本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种通用性黑色母粒及其制备方法。
背景技术：
合成树脂及塑料是生产、生活各个领域中不可缺少的重要材料，塑料着色是塑料生产中不可缺少的一环，它不仅为塑料制品增添了和谐的色彩，把我们周围世界装扮的绚丽多彩，而且还可以赋予塑料多种功能，改善塑料的某些应用性能并赋予其新的特性。塑料着色的传统方法有干法(浮染)着色、糊状着色剂着色、液状着色剂着色等。颜料一般是粉状，其分散性差、计量不易控制、着色效果差、成本高，在颜料加入量极小的制品中，会导致色差的产生；对于颜料浓度很高的制品，由于颜料与树脂的亲和性差，使得制品加工性能欠佳，并导致物理机械性能下降；而且，颜料添加和混合时容易飞扬，被人体吸入后将影响操作人员的健康。这些问题的存在限制了传统塑料着色方法的应用，而色母粒着色较好地解决了上述问题，故已逐渐成为获得高质量塑料着色制品的主要手段。
色母粒是把常量的颜料均匀载附于树脂之中而制得的聚集体。色母粒一般由着色剂、载体和分散剂组成，通常是通过将着色剂、载体和分散剂经由高速混炼机混炼后，破碎、挤出拉成粒而制得。因此，色母粒是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂经良好分散而成的塑料着色剂，其所选用的树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用，并且与被着色材料具有良好的相容性，和颜料有较好的亲和力。由于色母粒中树脂载体将颜料和空气、水分隔离，避免了直接使用颜料时颜料的吸水和氧化现象，可以使颜料的品质长期不变。而且，颗粒状的色母粒，与树脂颗粒大小相近，在计量上更方便准确，混合时不会粘附于容器上，与树脂的混合也较均匀，因此可以保证添加量的稳定，从而保证制品颜色的稳定。并且，在添加和混合的时候不会出现飞扬，能保持环境的洁净，使用方便易行。
黑色母是色母粒的一种，但它的地位与其他色母粒又有些不同。黑色母是塑胶加工中最常用的一种色母粒，也是量最大的一种色母粒。黑色母是由高比例的炭黑及添加剂与热塑性树脂，经良好分散而成的塑料着色剂，其所选用的树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用，并且与被着色材料具有良好的相容性。由于炭黑是最难分散的一种颜料，现有技术中黑色母对被改性塑料物性的影响较大，黑色母的发展受到了一定程度的限制。
目前，黑色母以专用黑色母为主，专用黑色母多以与被着色树脂相同或相近的树脂为载体，如：中国发明专利cn200610030033.6公开了以mdpe和hdpe为载体的给水用聚乙烯管材用黑色母，中国发明专利申请cn201010550637.x公开了以超高分子量聚乙烯为载体的聚乙烯管用炭黑色母粒。中国发明专利cn02135596.7公开了以苯乙烯系聚合物为载体的于苯乙烯类树脂用黑色母粒。中国发明专利cn200810029614.7公开了以as为载体的用于as系列塑料用黑色母粒。中国发明专利cn201010611390.8公开了以聚乳酸为载体的可降解塑料用黑色母粒。这些色母均具有较好的分散性能，但仅为某一种或某一类树脂专用。
此外，还有通用黑色母，由于适用性广而需求巨大。通用黑色母，一般用某种通用级树脂(往往是低熔点的聚乙烯)作为载体，以价格不菲的低分子蜡(主要为聚乙烯蜡)来作为分散剂。因为低分子蜡的使用，一方面的加工和制品中容易析出，直接影响到塑料制品的性能，另一方面低分子蜡的价格比较高，提高了色母粒的制造成本。因此，这样做成的通用黑色母存在着很多缺点：着色效果的预见性差，影响塑料制品的强度，产品容易变形、扭曲，对工程塑料更为明显；而且，由于聚乙烯蜡价格昂贵，造成生产成本较高，若要降低成本，必然使用聚乙烯蜡等低成本的回料，在后加工过程中，气味较重，还影响塑料制品性能。如：中国发明专利cn201010599302.7公开了一种黑色母粒，组成按质量百分比配比为(％)：载体树脂5～15％；炭黑70～89.4％；分散润滑剂5～15％；其他助剂0.6～1％；所述载体树脂为线性低密度聚乙烯6201；所述炭黑为德固赛900l；分散润滑剂为聚乙烯蜡(pe蜡)、色粉专用乙撑硬脂酸酰胺(ebs)或光亮润滑分散剂tas-2a中的一种或几种；其他助剂为抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(1790)、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)。该专利的黑色母粒中载体树脂含量非常低，而无机粒子含量相当高，尤其是高含量的炭黑在加工过程中团聚严重，从而对改性塑料的性能产生十分不利的影响。因此，通用色母的“通用性”受到极大的限制。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的在于提供了一种通用性黑色母粒及其制备方法，该黑色母粒环保无气味无蜡、颜色黑度高、后加工过程中分散性好，对塑料制品的力学性能影响不大，该制备方法工艺体系简单、容易操作，适合大规模工业化生产。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种通用性黑色母粒，其重量百分比组成为：
其中，所述炭黑的平均原生粒径为19～23nm，吸油值为45～60ml/100g；所述线性低密度聚乙烯粉料的熔融指数为20～50g/10min。
优选的技术方案中，所述炭黑的平均原生粒径为21nm，吸油值为55ml/100g。
优选的技术方案中，所述线性低密度聚乙烯粉料的熔融指数为50g/10min。
同时，本发明还提供了一种通用性黑色母粒的制备方法，包括：
将炭黑、线性低密度聚乙烯粉料、乙烯基双硬脂酰胺和硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为110～140℃、转速为20～40r/min下，混合30～50分钟；然后，进入双螺杆挤出机挤出，经冷却、烘干、切粒，得到黑色母粒；
其中，各组分的重量百分比为：
其中，所述炭黑的平均原生粒径为19～23nm，吸油值为45～60ml/100g；所述线性低密度聚乙烯粉料的熔融指数为20～50g/10min。
优选的技术方案中，所述炭黑的平均原生粒径为21nm，吸油值为55ml/100g。
优选的技术方案中，所述线性低密度聚乙烯粉料的熔融指数为50g/10min。
优选的技术方案中，所述加热温度为130℃。
优选的技术方案中，所述混合时间为40分钟。
优选的技术方案中，所述双螺杆挤出机的长径比为48:1～56:1，进一步优选为48:1。
优选的技术方案中，所述双螺杆挤出机的设置为：反应区温度150～190℃、主机转速250～350r/min。进一步优选所述主机转速为260r/min。
如前所述，现有技术对于通用性黑色母粒的研究，主要集中在对于组合物体系中分散剂、载体树脂以及助剂的种类和用量的选择以及配伍，而对于炭黑的选择，则考虑得相对简单：要么是为节省成本考虑，选择价格便宜的炭黑；要么是从质量出发，选择市场口碑好的优质炭黑。几乎没有文献将炭黑的粒径与吸油值参数与载体树脂、分散剂的选择以及配伍进行深入的研究，因此，现有的通用性黑色母粒大多体系复杂，炭黑以及助剂的比例相对较高，这样，不但成本高昂，而且对于塑料制品的力学性能产生不良影响。
本申请发明人意外地发现：平均原生粒径为19～23nm，吸油值为45～60ml/100g的炭黑，不但自身具有良好的分散性，而且在与熔融指数为20～50g/10min的线性低密度聚乙烯粉料配伍时，其也表现出良好的分散性。一方面，熔融指数为20～50g/10min的线性低密度聚乙烯相对分子质量较低，熔体流动速率大，其作为树脂载体，降低了体系粘度，使上述特定参数的炭黑在基体树脂中更易分散；另一方面，熔融指数为20～50g/10min的线性低密度聚乙烯与上述特定参数的炭黑相互作用，使得线性低密度聚乙烯能够润湿并较好地包覆上述特定参数的炭黑，熔体渗透入炭黑团聚体内部的空隙和孔洞中，削弱内聚力，使团聚体在外加剪切力的作用下更易打开，新生粒子也能够得到迅速的润湿与包覆，由于包覆表面存在电荷排斥作用、空间阻隔或熵效应，细化的炭黑粒子不再凝聚，能够稳定存在，从而线性低密度聚乙烯替代了成本昂贵的聚乙烯蜡(分子量4000～6000)而起到分散剂的作用，避免了因炭黑-聚合物体系的剪切作用下降造成的分散度下降的缺陷，从而保证了上述特定参数的炭黑的良好分散；此外，熔融指数为20～50g/10min的线性低密度聚乙烯粉料具有大比表面积，能够帮助上述特定参数的炭黑更好地分散，达到更好的分散效果。
进而，由于适宜用量的熔融指数为20～50g/10min的线性低密度聚乙烯所起到的对于分散剂(尤其是聚乙烯蜡)的替代作用，整个体系中分散所需助剂的用量大大减少，只需要添加极为少量的助剂(ebs和硬脂酸锌各为1～3％)，就可以实现炭黑的良好分散性，从而使得产品后加工过程中分散性好，并对各种类型的塑料制品的力学性能影响不大，应用于各种类型的塑料改性中均具有极强的适应性，通用性好；而且，由于免于使用昂贵的聚乙烯蜡，可以显著降低成本；而免于使用回收的聚乙烯蜡，可以保证产品环保无气味。
同时，由于本发明的通用性黑色母粒组成体系配伍适当，其相应的制备工艺非常简单、容易操作，适用于进行规模化应用的推广：线性低密度聚乙烯粉料与炭黑以及少量助剂体系，在加热温度为110～140℃下，以20～40rpm的低速慢升捏合30～50分钟，即可完成各组分的混合，且相对于现有技术中常规的高速捏合7～8分钟的混合，本发明中更不易团聚，各组分分散更均匀；同时，在挤出造粒过程中能大大的降低挤出机前段的压碎剪切摩擦力，从而有效地起到降低能耗以及延长设备的使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本发明的黑色母粒中，所选择的炭黑和线性低密度聚乙烯粉料均同时兼具提高炭黑分散性和减少助剂使用量的特性，从而使得整个体系中只需要极少量的助剂即可实现炭黑的良好分散性，易于稀释于各类塑料制品中，塑料应用适应性强，对各种类型的塑料制品的力学性能均影响不大，可广泛应用于各种类型的塑料制品，具有很好的普适性与通用性。
(2)本发明的通用性黑色母粒组成体系简单稳定，环保无气味无蜡、颜色黑度高、光泽亮度好，生产成本低，极具推广价值。
(3)本发明方法中，使用商品化的炭黑、线性低密度聚乙烯粉料、ebs和硬脂酸锌，使得生产成本低，工艺简单且稳定，操作简单易行，产品无气味，对环境友好，非常适合应用于工业化大规模生产。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细说明。应理解，下述的实施实例仅用于说明本发明，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
以下实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购得的常规产品。
本发明中，熔融指数(mi)又称熔体流动速率和熔体流动指数，指热塑性材料在一定温度和压力下，熔体每10min通过规定口模的质量。熔融指数可通过以下方式测定：采用μpxrz－400熔体流动速率仪，升温预热至190℃，将5g左右的待测料加入测试器中，保温1分钟，待树脂或母粒完全熔融后，在2160g力的作用下，测出30秒流出的树脂的量，共测5次，计算出平均值，然后换算成10min的流出树脂量，即得到所测试样品的熔融指数。
本发明中，炭黑吸油值，即dbp值，是指：在规定的试验条件下，100g炭黑吸收邻苯二甲酸二丁酯(dbp，di-n-butylphthalate)的体积(cm3)数。dbp值的测定参照国家标准gb/t3780.2—2003《炭黑第二部分邻苯二甲酸二丁酯吸收值的测定》。
本发明中，炭黑、线性低密度聚乙烯粉料、ebs和硬脂酸锌均为商品化的市售产品。
实施例1
将46.0g的炭黑(平均原生粒径为21nm，吸油值为55ml/100g)、50.0g的线性低密度聚乙烯粉料(熔融指数为50g/10min，记为mi50)、2.0g的乙烯基双硬脂酰胺(ebs)和2.0g的硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为130℃、转速为30r/min下，混合40分钟，再进入长径比为48:1的双螺杆挤出机，挤出温度：150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，机头温度180℃，主机转速260r/min，挤出后经冷却、烘干、切粒、包装成无气味的黑色母粒。
将所得黑色母粒加入聚酰胺中，黑色母粒的用量为聚酰胺重量的3％，混合后挤出得到黑聚酰胺。
根据iso527，iso180，iso178标准进行测试，测试结果表明：与原聚酰胺相比，所得黑聚酰胺的拉伸强度降低了10％，断裂伸长率不变，冲击强度增加8％，弯曲强度降低4％。
实施例2
将40.0g的炭黑(平均原生粒径为21nm，吸油值为55ml/100g)、56.0g的线性低密度聚乙烯粉料(mi50)、1.0g的ebs和3.0g的硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为130℃、转速为40r/min下，混合30分钟，再进入长径比为48:1的双螺杆挤出机，挤出温度：150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，机头温度180℃，主机转速260r/min，挤出后经冷却、经冷却、烘干、切粒、包装成无气味的黑色母粒。
将所得黑色母粒加入abs中，黑色母粒的用量为abs重量的3％，混合后挤出得到黑abs。
根据iso527，iso180，iso178，iso75标准进行测试，测试结果表明：与原abs相比，所得黑abs的拉伸强度降低了10％，断裂伸长率增加5％，冲击强度增加4.8％，弯曲强度降低11％，热变形温度增加1℃。
实施例3
将50.0g的炭黑(平均原生粒径为21nm，吸油值为55ml/100g)、46.0g的线性低密度聚乙烯粉料(mi50)、3.0g的ebs和1.0g的硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为130℃、转速为20r/min下，混合50分钟，再进入长径比为48:1的双螺杆挤出机，挤出温度：150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，机头温度180℃，主机转速260r/min，经冷却、烘干、切粒、包装成无气味的黑色母粒。
将所得黑色母粒加入聚碳酸酯(pc)中，黑色母粒的用量为pc重量的3％，混合后挤出得到黑pc。
根据iso527，iso180，iso178标准进行测试，测试结果表明：与原pc相比，所得黑pc的拉伸强度降低了2％，断裂伸长率降低36％，冲击强度增加106％，弯曲强度不变。
实施例4
将46.0g的炭黑(平均原生粒径为23nm，吸油值为45ml/100g)、51.0g的线性低密度聚乙烯粉料(mi50)、2.0g的ebs和1.0g的硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为110℃、转速为40r/min下，混合40分钟，再进入长径比为48:1的双螺杆挤出机，挤出温度：150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，机头温度180℃，主机转速250r/min，经冷却、烘干、切粒、包装成无气味的黑色母粒。
将所得黑色母粒加入聚丙烯中，黑色母粒的用量为聚丙烯重量的3％，混合后挤出得到黑色聚丙烯。
根据iso527，iso180，iso178标准进行测试，测试结果表明：与原聚丙烯相比，所得黑色聚丙烯的拉伸强度降低了8％，断裂伸长率增加10％，冲击强度增加6％，弯曲强度增加5％。
实施例5
将46.0g的炭黑(平均原生粒径为19nm，吸油值为60ml/100g)、51.0g的线性低密度聚乙烯粉料(mi20)、2.0g的ebs和1.0g的硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为140℃、转速为40r/min下，混合40分钟，再进入长径比为48:1的双螺杆挤出机，挤出温度：150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，机头温度180℃，主机转速350r/min，经冷却、烘干、切粒、包装成无气味的黑色母粒。
将所得黑色母粒加入聚乙烯中，黑色母粒的用量为聚乙烯重量的3％，混合后挤出得到黑色聚乙烯。
根据iso527，iso180，iso178标准进行测试，测试结果表明：与原聚乙烯相比，所得黑色聚乙烯的拉伸强度不变，断裂伸长率不变，冲击强度增加8％，弯曲强度增加6％。
对比例1
将46.0g的炭黑(平均原生粒径为30nm，吸油值为120ml/100g)、50.0g的线性低密度聚乙烯粉料(mi50)、2.0g的ebs和2.0g的硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为130℃、转速为30r/min下，混合40分钟，再进入长径比为48:1的双螺杆挤出机，挤出温度：150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，机头温度180℃，主机转速260r/min，经冷却、烘干、切粒、包装成黑色母粒。
参照实施例1，将所得黑色母粒加入聚酰胺中，黑色母粒的用量为聚酰胺重量的3％，混合后挤出得到黑聚酰胺。
根据iso527，iso180，iso178标准进行测试，测试结果表明：与原聚酰胺相比，所得黑聚酰胺的拉伸强度降低了25％，断裂伸长率降低60％，冲击强度降低26％，弯曲强度降低23％。其主要原因是炭黑没有很好地分散，从而造成团聚，在炭黑团聚处容易开裂。
对比例2
将70.0g的炭黑(平均原生粒径为30nm，吸油值为120ml/100g)、15.0g的线性低密度聚乙烯粉料(mi2)、14.0g的聚乙烯蜡和1.0g的硬脂酸锌加入加热式捏合机，在加热温度为130℃、转速为30r/min下，混合40分钟，再进入长径比为48:1的双螺杆挤出机，挤出温度：150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，机头温度180℃，主机转速260r/min，经冷却、烘干、切粒、包装成黑色母粒。
参照实施例1，将所得黑色母粒加入聚酰胺中，黑色母粒的用量为聚酰胺重量的3％，混合后挤出得到黑聚酰胺。
根据iso527，iso180，iso178标准进行测试，测试结果表明：与原聚酰胺相比，所得黑聚酰胺的拉伸强度降低了33％，断裂伸长率降低72％，冲击强度降低36％，弯曲强度降低28％。经电子显微镜观察，炭黑团聚比对比例1中更加严重，全部以大团的炭黑形状存在，说明此配方分散效果极差。
对比例3
采用市场购得的某种型号的通用黑色母粒，号称无载体60％含量炭黑(经炭黑测试仪测试，实际炭黑含量42％)，参照实施例1，按照黑色母粒的用量为待着色塑料重量的3％的比例，将该通用黑色母粒分别加入到聚酰胺、abs、pc，混合后挤出得到相应的黑色塑料，分别对所得到的黑色塑料按照iso527，iso180，iso178，iso75标准进行测试，测试结果发现：
与原聚酰胺相比，所得黑聚酰胺的拉伸强度降低了23％，断裂伸长率降低17％，冲击强度降低14％，弯曲强度降低13％。
与原abs相比，所得黑abs的拉伸强度降低了27％，断裂伸长率降低15％，冲击强度降低17％，弯曲强度降低21％。
与原pc相比，所得黑pc的拉伸强度降低了18％，断裂伸长率降低46％，冲击强度降低11％，弯曲强度降低20％。
将上述各对比例与实施例进行比较，可以发现：与对比例相比，本发明的黑色母粒对各种类型的塑料制品的力学性能影响都不大，应用于各种类型的塑料改性中均具有极强的适应性，通用性好，成本低。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制，通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不被离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。