一、 开发背景
随着工业经济的飞速发展，环保问题已日益严峻，如何解决发展与环保的矛盾，已成为全社会普遍关注的热点问题。而化工行业中的塑料其生产、应用、回收过程都与环保问题休戚相关，尤其是作为主要添加成份的母料的环保性直接关系制品的环保性能。目前国外在注塑、吹塑的应用领域中，环保型母料的应用已越来越普遍。国外母料往往价格昂贵，国内生产企业无法承受。而国内由于受技术、经济上的制约，开发上相对滞后，特别是在大面积注塑时由于分散性能不好或者欠佳造成产品质量低下，或容易发生褪色、渗出等现象，也有采用添加色母的方法，但国产色母由于原材料、颜料及助剂等原因普遍存在重金属严重超标问题，这对环保要求较高的产品如童车等制品就无法适用，而且生产过程也存在环境污染等问题。所以环保型用母粒的开发刻不容缓。
二、研发过程
1、技术关键
选用合适的符合环保要求的原辅材料，采用先进的生产工艺，严格控制产品中的重金属含量，采用优化生产工艺等方法，提高产品的相容性和分散性，解决产品表面色点、色斑、流纹多等现象，以及提高产品二次加工性能等问题。
2、研制重点及采用的技术措施
(一)产品的环保性及原辅材料的选用
严格挑选不含重金属或重金属含量低的原辅材料，并对整条生产流水线进行彻底清理，避免其他不符合环保要求的残留母粒而影响到环保型母粒的生产，同时采用专用生产线，做到与其他母粒生产线不混同任何一台设备。
（二）采用高融指的材料制成载体，进一步提高产品的相容性、分散性及加工性能。
以聚丙烯PP为基材，而聚丙烯PP的熔体流动性好坏将直接影响到产品的再加工性，其熔体流动性与其分子量密切相关，通常聚丙烯树脂的熔融指数较低，在加工过程中还要添加多种助剂，使得熔体流动性受到很大影响，使各种物质之间的相容较差，导致熔体粘度增大，流动性变差，为了改善这种现象，需要提高一定的加工温度，但这对颜料造成较大的损伤，因为颜料往往对温度比较敏感，较高的温度会破坏其稳定性。所以我们用化学降解法来制备高融指的聚丙烯树脂。将常规聚合得到的聚丙烯进行控制降解，以降低其分子量，提高熔融指数。使聚丙烯和化学降解剂如过氧化物等在螺杆挤出机中进行反应，使聚丙烯分子链发生断裂，从而降低其分子量，这种方法具有降解完全、熔体流动性好等特点，可以进行规模化生产。
○1降解母粒的制造
将有机过氧化物和常规的聚丙烯粉料用混合剂充分混合后，再用螺杆挤出机共混造料，得到含有过氧化物的降解母粒。在生产过程中，聚丙烯粉料与过氧化物的比例、螺杆挤出机的温度、物料停留时间都会影响到降解母粒的性能，通过多次对比试验，我们将过氧化物的重量比例控制在0.8—1%，螺杆挤出机的温度为1800C--1850C，根据螺杆直径和长径比，通过控制转速，使物料停留时间小于1分钟，最后经冷却、造粒，得到降解母粒。
○2高融指载体的制造
将常规的聚丙烯树脂与按上述方法制得的降解母粒按一定比例充分混合均匀后，在双螺杆挤出机内其混挤出，这时聚丙烯树脂与降解母粒的比例要根据需要制得的熔融指数高低来确定。另外，螺杆挤出机的温度比制造降解母粒时的温度要高出10%左右，控制在2000C--2100C之间，根据螺杆直径和长径比，通过控制转速，使物料停留时间为1至3分钟，最后经冷却、造粒，得到熔融指数的载体。通过试验得到，当过氧化物的重量比例在0.25%时,可得到1000熔融指数的载体。
将上述高熔融指数的载体添加到最终母料的生产中时，可使产品的分散性及加工性能得到明显提高，当然其改善程度与载体的添加比例密切相关。
（三）包覆处理技术
通过对颜料进行包覆预处理，提高了产品的相容性和分散性，解决了普通产品的粒径大小不一、易凝聚等现象。
包覆可防止晶体表面和聚合物熔体的直接接触，而且这种经包覆的颜料能防止制品翘曲的出现。市场上最先出现的包覆型颜料是为聚烯烃注射成型再着色的酞菁蓝，随后出现了很多品种。包覆对剪切很敏感，如果剪切力过高包覆就会受到损害，晶体表面和聚合物熔体的直接作用就不可避免，而且翘曲将会重新发生。在对颜料进行包覆处理中，我们采用EVA腊/和褐煤腊作为分散剂，通过多道生产工序进行处理，主要是高速捏合、双辊混炼、密炼等，其中颜料与分散剂的比例，融溶的温度、物料在螺杆内停留的时间都会对产品的质量产生较大的影响，通过对比试验，选用最佳方案，如比例采用载体树脂30%：分散剂与助剂15%：颜料30%：其他15%；1—8区温度分别为1250C、1620C、1830C、1830C、1850C、1680C、1680C、1680C，最后达到比较稳定的效果。
（四）其他辅料的添加
○1抗氧化剂的应用。
由于在母粒的生产过程中每个加工步骤中都有可能引起热氧化后降解，这是因为加工过程中物料受到强烈剪切，在高温及氧气的作用下，发生多种氧化反应，从而引起聚合物长链分子量的降低（分子链断裂）、聚合物平均分子量的增加，这是由于重组反应引起的。为了改变聚合物原有的性能，在加工过程中加入一定比例的稳定剂是必需的，如抗氧化剂等，加入抗氧化剂后在加工过程中可有效防止聚合物的降解。
○2抗紫外线剂的应用
由于环保型母粒广泛应用于不同的户外产品，在阳光的长期照射下，不仅会使颜色发生变化，而且会使性能发生改变，所以在高档母粒中添加抗紫外线剂可以提高母粒的综合性能，所们通过对比试验，选用了性能更为稳定的UV531作为光稳定剂。
（五）制备工艺
主要原材料名称：高融指载体、聚丙烯PP基材、分散剂、热稳定剂、抗紫外线剂（UV531）、抗氧剂（1681010）、颜料（酞青绿、83号黄、钛白粉等）等。
主要研制设备：三辊混炼机、双辊混炼机、密炼机、高混机、高速粉碎机、（单）双螺杆挤出机、往复机、布斯机。
四、结果与讨论
1、从采购到整个生产过程中采用不含重金属或重金属含量符合欧洲SGS标准的原材料和添加剂，确保产品重金属指标符合欧洲SGS标准要求。
2、采用超分散剂自制技术，利用融指在1000左右的材料制成载体，有效提高产品的相容性、分散性及加工性能。
3、采用高速捏合、三辊混炼、密炼、双螺杆挤出等多道加工工序，提高了产品综合性能。
五、结论
1、环保型母粒配方合理，工艺路线可行，与PS片材相容性好，针对性强，质量好。
2、研发环保型母粒采用聚丙烯PP为基材，抗氧化剂及紫外线剂作为辅料，通过对颜料进行包覆预处理，提高了产品的相容性和分散性，解决了普通产品的粒径大小不一、易凝聚等现象。
3、分散性：在200mm*200mm的范围内，色点、黑点小于0.3mm的≤3个。重金属指标优于欧洲SGS标准。含水率与熔体速率、外观和颗粒均匀度均优于相关标准。综合性能上具有明显的市场竞争优势。
参考文献：
【1】 周健。“改性EBS类润滑剂在塑料母粒制造中的应用研究”“现代塑料加工应用”，1996，6
【2】汪永斌 张丽叶。“高熔体强度聚丙烯拉伸流变及其挤出发泡的研究”“ 合成树脂与塑料工业”，2005.11。
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