纳米金属氧化物/高分子抗静电剂的复合抗静电剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，具体为一种纳米金属氧化物/高分子复合抗静电剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的复合抗静电剂是已商业化的高分子抗静电剂与纳米金属氧化物的复合物，应用于抗静电高分子材料。该复合抗静电剂通过纳米金属氧化物的纳米效应以及与高分子抗静电剂分子间的相互作用，不仅具有母体抗静电剂优良的抗静电性能、永久性的静电防护功能以及受环境湿度影响较小等特点，而且能够显著降低高分子材料中母体抗静电剂的填充使用量和生产成本，从而改善高分子材料的热力学性能。纳米金属氧化物优良的抗菌、抗老化和较强的紫外线屏蔽能力等赋予了高分子材料新的潜在的优良性能，拓宽了其应用领域。该新型高分子复合抗静电剂的成本较低，制备方法简单，适用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种纳米金属氧化物/高分子抗静电 剂的复合抗静电剂及其制备方法和应用。
技术介绍
高分子材料以其低廉的价格、出色的电绝缘性能、耐化学性能和良好的加工性能 等而获得广泛应用。但是，高分子材料在使用过程中，因摩擦、外磁场感应等外部环境影响 极易积聚静电荷，导致器件表面吸尘、薄膜闭合、电子器件击穿、电击和爆炸等灾害。为消 除静电灾害，工业上通常通过在高分子基材中添加抗静电剂的方法降低高分子材料的表面 电阻率（Surface resistivity，或体积电阻率（Volume resistivity，兄)。低分子量表 面活性剂型抗静电剂是目前常用的抗静电剂，其抗静电机理是利用该抗静电剂在材料表面 吸附水分降低疋，达到抗静电的效果。此类抗静电剂在使用过程中存在诸多缺陷，如耐久性 差、不耐擦洗、对环境湿度的依赖性大、降低材料的耐热温度和表面特性等，并且其从高分 子基材脱离后对环境产生负面影响。 提高抗静电剂的耐久性是抗静电剂高性能化的重要研宄方向之一。为了弥补小分 子表面活性剂型抗静电剂的缺陷，人们将导电填料(金属及金属氧化物或碳基材料）引入高 分子材料中以提高抗静电剂的耐久性，其抗静电机理是利用这些填料在高分子基体中形成 渗滤导电网络以耗散静电荷，达到抗静电的效果。但是，该电荷传输通道的形成需要大量的 导电填料，这将导致高分子材料不易着色、填料易脱落或氧化以及高分子材料物性下降等 缺点，使其在高分子抗静电领域的应用受限。 高分子抗静电剂是一类含亲水或导电单元的聚合物，其特点是抗静电效果持久且 基本不受环境的影响。高分子抗静电剂与疏水性高分子基体共混后可获得具有永久性抗静 电性能的高分子复合材料。该复合材料不仅较好地保持了高分子基体的基本性能，其抗静 电效果持久，无诱导期，不受擦拭和洗涤等条件影响，而且在较宽的湿度范围内表现出良好 且稳定的抗静电能力。然而，高分子抗静电剂使用过程中不可避免地出现各种问题，如永久 型高分子抗静电剂自身价格偏高，形成内部静电荷泄露网络所需的填充使用量也较高，并 且其与高分子基体材料之间的理化性质差异将导致高分子材料热性能和机械性能的下降。 因此，本专利技术的主要目的在于通过简单有效的方法控制永久型高分子抗静电剂的填充使用 量，并改善高分子材料的热性能和机械性能。 本专利技术利用纳米金属氧化物粒子的纳米效应及其与永久型高分子抗静电剂分子 间的相互作用（如范德华力和氢键），有效降低高分子材料的兄。纳米金属氧化物的引入 可降低永久型高分子抗静电剂的填充使用量，改善高分子材料的热性能和机械性能，同时 使得高分子材料具备纳米金属氧化物粒子的其它优良特性，如抗菌性能、抗老化能力和较 强的紫外线屏蔽能力等新的特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗静电性能持久且价格低廉的纳米金属氧化物/高 分子抗静电剂的复合抗静电剂，以及该复合抗静电剂的制备方法及其在高分子材料中的应 用。 本专利技术所提供的纳米金属氧化物/高分子抗静电剂的复合抗静电剂的制备方法， 其具体制备步骤如下： (1) 纳米金属氧化物、永久型高分子抗静电剂的干燥处理 将纳米金属氧化物和永久型高分子抗静电剂分别置于真空干燥箱中，在45~80°C温 度下，恒温干燥12~48小时； (2) 永久型高分子抗静电剂溶液的制备 将干燥后的永久型高分子抗静电剂溶解于有机溶剂中，在超声分散机中超声15~120 分钟，工作频率20~60kHz，功率50~200W，温度20~70°C ;然后，将该混合溶液持续搅 拌加热1~6小时至完全溶解，加热温度60~120°C，得到永久型高分子抗静电剂溶液； (3) 纳米金属氧化物/高分子抗静电剂制备复合抗静电剂 将干燥后的纳米金属氧化物加入高分子抗静电剂有机溶液中，在超声分散机中超声 15~120分钟，工作频率20~60kHz，功率50~200W，温度20~70°C ;然后，将该混合溶 液持续搅拌溶解〇. 5~120小时，搅拌温度20~150°C，搅拌速率50~2000rpm，得到纳米 金属氧化物和永久型高分子抗静电剂的混合溶液； 随后将该混合溶液进行分离、洗涤，并于40~80°C下真空干燥12~60小时，最终获得 纳米金属氧化物/高分子抗静电剂的复合抗静电剂。 本专利技术中，步骤（1)中，所述永久型高分子抗静电剂为包含聚合物分子链段的亲 油性部分以及具有可解离的无机盐类离子亲水性基团，包括聚丙烯酸盐、马来酸酐和其它 不饱和单体共聚物的盐以及聚苯乙烯苯磺酸盐。 本专利技术中，步骤（1)中，所述纳米金属氧化物为：粒径在50~2000nm之间，电导 率特征为半导体材料，外观色泽为白色粉体，有效成分为单质或混合物。所述纳米金属氧化 物为 ZnO、TiOJP Kaolin。 本专利技术中，步骤（2)中，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，或者为永久型高分子抗 静电剂的良溶剂；所述搅拌为电磁搅拌或机械搅拌。 本专利技术中，步骤（3)中，所述分离方法为常压抽滤、真空减压干燥去除溶剂；所述 洗涤方法为：将永久型高分子抗静电剂的良溶剂以永久型高分子抗静电剂溶解量1~10倍 的定量，洗涤1~10次。 本专利技术中，复合抗静电剂在制备抗静电高分子材料中的应用，其采用熔融或溶液 共混后，注塑、模压或混合溶液刮膜、浇膜成型。其中： 熔融共混加工法具体制备步骤如下： 将所制备的复合抗静电剂和高分子材料在60~120°C下真空干燥12~48h，物理混合 均匀后，进行熔融共混，共混温度为160~220°C，剪切速率为5~120rpm，共混时间为5~ 15分钟； 然后进行模压制备测试样件，模压温度为180~210°C，压力为25~45kg/cm2,测试样 件规格为直径8~12cm、厚度0. 5~3_的圆盘以及其它测试所需的标准样条。 溶液共混加工法具体制备步骤如下： 将所制备的复合抗静电剂和高分子材料分别在80~120°C温度下真空干燥12~48h ; 将定量复合抗静电剂加入到2~15倍质量比的N-甲基吡咯烷酮溶剂中，超声分散0. 5~ 5小时，工作频率20~60 kHz，功率50~1500W，温度20~70°C，得到复合抗静电剂均匀 分散混合液； 然后，将高分子材料加入到该混合溶液中，持续搅拌溶解〇. 5~130小时，搅拌温度 20~150°C，搅拌速率50~2000rpm，得到复合抗静电剂/高分子材料的共混溶液；随即将 该混合溶液在模具中进行浇膜或刮膜，然后将负载混合液的模具进行真空干燥脱模后即得 测试样件，真空干燥温度为60~120°C，干燥时间为2~48小时。 本专利技术中，复合抗静电剂在制备抗静电高分子材料中的应用，其中复合抗静电剂 和高分子材料的配比为50的质量比。 本专利技术中，所述的高分子材料为聚苯乙烯（PS )。 本专利技术采用新型已商业化的永久型高分子抗静电剂为母体，通过物理共混法将其 与廉价的纳米金属氧化物共混，制备成一种新型的复合抗静电剂，应用于抗静电高分子材 料。该新型复合抗静电剂不仅具有母体抗静电剂的优良抗静电性能、永久性的静电防护功 能以及静电耗散能力受环境的湿度影响较小，同时能够降低复合材料中永久型高分子抗静 电剂的填充使用量，从而改善复合材料的热性能及力学性能。这种新型复合抗静电剂通过 纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米金属氧化物/高分子抗静电剂的复合抗静电剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）纳米金属氧化物和高分子抗静电剂的干燥处理将纳米金属氧化物和高分子抗静电剂分别放入真空干燥箱中，在45～80℃温度下，恒温干燥12～48小时；（2）高分子抗静电剂溶液的制备将干燥后的高分子抗静电剂溶解于有机溶剂中，在超声分散机中超声15～120分钟，工作频率20～60kHz，功率50～200W，温度为20～70℃；然后，将该混合溶液持续搅拌并加热1～6小时使其完全溶解，加热温度为60～120℃，得到高分子抗静电剂溶液；（3）纳米金属氧化物/高分子抗静电剂制备复合抗静电剂将干燥后的纳米金属氧化物加入高分子抗静电剂溶液中，在超声分散机中超声15～120分钟，工作频率20～60kHz，功率50～200W，温度为20～70℃；然后，将该混合溶液持续搅拌0.5～120小时使其完全溶解，搅拌温度为20～150℃，搅拌速率50～2000rpm，得到纳米金属氧化物抗静电剂和高分子抗静电剂的混合溶液；将纳米金属氧化物和高分子抗静电剂的混合溶液进行分离、洗涤，并于40～80℃温度下真空干燥12～60小时，获得纳米金属氧化物/高分子的复合抗静电剂。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐萍，李锐，司晶晶，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31