例如下 实例1:
配方(单位为kg)
P34HB(4HB含量15%): 30
钛白粉 42
韩膝 2
碳酸钙(1250目) 10
硫酸钡: 5
酞酸酯 0.1
聚乙烯蜡(分子量3000): 10
马来酸酯辛基锡 0.5
双十八垸基醇季戊四醇二亚磷酸酯 0.2
P (3， 5-二叔丁基-4~羟苯基)丙酸季戊四醇酯 0.2
制备方法采用双螺杆混炼挤出造粒，方法如下
将高速混合机温度升高到iio'c，然后将称量好的碳酸钙的硫酸钡投入高速
混合机中高速混合，借助碳酸钙与髙速混合机内壁之间的摩擦，，使碳酸钙和硫
酸的温度达到10(TC以上，约2 3min后投入计量好的酞酸酯偶联剂，进行高速 搅拌混合，混合温度11(TC，处理时间为5分钟，然后再转入低速冷却混合，处 理好的物料放出待用。
将钛白粉通过200目过筛后与聚乙烯蜡一同投入到高速混合机中进行高速 混合，混合温度控制在7(TC左右，混合时间约8分钟后再投入已处理好的碳酸 f5再混合约2分钟，然后再依次投入P34HB、钙/锌稳定剂、马来酸酯辛基锡、p (3, 5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊四醇酯和双十八院基醇季戊四醇二亚磷 酸酯，在高速下混合一到三分钟，然后转入低速冷却搅拌混合，待温度接近60 'C以下时，放出配混的物料。将混配好的物料加入到双螺杆的料斗中通过双螺 杆的混炼塑化然后挤出造粒。选用的双螺杆挤出机螺杆长径比为36: 1,螺杆直 径为4>75，双螺杆加工温度从加料段到机头设置依次为80°C—100°C—110°C— 12(TC—125。C一130。C一130。C一125'C,其中后两区为机头温度，前面六段为机 身温度。螺杆转速为120转/分钟。造粒采用水下造粒方式，然后进行干燥冷却即可。
实例2:
配方(单位为kg)
PHBHH(HH含量18% ): 30
PBS: 10
蓝菁蓝 40
妈膝 2 马来酸酯辛基锡 1
双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯 0.2
P (3， 5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊四醇酯 0.3 氧化聚乙蜡 10 石蜡 5.5
硬脂酸钙 .1
制备方法采用双螺杆混炼挤出造粒，具体方法如下
将酞菁蓝用200目筛网过筛，准确计量后与氧化聚乙烯蜡和石蜡一同投入到高速混合机中进行高速混合，混合温度控制在7(TC以下，大约混合10分钟 后再投入PHBHH、 PBS、钙/锌稳定剂、硬质酸钙、马来酸酯辛基锡、P (3， 5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊四醇酯和双十八垸基醇季戊四醇二亚磷酸酯，高 速混合3分钟，然后放入低速冷却搅拌混合，待温度接近6(TC以下时，放出配 混的物料。将混配好的物料加入到双螺杆的料斗中通过双螺杆的混炼塑化然后 挤出造粒。选用的双螺杆挤出机螺杆长径比为40: 1，螺杆直径为4)75，双螺杆 加工温度从加料段到机头设置依次为80°C~90°C—100°C—110°C—115°C—120 °C—125°C—120°C，其中后两区为机头温度，前面六段为机身温度。主机螺杆 转速为150转/分钟。造粒采用水冷拉条造粒，然后进行干燥冷却即可。
实例3:
配方(单位为kg)
PBS: 35.7
炭黑 50 硬质酸 2
聚乙烯蜡 12
卩(3， 5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊四醇酯 0.1
双十八垸基醇季戊四醇二亚磷酸酯 0.2
制备方法采用密炼机混炼挤出造粒，具体方法如下
将炭黑与硬质酸和聚乙烯蜡一同投入到高速混合机中在IO(TC左右高速混 合10分钟，然后将分散处理好的颜料、PBS、 p (3， 5-二叔丁基-4~羟苯基)丙 酸季戊四醇酯和双十八垸基醇季戊四醇二亚磷酸酯一同投入到密炼机中在IIO 'C下密炼塑化16分钟，然后投入到单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出造粒温度从加料段到机头温度为80°C—11(TC—110°C—100°C.所用密炼机设备为75 立升加压式密炼机，单螺杆挤出机长径比为18: 1，造粒采用风冷磨面热切造粒。 实例四
配方(单位为kg)
Ecoflex PLA
大红
氧化锌
碳酸钙
硬质酸
白油
石蜡
25.7
6
40
10
2
|3 (3， 5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊四醇酯 0.1 双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯 0.2 上述配方制备方法采用密炼机混炼挤出造粒，具体方法如下 将颜料大红与硬质酸、白油和石蜡一同投入到高速混合机中高速混合8分钟， 混合温度7(TC，然后与Ecoflex、 PLA、 p (3， 5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊
四醇酯和双十八垸基醇季戊四醇二亚磷酸酯一同投入到密炼机中进行混炼塑 化，混炼温度为140'C，混炼时间为15分钟，然后再加入到单螺杆挤出机中挤
出造粒。单螺杆挤出造粒温度从加料段到机头温度为8crc—ii(TC一ii(rc一i10
。C。所用密炼机设备为75立升加压式密炼机，单螺杆挤出机长径比为18: 1， 造粒采用风冷磨面热切造粒。
权利要求
1. 一种全降解基色母料及其制备方法，其特征在于色母料是由载体树脂可完全降解材料、颜(染)料、表面处理剂、润滑分散剂、填充剂、热氧稳定剂及其它助剂构成，可采用双螺杆挤出机或密炼机/单螺杆挤出机两种不同工艺技术路线来实现。
2. 如权利要求1所述全降解基色母料构成，其特征在于构成该发明的色母料 具体配比为载体树脂可完全降解材料20% 60%，颜(染)料20% 55%， 表面处理剂0.05% 0.5%,润滑分散剂5% 25%，填充剂0 30%,热氧稳定 齐!10.2 2%，其它助剂0 2%。
3. 如权利要求1所述载体树脂可完全降解材料是指PHB、 PHBV、 P34HB、 PHBHH、 PBS、 PLA、 PCL、 PPC、 Ecoflex、 PEO、 PEG、 PPO等其中的一种或 两种以及两种以上的组合物。
4. 如权利要求3所述载体树脂可完全降解材料，进一步优选PHBV、 P34HB、 PHBHH、 PBS、 Ecoflex等其中的一种或两种及两种以上组合物。
5. 如权利要求4所述载体是一种共聚物，其共聚物中第二单体HBV、4HB、 HH含量一般为5 95%，进一步优先选择7% 25%的共聚物。
6. 如权利要求1所述全降解基色母料构成，其特征在于所述其它助剂是 指成核剂、扩链剂、光亮剂、增白剂、增塑剂，防粘剂中的其中的一种或两种 及两种以上的组合物。
7. 如权利要求1所述全降解基色母料的制备方法，可采用双螺杆挤出机或 密炼机/单螺杆挤出机两种不同工艺技术路线来实现，其特征在于双螺杆挤出 机工艺路线是已经处理好的物料与其它所有物料通过高速混合机混合均匀后由 双螺杆挤出机完成混炼塑化挤出造粒；密炼机/单螺杆挤出机工艺路线是已经处理好的物料与其它所有物料一同投入到密炼机中在完成混合的同时也一并完成 混炼塑化，再由单螺杆挤出机挤出造粒。
8. 如权利要求7所述全降解基色母料的制备方法，其特征在于两种方法 flP包:T。 J yn 1、乂LTr乂邻s(1) 称量称量载体树脂可完全降解材料、颜料、表面处理剂、润滑分散 剂、填充剂、热氧稳定剂等。(2) 无机粉体的处理将称量好的无机粉体及相应表面处理剂在高速混合 机中进行处理，如果不需要加入无机粉体的色母料则不需要此步骤。(3) 颜(染)料分散将称量好的颜料及润滑分散剂用高速混合机在一定 温度下进行分散处理。(4) 混合是将处理过的无机粉体和已分散处理过的颜料与称量好的载体 树脂可完全降解材料、填充剂、热氧稳定剂及其它助剂进行混合。(5) 混炼塑化将步骤(4)的混合物料通过双螺杆挤出机或密炼机/单螺 杆挤出机进行混炼塑化并挤出。(6) 造粒将步骤(4)通过机头挤出的物料制成颗粒。(7) 干燥对于步骤(6)水冷造的粒子进行干燥处理。
9. 如权利要求8所述全降解基色母料制备方法，其特征在于所述步骤(2) 高速混合处理温度为80 120°C，时间为3 15分钟；步骤(3)颜料分散处理 温度不高于50 11(TC，高速混合时间5 20分钟；步骤(4)高速混合温度不 高于120°C，混合时间为2 8分钟；步骤(5)双螺杆挤出机温度控制在70 150°C ，双螺杆转速控制在每分钟80 500转；密炼机/单螺杆挤出机的温度控制 密炼机温度为70 150°C,单螺杆挤出机温度为60 130°C;步骤(6)造粒方式是水冷拉条造粒、水环造粒、水下造粒或磨面热切造粒中的一种。并优选磨面热切造粒，其次是水冷拉条造粒、水环造粒、水下造粒；步骤(7)干燥温度 为60 100°C，干燥时间以水份含量低于0. 5%为标准。
全文摘要
本发明涉及一种全降解基色母料及其制备方法，其特征在于载体和助剂均为可完全降解材料，载体包括添加降解剂类全降解聚合物、光降解聚合物、天然(含改性)高分子降解材料及其组合物、PHA系列、脂肪族聚酯系列、聚交酯系列、PCL、二氧化碳基共聚物、改性脂肪族/芳香族共聚酯、PEO及PVA等其中的一种或两种以及两种以上的组合物，其它助剂为颜(染)料等，各种组分基本配比为可完全降解材料20％～60％，颜(染)料20％～55％，表面处理剂0.05％～0.5％，润滑分散剂5％～25％，填充剂0～30％，热氧稳定剂0.2～2％，其它助剂0～2％。本发明的色母料采用双螺杆挤出机或密炼机/单螺杆挤出机混炼塑化、挤出、造粒而成。
文档编号C08J3/20GK101475695SQ20081024167
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者王文广 申请人:王文广
文档序号 :
【 3643992 】
技术研发人员：王文广
技术所有人：王文广
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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