聚烯烃色母粒与被着色树脂的流变性能研究

吴兆权，等:聚烯烃色母粒与被着色树脂的流变性能研究37聚烯烃色母粒与被着色树脂的流变性能研究吴兆权陆玉本陈大华雷彩红黄锐(东莞毅兴塑胶原料有限公司523940) (四川大学高分 子材料科学与工程系,成都61006)摘要采用动态应力流变仪、转矩流变仪和熔体流动速率仪研究了聚烯烃色母粒熔体的流变特性。发现对色母粒这类特殊体系,其流动能力和变形能力之间存在很大的区别;用MFR值或毛细管粘度来表征流动能力及用动态粘度来表征变形能力较为合适。对20多种注塑级P色母粒的研究表明,好的PP色母粒的流动能力和变形能力都远高于被着色树脂才能实现色母粒的良好分散。关键词聚烯烃色母粒 流变特性流动变形能力色母粒与被着色树脂的流变特性之间应满足何果进行比较,考察何种方式比较适合表征色母粒的种关系才能有利于色母粒的良好分散?这是一个世流动变形能力。此外,我们采用动态应力流变仪、熔界性的技术难题,任何-个公司或研究机构都不能体流动速率仪等测试手段对数十种PP色母粒与被给出确切的回答。曹淑荣门对丙纶纺丝色母粒的研着色树脂的流变性能进行了比较,希望找出一个有究发现,色母粒和纺丝基料熔体的流变性能差异是.利于色母粒分散的流变性能范围。影响产品质量的关键因素,并认为色母粒和基料的1实验部分流变性能一致是比较好的。卡博特公司'1建议最好1.1 原材料选用与被着色树脂熔体流动速率(MFR)值相近的色低密度聚乙烯(LDPE):LDPE- A,TPC公司;母粒。詹宝玉等3认为色母粒的流动变形能力应优白色色母粒:W1.W2、W3,东莞毅兴塑胶原料有于被着色树脂。A.C-Y. Wang等4用以(苯乙烯/丙限公司;烯腈)共聚物(SAN)为载体的色母粒对ABS进行着PP色母粒:注塑级,21种,东莞毅兴塑胶原料有色发现,所选用色母粒的MFR越高,所得注塑制品限公司。的颜色均匀性越好。因此,从文献来看，似乎更倾向1.2实验仪器 与测试方法于色母粒的流动变形能力应优于被着色树脂。但对表1列出实验仪器、测试方法及生产厂家。.表!实验仪器、测试方法及生产厂家某一特定色母粒体系,其流变性能究竞要比被着色仪器名称型号测试方法生产厂家树脂好多少尚不得而知。动态应力SR-500动态频率扫描美国Ronetric就测试手段而言,目前对色母粒流变行为的研流变仪Scientic Ine.究大多采用毛细管流变仪或转矩流变仪。这种稳态转矩。SYS40恒定温度下，最不同 德冈哈克公司流变仅转速下的平衡转矩测试下的连续形变常会造成高分子,特别是多相、多熔体流动E.VINDEx按ASTM D1238 - 90意大利ATSAAR组分高分子形态结构的变化或破坏,因而难以准确.测试公司获得材料结构状态的信息”’。Y.G. Yanovskyoi指2结果与讨论出,对于填充高聚物体系,毛细管流变仪或转矩流变2.1色母粒流动变形能力的表征仪几乎不能给出有关填料分散和混合程度等方面的塑料着色过程是通过色母粒与被着色树脂的共信息,而动态流变仪测试则能获得大量这方面的有混来实现的,色母粒的流动变形能力是影响共混效关信息。据笔者所知,还没有人采用动态应力流变果从而影响着色效果的关键因素。因此,对色母粒测试手段测试色母粒熔体的动态流变行为。生产、的流动变形能力进行表征无疑对色母粒的研究开研究人员比较习惯用MFR值和转矩来表征色母粒发、生产及使用具有重要意义。在工业生产中,一般熔体的流动变形能力17-10) ,并以此作为色母粒配方用MF中国煤化毕度(以下简称毛设计和改进的依据之一。笔者拟采用动态应力流变仪测试色母粒的流变细TYHCNMH G涞表征。.特性,并与熔体流动速率仪和转矩流变仪的测试结收稿日期:2001-062138工程塑料应用2001 年,第29卷,第I0期实际.上.流动变形能力包括流动能力和变形能力两个方面。这两者在本质上有一定的共通性:变形就是一种流动,要流动必须变形。表2列出用不A润册层同流变仪测得的4种原料的流变数据。从表2可看出,4种原料的流动能力若按MFR值大小来表征,速率分布应力分布速率分布成力分布则为:W3> W1> W2> LDPE- A;若按转矩大小来表(a(b)征.则为:W3>W2>W1 > LDPE- A;若按复数粘度有润滑层的流动: b-无润滑层的流动大小来表征,则为:LDPE -A>Wl> W2>W3。熔圈1毛细管内两种 不同流动状况示意图体流动速率仪和转矩流变仪所测得的结果基本-要反映材料的流动能力,而对材料的变形能力反映致,但与动态流变仪所测得的结果几乎完全相反。较少。三种流变仪就其本质来说测定的都是材料的流动变表征色母粒的变形能力需进行动态流变测试。形能力,但得出的结果却大相径庭。其实原因很简动态流变测试的优点在于应变小，不会破坏熔体的单,那就是对色母粒这类特殊物料,其熔体的流动能结构。所以测试时不易形成润滑层,即使有润滑层,力和变形能力之间存在很大的区别。熔体流动速率对测试结果的影响也很小。为了考察润滑层的影仪和转矩流变仪所得结果主要反映色母粒的流动能响,特做了一个对比实验。试样为道康宁公司的聚力,而动态流变仪所得结果主要反映色母粒的变形二甲基硅氧烷,室温下为凝胶状态,在上平行板的表能力。面涂布硅油和不涂硅油,分别在25C下测试各自的表2用不同流变仪测得的4种原料的流变数据粘度,结果表明,有润滑层和没有润滑层的试样粘度项目|测定条件W3IW1WLDPE-A相差不到5%。动态测试流变性的原理是，先对试MFr/g:(0min)- 2.16kg 7.4 6.4| 5.4 1.样施加一个正弦应力(或应变)，测试所引起的应变(150C)5.0kg_ 24.7 20 19.7 5.4转矩/N.m10r/min | 1.42.4 2.2 | 3.8(或应力),然后根据施加的应力和获得的应变计算30/min| 3.2| 4.6 | 4.2 5.5得出动态流变数据。因此,动态流变测试本身就是50/min| 4.5| 5.5| 5.56.1测试材料的变形能力。即使有润滑层也不会对变形复数粘度/Pa's1001n51256810317343~ 5899能力的正确反映造成太大的干扰。因此,用动态应(50C.2 kP)200 mnd/s 21 050 5450 |22763904300xm/s |15481|42209680 2997力流变仪测得的动态粘度来表征色母粒的变形能力注:)nd/s为弧度/秒。是恰如其分的。通过对60余种色母粒和50余种其大多数色母粒都含有质量分数为10% ~ 20%它材料的测试表明,具有高变形能力的材料-般都.的低分子分散润滑剂。使用诸如熔体流动速率仪、具有高流动能力。当然这并不意味着具有最高变形毛细管流变仪、转矩流变仪这类大应变测试仪器测能力的材料就-定具有最高流动能力。试时,很容易在剪切应力最大的地方形成一润滑层。就表2中的数据而言,W3具有最高流动能力,润滑层的形成大大降低了流动阻力,同时也大幅度但变形能力却最差,而变形能力最高的是LDPE-降低了剪切应力在熔体中的传递。需要说明的是,A。实际上,W1 W2、W3三种色母粒所选用的载体即使没有分散润滑剂,由于固体粒子向低剪切应力树脂的流变性能与LDPE- A相当接近,即使添加了处迁移.也会在最高剪切应力处(如毛细管的内璧)60%的TiO2后其变形能力仍不高，所以LDPE-A的形成润滑层。现以毛细管流变仪为例来说明这个问变形能力最高也是理所当然的。题。图1是有润滑层和无润滑层的流动状况示意综上所述,对于色母粒这类特殊体系,用MFR图。在有润滑层的流动(图la)中,流动层之间的速值或毛细管粘度来表征流动能力,以及用动态粘度度梯度远低于无润滑层的流动(图lb),其流动类似来表征变形能力是比较合适的。这种表征方法对其常说的柱塞流,即是说材料在变形较小的情况下仍它母料体系也适用。实际上,连卡博特公司、杜邦公然可以流动得很快。因此可以说流动能力不等同于m田田yFR值和毛细管粘变形能力,有高流动能力的材料不一定具有高变形度或jH中国煤化工色母粒的流动变能力。对色母粒这类容易形成润滑层的特殊体系，形能CNMHG滑层生成或润滑MFR值、毛细管粘度、转矩流变仪所酬得的转矩主作用可忽略的体系(如大多 数纯树脂),流动能力和吴兆权.等:聚烯烃色母粒与被着色树脂的流变性能研究变形能力是基本-致的，因此,不论MFR值、毛细管图3是21种PP色母粒的MFR值分布图。从粘度或动态粘度都可用来表征流动变形能力。图3可看出,好的色母粒的流动能力(MFR值)和变2.2 色母粒充分分散的两要素-一 高流动能力和形能力(动态粘度值)在总体趋势上都高于用户反映高变形能力混色的色母粒。好的色母粒应同时具有高流动能力和高变形能力。在与被着色树脂共混时,高流动能力可以保证言80点60-色母粒到达每个角落;高变形能力可以保证色母粒40|在受到挤压和剪切时容易被拉长和破碎,从而有利王20OL于分散。我们测试了21种(其中10种色母粒用户反映良好,11种用户反映有混色现象)注塑级PP色1-被着色树脂;● -用户反映混色的色时粒;。一用户反映良好的色母粒，母粒,这种色母粒与被着色树脂的动态实数粘度和复数粘度分布曲线见图2。需要说明的是,色母粒图3色母粒与被着色树脂的 MFR值分布图(200C,2.16 lg)与被着色树脂偶尔有多对一的对应关系,因此虽然2.3 色母粒与被着色树脂的流变性能之间的关系.对21种注塑级PP色母粒与被着色树脂的研究有21种色母粒,却只有10 种被着色树脂。结果表明,色母粒的流变性能(包括流动能力和变形350|: 300能力两个方面)优于被着色树脂的流变性能。在所民250测试的11种用户反映混色的色母粒中,不乏色母粒与被着色树脂流动能力和变形能力-致的例子。 从5 150图2、图3可以看出,用户反映良好的色母粒不论流100动能力还是变形能力都好于被着色树脂;用户反映.a)不好的色母粒大多是流动能力比被着色树脂差的色母粒,或者变形能力比被着色树脂稍好的色母粒。3结论30通过对20余种注塑级PP色母粒与被着色树脂的流变数据分析,可以得出“对于注塑级PP色母粒,高变形能力和高流动能力是良好分散的两要素"这10-结论。作为分散相的注塑级PP色母粒,其MFR1-被着色树脂;●一用户反映混色的色母粒;值比作为连续相的被着色树脂的MFR值大得多、且一用户反映良好的色母粒其动态粘度比被着色树脂的粘度小得多才能实现色- -实敷粘度; b-复数粘度母粒的良好分散。.围2色母粒与被 岩色树脂的动态帖度分布曲线(200C,100 md/)参考文献色母粒与被着色树脂的实数粘度n' 和复数粘1曹溆荣.色母粒应用于丙纶加工中流变行为的研究.国外塑料,度η"可分别用(1)式、(2)式表示:1995(1):18? Cabo公司市场开发部. MF1与色母粒生产。国外塑料, 195<1):; .”=yxsin8(1)473詹宝玉,等.新型PVC色母料的应用性能.福建师范大学学报η°=yo(2)(自然科学版)2000(3):56Wog. ACY. et al. Colouring d mouled plastic poducts by the ai式(1)、式(2)中:n/--实数粘度;ion of colour meserbache.」Mater Proc Tech, 197.468η°- -复数粘度;郑强,等.多组分高分子体系动态蕴变学研究. 商等学校化学学τ一应力;报199(20);:1γ一应变;6 YanorsJ中国煤化工x. London: Pubrlished bw一频率;7康水锋TYHCNMHG.石化技术及应δ---应力与应变之间的相位差，用199(17);134也称损耗角。8刘俊龙,等,聚丙烯纤继着色技术进展.化工进展203);3)340工程塑料应用2001年,第29卷,第10期9张名镇,等.机械活化方 法处理钛白粉在色母粒中的应用.塑料,10 周解仲.新型塑料管材专用色母粒的研制.中国塑料, 2000199(2):72(10):54STUDY ON The RHEOLOGICAL BEHAVIOR RELATIONSHIP BETWEEN COMMERCIALPOLYOLEFIN COLOUR MASTERBATCHES AND RESINS BENG COLOUREDWu Zhaopuan, Lu Yuben(Danguan Ngi Hing Hong Pastie Materials Lud 523740)Chen Dahua, Lei Caihong, Huang Rui(Depereant of Poyuer Mateial Egneerin and Siene, Sichuan Uirvenin, Chergdu 600)ARSTRACT The hocegial bearier of the poyleon clour mteteables was tudied by dramice steee tome brpe temreand melh fow index honeter. I was that fououd it Vas propar that the flow abliy was candeized by MFR and the deomation billy wascharacterived by dynamic visosity.The sudies of more than 20 pylpene(PP) colur matebalcles sbowed that their nelogcel poprtis soud be speriar to that of the resin being clord, The colour mstelcers whee MFR is more than the rsi being clourd andwhose dyamic visasilt is less than the resin being coloured are crical for good dipersion.KEYWORDS poylen colour mstrbalches, teologial behariar, flow defomation ability聚烯烃热塑性弹性体促汽车部件换代光泽度耐冲击性和耐擦伤性能都有所提高。聚烯烃热塑性弹性体是一种高性能聚烯烃产品,在常温国外公司推出的新-代聚烯烃热塑性弹性体主要用于下呈橡胶弹性,且具有密度小、弯曲大、低温耐冲击性能好、汽车保险杠，可使壁厚由原来的3.5 m减至2.5 mm,保险易加工、可重复使用等特点。专家预测,这种产品今后将在杠减重31% ,成型周期缩短了15so 此外,与原来的产品相国内外汽车制造业中得到广泛应用。该产品在汽车配件中.比,其弯曲弹性模量提高1倍,拉伸强度提高60% ,熔体流动的应用十分广泛。在外装件中,主要用作保险杠、散热器、底速率提高1倍。美国通用汽车公司和蒙特北美公司还成功盘、车身外板、车轮护翠活动车顶及其它保护胶条、挡风胶.开发出聚烯烃热塑性弹性体纳米级微晶高岭土复合材料,使条等。在内饰件中，主要用作仪表板和内饰板蒙皮、安全气其刚性大幅度提高。他们还计划开发其它汽车用纳米级系囊外皮层材料等。1998 年,世界聚烯烃热塑性弹性体在汽车列复合材料,并考虑了其潜在的应用范围。这种新型材料在上的用量约为45.36万l,其中90%用于汽车外装件。车内应用的最大潜在市场是取代聚氯乙烯用于大型部件。目前,国内外科研机构仍在进行该产品的研究开发。在与聚氯乙烯相比,该产品除了可以回收、利用外,还具有长期汽车车身外板方面，巳研制出尺寸稳定的聚烯烃热塑性弹性耐紫外线酸色稳定、质量较轻等优点。业内人士预言,在未体配混料,解决了其热膨胀问题。通过配混矿物、玻璃填料来的20年里,纳米级复合材料配件的大量出现有望促进汽及各种橡胶,使其热膨胀系数降低了50% ~ 75% ,并且刚度、车零部件的更新换代。(赵永春) .(上接中文目次页}张家港市神舟机械有限公司(播3)张家港市轻工机械有限公司(循4) 南京中观机械电子有限公司(插5) 江苏白熊机械有限公司(插6)承德精密试验机厂(播7) 北京科拉斯复合材料有限责任公司(插8)开平雅琪塑胶机械模具厂(播9) 青岛新阜东塑料机械有限公司(插10)_舟山市金海机械有限公司(辆 1)绍兴四维塑胶工程有限公司(插 2)浙江华业塑料机械有限公 司、舟山华欣科机械有限公司(插13)南京橡塑机械厂(插14) 深圳市瑞格尔仪器(制造)有限公司(插IS)深圳市凯强利机械有限公司(插16) 济宁市金工机器制造有限公司(插17)江苏维达机械有限公司(插 18)兰州兰泰 塑料机械有限公司(插19)万通塑胶原料有限公司(播)、插21)上海普利特复合材料有限公司(插22)上海新星双螺杆机械有 限公司(插23、插67)南京市 智留诚橡塑机械厂(插24) 湖北凯乐新材料科技股份有限公司(循25)武汉塑料机械总厂(插26) 南京宁利实业有限公司(插27) 第五届亚太国际橡塑胶 工业展览会(插28) 2002第2四属)上海国际橡塑工业展览会(括29)海门市双龙真空泵厂(插 30)无锡环宇金属设备厂(插 31)张家港华明机械有限公司(插32) 保圳市空微特种材料有限公司(插33)张家港欣荣机械有限公司(插34、折3)南京 诚盟化工机械有限公司(插36)北京普利宏斌化工材料有限责任公司33)广州八达公司(3) 广州市顺高经贸发展有限公司(3) 广州鹏云工程塑料有限公司(3) 浙江丰利粉碎设备有限公司(53)_泉州三威化工有限公 司(摘37)上海金纬机械制造有限公司(插 38)上海 博纳维来新材料有限公司(拆39)上海逊达橡塑机械制造有限公司(插40)大连塑料机械厂(插 41)上海 日之升新技术发展有限公司(插42、插43)沈阳江治汽车零部件有限公司(插44) 徐州超精细粉体厂(新4)北京加成助剂研究所(插 46)张家港市荣 欣机械制造有限公司(插47)深圳市 康耐待实业发展有限公司(插48)富力机器制造有限公司(插49)石家庄市 星烁实业公司(插s0)苏州华成电缆设备有限公司(插 50)郑州兆明换网器研究所(插S1) 舟山市金岛机械有限公司(插S1)济宁地环超细粉体有限公司(插 52)洪湖市恒基化工有限公司(插52)_ 上海百铸工程塑料有限公司(街S3) 枕阳市旭东阻燃剂厂(插53)湖南省三润纳米材料产业有限公司(插54) 新大-仙居高分子材料应用研究所(播5)孝感市五岳传感器有限公司(插s)北京实达丰商贸有限公司(插55) 苏州南方 工程塑料五金厂56) 深圳现代宝塑胶抽粒厂(插56) 余姚市中发工程塑料有限公司(插5S7)温州俊尔高案物有限公司(插 s7)平顶山旭轮工程塑料厂(插 58宁波华盛塑化有限公司(插60)青岛威东科橡塑科技有限公司(插 61) 20001 中国常州第二届国中国煤化工2第四届中国(厦门)橡塑工业展览会(插63)中庆化工有限公司(插 64)成都金石东方工业有限设备(安徽)展览会(插66)龙腾科技(深圳)发展有限公司(插68) 海 尔科化工程塑料国家工程研YHCNMH (州进化工股份有限公司(插70)岳阳市维远实业有限公司(插 71)江苏省常州市柏鹤涂料有限公司(插 71)中纺投资发展股份有限公司(插 72)上海康利实业有限公司(插73)南京秦隆化学实业有限公司(封三) 宝理塑料(中国)有限公 司(封底)