[发明专利]一种抗静电聚丙烯材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种抗静电聚丙烯材料及其制备方法。该聚丙烯材料为聚丙烯、有机盐以及马来酸酐接枝聚丙烯的复合物。其制备方法是将干燥后的聚丙烯、有机盐以及马来酸酐接枝聚丙烯按质量比100：0.01～10：0.1～10，加入熔融混炼设备170℃～250℃下进行熔融混炼，得到复合物；将复合物从熔融混炼设备中出料，降至常温，得到聚丙烯材料。本发明中聚丙烯材料具有优异的抗静电性能，且由于马来酸酐接枝聚丙烯的增容作用有效提高了有机盐添加聚丙烯的拉伸强度以及冲击强度，该聚丙烯材料的制备方法仅需使用常用的熔融混炼设备，工业制备简单。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，尤其涉及通过有机盐以及马来酸酐接枝聚丙烯共同构建的离子导电通路来获得具有抗静电性能的聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯作为一种全球应用最为广泛的热塑性塑料，其发展速度一直居于各种塑料之首，自1954年意大利Natta教授实验室首次合成以来一直到2000年，世界年产量达到2820万吨。聚丙烯材料及其制品已经成为包装、电子、轻工、汽车、建筑、电器等行业不容或缺的原材料。聚丙烯价格低廉，并在室温下具有优良的物理、机械和热学性能，且有较低的密度，适用于许多工业领域。与其他商业热塑性塑料相比，聚丙烯具有较高的硬度以及熔点。结晶度通常在40-60％之间，可调控范围较大。不仅如此，聚丙烯还有热变形温度高，阻燃性、透明性、尺寸稳定性和可回收性强等优点。但由于聚丙烯材料较低的吸水性以及较强的电绝缘性使得其在工业生产以及日常生活中极易在表面积累静电荷，从而会引起一系列的危害以及事故。

通过熔融共混改性聚丙烯材料抗静电的方法主要分为两大类：抗静电剂法和导电填料法。

抗静电剂法主要是指在熔融共混时，将抗静电剂混入材料中使其均匀分散在整个聚合物内，之后拉膜或成型。经一段时间后，带有亲水基团的抗静电剂借助聚合物的链段运动不断迁移至材料表面，吸收空气中的水分，在制品表面形成水膜从而使电荷泄漏。当材料表面的抗静电剂失效后，内部的抗静电剂会继续填补到材料的界面上。马来西亚理科大学Chow Wen Shyang等人通过在PP/蒙脱土复合材料中加入一定量的抗静电剂，在增加了体系抗静电性能的同时促进了蒙脱土纳米夹层的形成，从而提高了体系的热稳定性。北京工商大学刘伟等人使用磺酸类以及多元醇脂类抗静电剂通过简单熔融共混的方法改性PP，研究发现磺酸类抗静电剂的效果要差于多元醇脂肪类抗静电剂。另外，两种抗静电剂的加入会降低PP的拉伸强度以及硬度。南京理工大学王新龙等人以受阻铵类(HALS)氮氧自由基TEMPO为主要原料合成了咪唑类离子液体型抗静电/光稳定剂TEMPO-IL，将TEMPO与PP进行熔融共混后，发现聚丙烯的表面电阻率大幅下降，当TEMPO-IL添加量为1wt％时聚丙烯的抗静电效果最佳，并且该助剂的加入可使聚丙烯兼具抗光老化性能和抗热氧老化性能。浙江大学李宝芳等人将阴离子型脂肪酸盐以及非离子型羟乙基脂肪铵进行复配，研究发现当阴离子型脂肪酸盐的用量达到复合型抗静电剂总量的10％后，两种抗静电剂在抗静电效果上表现出显著的协同效应。华东理工大学许祥等人合成了多种具有亲疏水结构的两亲性分子，包括可交联性表面活性剂、抗菌表面活性剂等，通过与聚丙烯进行熔融共混，制备了永久型抗静电聚丙烯。

导电填料法主要是通过混炼的方法将导电填料分散在聚丙烯基体中，使填料在聚丙烯内部形成导电通路或网络来泄漏电荷。中南名族大学钟志有等人研究了不同类型CB在PP/CB复合材料中的导电逾渗行为，CB的比表面积越大，结构性越高，则由其填充的复合材料导电阈值越低。浙江大学沈烈等人采用不同形态尺寸的碳纤维以及炭黑填充了PP-HDPE双组份体系，研究发现四元体系的导电率与三元体系相比下降了1～5个数量级。南昌大学祝芳南等人研究了多壁碳纳米管对PP电性能的影响，研究发现MWCNTs可有效改善PP的导电性能，MWCNTs的导电逾渗阈值为3％。西安工程大学薛兵等通过对微米级金属氧化物粉体进行化学或物理的表面处理制备出新型导电粉体，并将其与PP进行熔融共混。研究发现，经过处理后的粉末能更好地分散在PP基体中，使PP的电阻率下降至10⁷Ω/sq。