一种抗静电聚丙烯材料及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种抗静电聚丙烯材料及其制备方法
本专利技术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。
技术介绍
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ChowWenShyang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。总而言之，两种方法各有其优缺点，抗静电剂法的抗静电效果以及性能持久性往往不如导电填料法，但其能够较好地保持聚合物基体原有的性能。而导电填料的加入通常会较大的影响聚合物的力学性能。如何进一步提高他们的抗静电效果并且弥补两者的缺陷将成为接下来的研究重点。申请人经过长期的研究，创新性地发现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,可以获得具有抗静电性能以及良好的力学性能的聚丙烯材料。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种抗静电聚丙烯，该聚丙烯材料具有优异的抗静电性能。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种抗静电聚丙烯材料为共混物，该共混物包括聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯，其中聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为100：(0.01～10)：(0.1～10)。所述的有机盐中阳离子为金属阳离子、季膦类阳离子、季铵类阳离子、咪唑类阳离子、吡啶类阳离子、吡咯类阳离子或哌啶类盐离子；除金属阳离子以外的各阳离子的结构如下所示：(a)季膦类阳离子：其中R1、R2、R3均为C1～C24烷基；R4为C1～C24烷基、H或含腈基、羟基、羧基中任意一种官能团的基团；(b)季铵类阳离子:其中R5、R6、R7均为C1～C24烷基；R8为C1～C24烷基、H或含腈基、羟基、羧基中任意一种官能团的基团；(c)咪唑类阳离子：其中R9为C1～C24的烷基；R10为C1～C24烷基或含C2～C24烯基、羟基、腈基、羧基、氨基、苄基、醚键中任意一种官能团的基团；(d)吡啶类阳离子:其中R11为C1～C24的烷基；(e)吡咯类阳离子:其中R12、R13为C1～C24的烷基；(f)哌啶类类阳离子；其中R14、R15为C1～C24的烷基；所述离子液体中的阴离子为(CF3SO2)2N-、PF6-、BF4-、Br-、Cl-、I-、NO3-或CF3CO2-。所述的马来酸酐接枝聚丙烯的马来酸酐接枝率为0.1wt％～0.8wt％。作为上述技术方案的优选，所述的有机盐为金属阳离子有机盐，更优为双(三氟甲磺酰)亚铵锂盐。作为上述技术方案的优选，聚丙烯材料内聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为100：0.5～3：0.125～1。更优选地，有机盐与马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为1:0.25。本专利技术的另一个目的是提供一种如上述的抗静电的聚丙烯材料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：步骤(1)：将聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯分别在80～120℃下真空干燥24～48h；步骤(2)：将干燥后的聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯按照一定的质量比加入熔融混炼设备，170～250℃下进行熔融混炼，得到复合物；作为优选，所述的熔融混炼设备为密炼机；预混时密炼机的转子速度为10～30rpm，熔融混炼1～2min，然后将转子速度提升至45～75rpm，熔融混炼5～10min。步骤(3)：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。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术采用有机盐作为抗静电剂：①有机盐是一种绿色环保型抗静电剂，材料抗静电效果可以通过调整有机盐的加入量来调节；②有机盐具有优异的化学以及热稳定性；③有机盐与聚丙烯具有一定的相容性，在一定含量的情况下，所得聚丙烯材料具优异的抗静电性能。2)马来酸酐接枝聚丙烯上的极性基团与有机盐具有一定的相互作用，引导了有机盐的分散，使有机盐在聚丙烯基体中形成更为完善的离子导电通路。同时马来酸酐接枝聚丙烯能与聚丙烯链段进行有效缠结，从而降低有机盐与聚丙烯基体之间的界面张力，有效增强界面强度，改善了体系的力学性能。综上可知，本专利技术中聚丙烯材料具有优异的抗静电性能。本专利技术在聚丙烯中加入有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗静电聚丙烯材料，为共混物，其特征在于该共混物包括聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯，其中聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为100：(0.01～10)：(0.1～10)；所述的有机盐中阳离子为金属阳离子、季膦类阳离子、季铵类阳离子、咪唑类阳离子、吡啶类阳离子、吡咯类阳离子或哌啶类盐离子。

【技术特征摘要】
1.一种抗静电聚丙烯材料，为共混物，其特征在于该共混物包括聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯，其中聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为100：(0.01～10)：(0.1～10)；所述的有机盐中阳离子为金属阳离子、季膦类阳离子、季铵类阳离子、咪唑类阳离子、吡啶类阳离子、吡咯类阳离子或哌啶类盐离子。2.如权利要求1所述的一种抗静电聚丙烯材料，其特征在于聚丙烯材料内聚丙烯、有机盐及马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为100：(0.5～3)：(0.125～1)。3.如权利要求1或2所述的一种抗静电聚丙烯材料，其特征在于有机盐与马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为1:0.25。4.如权利要求1或2所述的一种抗静电聚丙烯材料，其特征在于所述离子液体中的阴离子为(CF3SO2)2N-、PF6-、BF4-、Br-、Cl-、I-、NO3-或CF3CO2-。5.如权利要求1所述的一种抗静电聚丙烯材料，其特征在于所述的季膦类阳离子的结构式如下：其中R1、R2、R3均为C1～C24烷基；R4为C1～C24烷基、H或含腈基、羟基、羧基中任意一种官能团的基团；所述的季铵类阳离子的结构式如下：其中R5、R6、R7均为C1～C24烷基；R8为C1～C24烷基、H或含腈基、羟基、羧基中任意一种官能团的基团；所述的咪唑类阳离子的结构式如下：其中R9为C1～C24的烷基；R10为C1～C24烷基或含C2～C24烯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇进，顾森林，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33