专利名称：给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及塑料着色技术领域，特别是涉及一种给水用聚乙烯管材混配专 用料的黑色母粒。
本发明还涉及这种给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒的制备方法。
背景技术：
在国际上，聚乙烯管作为压力管道己成功地使用了50年，已为众多国家在 输水、输送燃气的管道中得到应用。在我国，国家质量技术监督局于2000年11 月21日发布《给水用聚乙烯管材》国家标准(GB/T13663-2000)，推动了国内 聚乙烯给水管材的生产与应用。
炭黑作为一种微粉性的填料被广泛应用于聚乙烯管材生产中。除了具有着 色功能外，炭黑还提供最经济有效的方式以达到防紫外老化的要求。大量科学 研究数据证明具有一定粒径(27nm以下)炭黑在聚合物中添加量2. 6%并均匀 分散在聚合物中，可使聚合物寿命达50年之上。因此炭黑是制造用于输送饮用 水及燃气的聚乙烯压力管的一个重要组分。
水管用黑色母粒中的炭黑组分粒径较小、添加含量比较高，如果炭黑分散 不好，除了形成表面不光滑外，存在于管壁内的未分散炭黑附聚体可能导致压 力管道出现过早变坏的现象。无论从外观还是从液体流动性能方面说，管道内 外壁的表面光滑度都是一项重要的性能指标。大部分有关压力管应用的国家和 国际工业标准都认同这一重要性，规定色母粒中炭黑微观分散程度等级应《3。
除炭黑粒径和分散性外，对于制造饮用水压力管的专用混配料，还有其它极 为严格的要求。这些对输水管的要求是按照业界对那些能够影响饮用水的口感 和气味(也即是所谓的"感官性"特性)来确定的。这些感官性要求对应于炭黑 必须是低硫含量、低灰分和低甲苯萃取物的。
我国己从北欧化工引进年生产25万吨PE100管道料生产线，其它生产线也 正在建设中。但国内现有生产混配专用料的黑色母粒却无法达到上述炭黑分散 程度和感观性要求，须从国外进口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浓度高、易分散、添加量少而且添加后能满足 给水用聚乙烯管要求的黑色母粒。本发明的另一个目的是提供这种专用于给水 用聚乙烯水管的黑色母粒的制备方法。
实现本发明目的所采用的技术方案是这种专用于给水用聚乙烯管的黑色 母粒，其各组分的重量百分比为
炭黑 32.7-45.4% 载体树脂 54-66% 抗氧剂 0. 1-0. 3% 硬脂酸盐 0.5-1.0%
配方中所述的炭黑为高纯度炉法炭黑，炭黑颜料的粒径为小于25nm、重金 属甲苯萃取物<0.03%、总硫量〈0. 1%、 325目筛余物〈20ppm。其功能除作为着 色之用外，还能作为紫外光稳定剂，能够有效防止聚乙烯(PE)管材受阳光照 射而产生光氧化降解，从而提高聚乙烯(PE)管材制品的质量和使用寿命。
所述的载体树脂选自中密度聚乙烯树脂、高密度聚乙烯树脂或者它们的混 合物。中密度聚乙烯树脂密度为0. 928-0. 940g/cm3，高密度聚乙烯树脂密度为 0.940-0.965g/cm3。聚乙烯树脂熔体流动速率为2-50g/10min (2. 16kg/190°C )。
如HD2840UA， DHDA8940, HHM TR130。
所述的抗氧剂为大分子受阻酚类抗氧剂，选自(4-羟基-3，5-二叔丁基苯 基)丙酸正十八碳醇脂(抗氧剂1076，熔点50-55°C)、四[P-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂(抗氧剂1010，熔点为119-123t:)或者它们的混合 物。该类抗氧剂挥发性小、耐抽提，与树脂的相容性好，抗热氧效果显著，毒 性极低，美国FDA认可其用于食品包装材料。
所述的硬脂酸盐选自硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铝或者它们 的混合物，其作用是润滑剂。
本发明之给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒配方中不含有低分子量 聚合物，特别是不含有目前黑色母生产配方中常用来提高炭黑分散性能的聚乙 烯蜡。
含有低分子聚合物，例如聚乙烯蜡的黑色母粒生产的给水用聚乙烯管材不 能满足使用50年、耐压等级及其它标准。
制备给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒的方法先将各组分加入自 动称量加料系统，由多台失重式连续计量电子称，将多种物料严格按工艺配比， 自动加入转速为300-500rpm的双转子连续式密炼挤出机中，在充分捏合、剪切、 分散后，进入单螺杆挤出机中挤出，经冷却、切粒后，包装制成所需母粒。
本发明所用的树脂熔体粘度高，与炭黑表面相容性、润湿性较差，需要较 大能量传递剪切力，使树脂熔体有效破碎炭黑团聚体，迅速润湿、包复炭黑表 面，树脂熔体填充、渗入炭黑分子间隙，使母粒分散良好。
本发明具有计量准确、分散性好、浓度高、添加量少等优点，并且添加后 在炭黑分散度、化学纯净度、耐压性、防老化、混配料加工性能等方面满足给 水用聚乙烯管材混配专用料要求，使给水用聚乙烯管材能达到耐压状态下保持50年使用寿命，这是一般现有生产技术无法达到的。
具体实施例方式
实施例1:制备100千克给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒1#
(1) 各组分的重量为
炭黑 35千克
抗氧剂1010 0. 15千克
HD2840UA 15千克
DHDA8940 49. 35千克
硬脂酸钙 0. 5千克
其中炭黑为高纯度炉法炭黑，粒径20nm、重金属甲苯萃取物<0.03%、总硫 量<0.1%， 325目筛余物〈20ppm;抗氧剂为1010;中密度聚乙烯为HD2840UA; 高密度聚乙烯为DHDA 8940。
(2) 制备方法
先将各组分加入自动称量加料系统，由多台失重式连续计量电子称，将多 种物料严格按工艺配比，自动加入转速为300-500rpm的双转子连续式密炼挤出 机中，在充分捏合，剪切，分散后，进入单螺杆挤出机中挤出，经冷却、切粒 后，包装制成所需母粒。
这样制备的给水用聚乙烯管材混配专用料黑色母粒l弁，其炭黑含量为35%， 炭黑分散性达到〈3级，熔融指数为32 (21. 6kg/190°C )。
实施例2:制备100千克给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒2# (1)各组分的重量为
炭黑 42千克
抗氧剂1076 0. 15千克
HD2840UA 47. 85千克
HHM TR130 9. 0千克
硬脂酸钙 1.0千克
其中炭黑为高纯度炉法炭黑，粒径25nm、重金属甲苯萃取物〈0. 03%、总硫 量〈0. 1%， 325目筛余物〈20ppm;抗氧剂为1076;中密度聚乙烯为HD2840UA; 高密度聚乙烯为HHM TR130。
(2)制备方法同实施例1。 这样制备的给水用聚乙烯管材混配专用料黑色母粒2弁，其炭黑含量为42%， 炭黑分散性达到〈2级，熔融指数为35 (21.6kg/190°C)。
权利要求
1、 一种给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒，其特征在于各组分的重 量百分比为炭黑 32.7-45.4% 载体树脂 54-66% 抗氧剂 0. 1-0. 3% 硬脂酸盐 0.5-1.0%配方中所述的炭黑为高纯度炉法炭黑，炭黑颜料的粒径小于27nm、重金属 甲苯萃取物<0.03%、总硫量〈0. 1%、 325目筛余物〈20ppm;所述的载体树脂选自中密度聚乙烯树脂、高密度聚乙烯树脂或者它们的混 合物；所述的抗氧剂选自3 _(4-羟基-3， 5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇脂、四 [e _(3， 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂或者它们的混合物；所述的硬脂酸盐选自硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铝或者它们 的混合物。
2、 根据权利要求l所说一种给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒，其 特征在于其中不含有低分子量聚合物。
3、 根据权利要求1所说一种给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒，其 特征在于其中不含有聚乙烯蜡。
4、 按权利要求1至3中任何一项给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒 的制备方法，其特征在于先将各组分加入自动称量加料系统，由多台失重式 连续计量电子称，将多种物料严格按工艺配比，自动加入转速为300-500rpm的 双转子连续式密炼挤出机中，在充分捏合、剪切、分散后，进入单螺杆挤出机 中挤出，经冷却、切粒后，包装制成所需母粒。
5、按权利要求1至3中任何一项给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒，其特征为黑色母粒的炭黑分散性《3级，熔融指数为30-50 (21.6kg/190。C)。
全文摘要
本发明公开了一种给水用聚乙烯管材混配专用料的黑色母粒，其配方为炭黑32.7-45.4％、载体树脂54-66％、抗氧剂0.1-0.3％、硬脂酸盐0.5-1.0％。制备方法是通过自动称量加料系统，由多台失重式连续计量电子称，将多种物料严格按工艺配比，直接加入双转子连续式密炼挤出机组，经充分捏合，剪切，分散，挤出，切粒制成所需黑色母粒。本发明黑色母粒具有浓度高、易分散、添加量少的特点，而且添加后在碳黑分散度、化学纯净度、耐压性、防老化、混配料加工性等性能指标方面，符合和满足给水用聚乙烯管材混配专用料要求。
文档编号C08L23/00GK101121794SQ20061003003
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月11日 优先权日2006年8月11日
发明者徐一敏, 耿仲德, 陈信华 申请人:上海国嘉塑化有限公司