專利名稱：一種抗靜電高分子材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料的制備方法，特別是一種抗靜電高分子材料的制備方法。
背景技術(shù)：
高分子材料以其優(yōu)異的性價比，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域。多數(shù)塑料的體積電阻率一般在1017～1019Ω·cm，具有優(yōu)良的電絕緣性能，如聚丙烯PP、聚乙烯PE等。但其絕緣性有時在很多場合會遇到麻煩，如制造PE、BOPP薄膜時，易發(fā)生電擊現(xiàn)象；靜電還會導(dǎo)致塑料制品易吸塵，靜電火花甚至?xí)鸨?、火?zāi)等事故，這些都極大地限制了塑料在電子、石化、醫(yī)療等行業(yè)的應(yīng)用。因此消除和減少塑料及其制品的靜電危害已成為當(dāng)前高分子材料領(lǐng)域急需解決的重要課題。
加入抗靜電劑或?qū)щ娞盍蟻斫档突蛳芰霞庸ず褪褂眠^程中的靜電積累，可以使制品的綜合性能達(dá)到比較理想的效果，是目前常用的方法。因?yàn)閷?dǎo)電炭黑原料易得、價廉、導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定，其體積電阻在0.1～102Ω·cm之間，是天然的半導(dǎo)體，作為導(dǎo)電填料可大幅度地調(diào)整材料的導(dǎo)電性能，對添加導(dǎo)電炭黑(CB)的樹脂體系的研究因此在國內(nèi)外受到廣泛關(guān)注。為了促進(jìn)導(dǎo)電炭黑在較少的添加量下仍能提供材料有效的抗靜電性，一方面，類似于Progress in PolymerScience.1992，17(2)417-470利用炭黑表面的多種活性基團(tuán)如羧基、羥基、醌氧基等，通過化學(xué)接枝或物理接枝的方法在其表面接枝各種高聚物或低聚物以改善導(dǎo)電炭黑在聚合物基體中的分散性的方法已經(jīng)很普遍；另一方面的研究是通過接枝等方法改變基體樹脂的極性以改善材料吸附炭黑的能力從而促進(jìn)炭黑與基體樹脂的相容性，Polymer Degradation and Stability，1997，55(1)115-121就利用離子輻射改性聚乙烯促進(jìn)對炭黑的相容性；還有不少研究通過聚合物交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來限制導(dǎo)電炭黑粒子的運(yùn)動提高導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，Journal of AppliedPolymer Science，2001，81104-115報道了聚丙烯PP/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/CB復(fù)合體系，通過γ射線輻射交聯(lián)UHMWPE可以降低復(fù)合體系的體積電阻率；目前更多地方法是通過多元復(fù)合基體樹脂改善導(dǎo)電炭黑的分散性，Journal of Electrostatics，1999，47201-214研究了PP/尼龍(PA)/玻璃纖維(GF)/CB四元復(fù)合物在添加少量CB時即可得到靜電消除材料。中國專利CN1312321A也提供了一種由PP/乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/CB制備抗靜電材料的方法。
上述方法在理論上已經(jīng)取得了一定成功，但工藝的復(fù)雜性和改性效果的不確定性一直影響行業(yè)的發(fā)展。Progress in Organic Coatings，2002，45(2-3)249-257通過外加助劑來改善導(dǎo)電炭黑在溶液體系中的分散性及穩(wěn)定性，這方面的研究和應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，這種方法簡便易行，在涂料油墨行業(yè)很受歡迎。但在塑料加工中，分散劑很少單獨(dú)使用，常常需要復(fù)配一些偶聯(lián)劑、增容劑或潤滑劑來改善炭黑等填料的分散，這不僅增加了工藝的復(fù)雜性，而且有可能使最終的材料性能受到影響。在抗靜電高分子材料中也是如此，由于分散效率不高，要達(dá)到一定的抗靜電性能，常需較高的炭黑添加量。中國專利CN1858098A提供了一種抗靜電阻燃聚乙烯，除了用少量分散劑，仍不可避免地用到了偶聯(lián)劑，炭黑在最終材料中的添加量也大于10份。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗靜電高分子材料，它應(yīng)用分散劑，用簡便的方法，以較少的導(dǎo)電炭黑添加量，使高分子材料獲得優(yōu)良的抗靜電或靜電消除性能。
本發(fā)明的一種抗靜電高分子材料的制備方法如下，以下均以質(zhì)量份表示(1)將100份充分干燥過的熱塑性樹脂與0.2～10份的分散劑混合均勻后加入密煉機(jī)中，在140～270℃的加工溫度下和20～100rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下熔融共混1～2分鐘，然后加入2～10份導(dǎo)電炭黑，密煉4～10分鐘，得到一種抗靜電高分子材料；或(2)將100份充分干燥過的熱塑性樹脂、0.2～10份的分散劑和2～10份導(dǎo)電炭黑一起混合均勻后加入密煉機(jī)中，在140～270℃的加工溫度和20～100rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下密煉4～10分鐘，得到一種抗靜電高分子材料。
本發(fā)明使用的熱塑性樹脂是聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)，聚碳酸酯(PC)，聚酯(PBT或PET)，聚酰胺(PA)，聚苯硫醚(PPS)，聚苯醚(PPO)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，其熔融指數(shù)為0.5～60g/10min。
本發(fā)明使用的分散劑是含磷脂質(zhì)天然高分子，長鏈聚酯的多氨基鹽、多氨基酰胺磷酸鹽等合成高分子；最好是改性酰胺聚酯齊聚物。
本發(fā)明使用的導(dǎo)電炭黑的吸油值為85～380ml/100g。
本發(fā)明的一種抗靜電材料制備中，所選用的分散劑具有較高的表面活性及適宜的極性，應(yīng)用于多種樹脂/導(dǎo)電炭黑復(fù)合體系中可以很好地親和基體，在降低表面能的同時又能牢固吸附導(dǎo)電炭黑，促進(jìn)了導(dǎo)電炭黑在基體樹脂中的分散穩(wěn)定。本發(fā)明利用分散劑的特點(diǎn)，使導(dǎo)電炭黑在樹脂體系中能夠以更小的尺寸更均勻地分散，導(dǎo)電炭黑粒子的分布尺寸達(dá)到納米級。分布均勻而細(xì)小的導(dǎo)電炭黑粒子之間更利于通過隧道效應(yīng)使高分子材料的體積電阻降低并保持均勻而穩(wěn)定。
本發(fā)明工藝簡單，在熱塑性樹脂中添加小于10份的導(dǎo)電炭黑，只要通過改變分散劑的用量即可得到體積電阻率從105～1011變化的抗靜電或靜電消除高分子材料，而且不受樹脂極性的限制。炭黑添加量和高分子材料體積電阻率之間的關(guān)系容易獲得，從而易于實(shí)現(xiàn)工藝的穩(wěn)定。


圖1是對比例2得到的產(chǎn)物的掃描電鏡照片。
圖2是實(shí)施例2得到的產(chǎn)物的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
以下實(shí)施例中使用的熱塑性樹脂有聚丙烯(PP)，共聚聚丙烯，盤錦乙烯有限責(zé)任公司生產(chǎn)，牌號為F401，熔融指數(shù)為2.67g/10min；聚乙烯(PE)，線性低密度聚乙烯(LLDPE)，上海賽科石化有限責(zé)任公司生產(chǎn)，牌號為LL0220AA，熔融指數(shù)為3.31g/10min；聚碳酸酯(PC)，LG Dow Polycarbonate Ltd.生產(chǎn)，牌號為CALIBRE*，熔融指數(shù)為30g/10min。
以下實(shí)施例中使用的導(dǎo)電炭黑為卡博特公司產(chǎn)品，牌號為Vulcan XC-72，DBP吸油值為168.6ml/100g。
以下實(shí)施例中使用的分散劑為上海格倫化學(xué)公司產(chǎn)品，牌號分別為Altfona3020(一種特殊改性多氨基酰胺磷酸鹽)和Altfona3050(一種改性酰胺聚酯齊聚物)。
實(shí)施例1-2(采用上述制備方法(1))將充分干燥過的聚丙烯(F401)、分散劑(Altfona3050或Altfona3020)和導(dǎo)電炭黑(DBP吸收值為168.6ml/100g)按表1中的比例加入Haake轉(zhuǎn)矩流變儀中，在190℃的加工溫度和64rpm的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下密煉10min，得到抗靜電PP高分子材料。密煉得到的抗靜電PP高分子材料在15MPa的壓機(jī)上、190℃溫度下預(yù)熱15mins，熱壓10min，再冷壓5min，制得1mm厚10*10mm大小的試片。按照GB1410-78標(biāo)準(zhǔn)測試體積電阻率，結(jié)果見表1。
對比例1-2分別為未加導(dǎo)電炭黑和分散劑的試樣，其他制備和測試條件同實(shí)施例1-2，體積電阻率測試結(jié)果見表1。
表1抗靜電PP高分子材料的配方及體積電阻率

從表1可以看出，在PP中加入8份導(dǎo)電炭黑時，加入分散劑Altfona3020可使高分子材料的體積電阻率降低6個數(shù)量級，可做抗靜電材料使用；加入分散劑Altfona3050可使高分子材料的體積電阻率降低10個數(shù)量級，可做靜電消除材料使用；而不加分散劑的高分子材料的體積電阻率在1012的數(shù)量級，尚不能達(dá)到抗靜電的目的。圖1是對比例2得到的產(chǎn)物的掃描電鏡照片，放大8千倍。從圖1中可以看出，未加分散劑的導(dǎo)電炭黑/PP復(fù)合體系中，炭黑分散不好，大量炭黑以附聚體的形式分布在PP中，達(dá)不到降低材料體積電阻率的效果；圖2是實(shí)施例2得到的產(chǎn)物的掃描電鏡照片，放大10千倍。從圖2中可以看出，添加了分散劑Altfona3050的導(dǎo)電炭黑/PP復(fù)合體系中，能夠觀察到的較大的導(dǎo)電炭黑粒子也小于500nm，更多的導(dǎo)電炭黑粒子以更細(xì)小的尺寸均勻地分散在PP中。導(dǎo)電炭黑分布越細(xì)小，越均勻，則導(dǎo)電炭黑粒子間距越接近，就越容易通過隧道效應(yīng)使材料的體積電阻降低。
實(shí)施例3-5(采用上述制備方法(1))將充分干燥過的線性低密度聚乙烯(LL0220AA)、分散劑(Altfona3050)和導(dǎo)電炭黑(DBP吸收值為168.6ml/100g)按表2中的比例加入Haake轉(zhuǎn)矩流變儀中，在160℃的加工溫度和64rpm的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下密煉10min，得到抗靜電PE高分子材料。密煉得到的抗靜電PE高分子材料在15MPa的壓機(jī)上、160℃溫度下預(yù)熱15mins，熱壓10min，再冷壓5min，制得1mm厚10*10mm大小的試片。按照GB1410-78標(biāo)準(zhǔn)測試體積電阻率，結(jié)果見表2。
對比例3-4分別為未加導(dǎo)電炭黑和分散劑的試樣，其他制備和測試條件同實(shí)施例3-5，體積電阻率測試結(jié)果見表2。
表2抗靜電PE高分子材料的配方及體積電阻率

從表2可以看出，在PE中加入8份導(dǎo)電炭黑時，加入分散劑Altfona3050可使高分子材料的體積電阻率降低5～8個數(shù)量級，可做抗靜電材料使用；而不加分散劑的高分子材料的體積電阻率在1014的數(shù)量級，尚不能達(dá)到抗靜電的目的。對比實(shí)施例4和5可以看出，增加分散劑的用量(實(shí)施例4)比增加導(dǎo)電炭黑的用量(實(shí)施例5)能更有效降低材料的體積電阻率。
實(shí)施例6-7(采用上述制備方法(2))將充分干燥過的聚碳酸酯(CALIBRE*)、分散劑(Altfona3050或Altfona3020)按表2中的比例加入Haake轉(zhuǎn)矩流變儀中，在240℃的加工溫度下和64rpm的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下熔融共混1分鐘，再按表2中的量將導(dǎo)電炭黑(DBP吸收值為168.6ml/100g)加入Haake轉(zhuǎn)矩流變儀中密煉10min，得到抗靜電PC高分子材料。密煉得到的抗靜電PC高分子材料在15MPa的壓機(jī)上、240℃溫度下預(yù)熱15mins，熱壓10min，再冷壓5min，制得1mm厚10*10mm大小的試片。按照GB1410-78標(biāo)準(zhǔn)測試體積電阻率，結(jié)果見表3。
對比例5-6分別為未加導(dǎo)電炭黑和分散劑的試樣，其他制備和測試條件同實(shí)施例6-7，體積電阻率測試結(jié)果見表3。
表3抗靜電PC高分子材料的配方及體積電阻率

從表3可以看出，在PC中加入8份導(dǎo)電炭黑時，加入分散劑Altfona3050或Altfona3020可使高分子材料的體積電阻率降低10～11個數(shù)量級，可做靜電消除材料使用。
權(quán)利要求
1.一種抗靜電高分子材料的制備方法，其特征在于制備方法如下(1)將100份充分干燥過的熱塑性樹脂與0.2～10份的分散劑混合均勻后加入密煉機(jī)中，在140～270℃的加工溫度下和20～100rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下熔融共混1～2分鐘，然后加入2～10份導(dǎo)電炭黑，密煉4～10分鐘，得到一種抗靜電高分子材料；或(2)將100份充分干燥過的熱塑性樹脂、0.2～10份的分散劑和2～10份導(dǎo)電炭黑一起混合均勻后加入密煉機(jī)中，在140～270℃的加工溫度和20～100rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下密煉4～10分鐘，得到一種抗靜電高分子材料。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種抗靜電高分子材料的制備方法，其特征是所述的分散劑為含磷脂質(zhì)天然高分子、長鏈聚酯的多氨基鹽、多氨基酰胺磷酸鹽或改性酰胺聚酯齊聚物。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種抗靜電高分子材料的制備方法，其特征是分散劑最好為改性酰胺聚酯齊聚物。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種抗靜電高分子材料的制備方法，其特征是熱塑性樹脂為聚丙烯，聚乙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚酯，聚酰胺，聚苯硫醚，聚苯醚或聚甲基丙烯酸甲酯；其熔融指數(shù)為0.5～60g/10min。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種抗靜電高分子材料的制備方法，其特征是導(dǎo)電炭黑的吸油值為85～380ml/100g。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗靜電高分子材料的制備方法。這種抗靜電高分子材料的組成為熱塑性樹脂、分散劑和導(dǎo)電炭黑，(1)將充分干燥過的熱塑性樹脂與分散劑混合均勻后加入密煉機(jī)中熔融共混，然后加入導(dǎo)電炭黑密煉；或(2)將充分干燥過的熱塑性樹脂、分散劑和導(dǎo)電炭黑一起混合均勻后加入密煉機(jī)密煉，得到一種抗靜電高分子材料。在密煉過程中，分散劑促進(jìn)了導(dǎo)電炭黑在基體樹脂中的分散穩(wěn)定，分布均勻而細(xì)小的導(dǎo)電炭黑粒子之間更利于通過隧道效應(yīng)使材料的體積電阻降低并保持均勻而穩(wěn)定。本發(fā)明提供的方法簡便，在熱塑性樹脂中添加小于10份的導(dǎo)電炭黑，只要通過改變分散劑的用量即可得到體積電阻率從10
文檔編號C08L23/00GK101092553SQ20071004288
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者黨曉容, 張勇 申請人:上海交通大學(xué)