CN108752722B - 一种抗静电eva泡沫复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电eva泡沫复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗静电EVA泡沫复合材料及其制备方法，属于高分子复合泡沫材料领域。所述EVA泡沫复合材料由以下原料制成：乙烯‑醋酸乙烯共聚物、抗静电剂、发泡剂AC、硬脂酸、硬脂酸锌、氧化锌、过氧化二异丙苯，所述抗静电剂为三维石墨烯空心球。本发明制备的抗静电EVA泡沫复合材料，配方科学合理，工艺流程简单实用，采用三维石墨烯空心球作为抗静电剂，添加量少，与基体相容性好，容易分散，抗静电效果优异、并且具有优异的力学性能。同时也为今后为开发新型抗静电剂提供了新的思路与探索，并在实际应用中具有巨大的社会经济效益。

Description

一种抗静电EVA泡沫复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合泡沫材料领域，具体涉及一种抗静电EVA泡沫复合材料及其制备方法。
背景技术
EVA泡沫复合材料由于具有密度小、缓冲减震能力强、耐低温性等优点，被广泛运用于鞋材、建筑、包装等领域。由于EVA材料同绝大多数高分子塑料一样具有电绝缘性，体积电阻率可达1014 Ω以上。如此之高的体积电阻率将严重制约了其在一些特殊制品包装方面的应用，如军工武器、电子元件、仪表仪器等产品。由于静电作用，严重时可能产生火灾。因此研究出具有抗静电的EVA泡沫材料对其在包装和运输等领域具有重要的应用价值。
石墨烯是一种二维片层状碳质材料，是碳原子在同一平面上以六角蜂窝形紧密堆积而成的。石墨烯新奇的结构、优良的电学、热学、力学、光学等性能，使其自发现之日就得到研究人员的关注。三维石墨烯空心球相比于二维的石墨烯，既保留了二维石墨烯本身优异的导电导热和机械性能等性能以外，又很大程度地增加了与基体的接触面积，拓展了其空间应用。另外，由于石墨烯空心球的中空的结构特点，可以提高导电性能。此外，利用模板法可以通过控制模板的尺寸从而控制石墨烯空心球的大小，而且在利用碳化包覆法制备石墨烯空心球时，可以通过控制碳源材料的浓度来改变石墨烯的层数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗静电EVA泡沫复合材料及其制备方法，本发明配方科学合理，工艺流程简单实用，并且针对EVA具有很高的电阻率，抗静电性能差，通过采用新型抗静电剂，使生产出的EVA泡沫复合材料具有优异的抗静电性能及良好的力学性能，具有很大的应用前景和产生巨大的社会经济效益。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗静电EVA泡沫复合材料，原料组成按重量份数计为：乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）95-100份、抗静电剂1-10份、发泡剂AC 2.5-3份、硬脂酸0.4份、硬脂酸锌0.5份、氧化锌0.7份、过氧化二异丙苯0.9份；所述抗静电剂为三维石墨烯空心球。
所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯基体的含量为14%-19%。
所述的三维石墨烯空心球是通过碳化包覆模板法制备的，碳源为三乙二醇，具体包括以下步骤：
1）镍颗粒模板的制备：将1.2 g NiCl2•6H2O颗粒溶于20mL乙二醇中，放置在磁力搅拌器中进行搅拌，待其溶解均匀后滴加20 mL质量分数为80％的水合肼溶液变为浅紫色，后缓慢滴加2.5mL浓度为5mol/L的NaOH溶液；再反应30min后，溶液底部是黑色颗粒，上层为澄清溶液即为反应结束；将制备的镍颗粒用去离子水清洗，抽滤，60℃下真空干燥；
2）三维石墨烯空心球的制备：将步骤1）制得的镍颗粒加入烧瓶中，加入三乙二醇20-40mL，向其中加入2mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，通过机械搅拌，在220℃加热回流12 h；反应结束后，将得到的产物冷却、过滤，在60℃下干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉中，在氩气保护下500℃碳化处理1 h，升温速率为10℃/min；取出后将粉末倒入烧杯中，用浓度为3 mol/L的稀盐酸在90℃下刻蚀4-5h；再过滤、洗净、干燥得到三维石墨烯空心球粉末。
一种制备如上所述的抗静电EVA泡沫复合材料的方法，包括以下步骤：
1）将EVA、抗静电剂、硬脂酸、硬脂酸锌、氧化锌、过氧化二异丙苯和发泡剂AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110-120℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
2）将步骤1）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼10-20min后，将物料压制成3-5mm薄片；
3）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤2）制得的片材（片材的质量为模具体积的1.2倍），置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡8-10min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
本发明采用三维石墨烯空心球为抗静电剂制备出抗静电EVA泡沫复合材料。三维石墨烯结构中存在大π键，与苯环相似，π电子可以在分子链中自由移动，石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/（V·s），这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟的两倍以上。因此具有优异的导电能力。此外，石墨烯与EVA基体的相容性也比较好，能均匀分散在基体中，提高EVA基体的力学性能。在现有EVA泡沫材料中，对其抗静电处理大都是通过炭黑与金属粉末为主，添加量大才能取得一定效果。三维石墨烯空心球作为EVA泡沫材料的抗静电剂，添加量少，抗静电效果明显，成功制备了抗静电EVA泡沫复合材料，同时也为今后为开发新型抗静电剂提供了新的思路与探索，并在实际应用中具有巨大的社会经济效益。
本发明的有益效果在于：本发明制备的抗静电EVA泡沫复合材料，配方科学合理，工艺流程简单实用，采用三维石墨烯空心球作为抗静电剂，添加量少，与基体相容性好，容易分散，抗静电效果优异、并且具有优异的力学性能。同时也为今后为开发新型抗静电剂提供了新的思路与探索，并在实际应用中具有巨大的社会经济效益。
附图说明
图1为三维石墨烯的XRD图；
图2为三维石墨烯的SEM图；
图3为本发明制备的抗静电EVA泡沫复合材料的体积电阻变化曲线（取对数值，lg(ρV)）。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
一种制备抗静电EVA泡沫复合材料的方法，具体步骤为：
1）镍颗粒模板的制备：将1.2 g NiCl2•6H2O颗粒溶于20mL乙二醇中，放置在磁力搅拌器中进行搅拌，待其溶解均匀后滴加20 mL质量分数为80％的水合肼溶液变为浅紫色，后缓慢滴加2.5mL浓度为5mol/L NaOH溶液；再反应30min后，溶液底部是黑色颗粒，上层为澄清溶液即为反应结束；将制备的镍颗粒用去离子水清洗，抽滤，60℃下真空干燥；
2）三维石墨烯空心球的制备：将制得的镍颗粒加入烧瓶中，加入三乙二醇20mL，向其中加入2mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，通过机械搅拌，在220℃加热回流12 h；反应结束后，将得到的产物冷却、过滤，在60℃下干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉中，在氩气保护下500℃碳化处理1 h，升温速率为10℃/min；取出后将粉末倒入烧杯中，用浓度为3mol/L的稀盐酸在90℃下刻蚀镍颗粒模板4h；再过滤、洗净、干燥得到三维石墨烯空心球粉末；
3）将100重量份EVA、1重量份三维石墨烯空心球粉末、0.4重量份硬脂酸、0.5重量份硬脂酸锌、0.7重量份氧化锌、0.9重量份过氧化二异丙苯和2.5重量份AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
4）将步骤3）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼10min后，将物料压制成3mm薄片；
5）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤4）制得的片材（片材的质量为模具体积的1.2倍），置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡8min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
实施例2
一种制备抗静电EVA泡沫复合材料的方法，具体步骤为：
1）镍颗粒模板的制备：将1.2 g NiCl2•6H2O颗粒溶于20mL乙二醇中，放置在磁力搅拌器中进行搅拌，待其溶解均匀后滴加20 mL质量分数为80％的水合肼溶液变为浅紫色，后缓慢滴加2.5mL浓度为5mol/L NaOH溶液；再反应30min后，溶液底部是黑色颗粒，上层为澄清溶液即为反应结束；将制备的镍颗粒用去离子水清洗，抽滤，60℃下真空干燥；
2）三维石墨烯空心球的制备：将制得的镍颗粒加入烧瓶中，加入三乙二醇40mL，向其中加入2mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，通过机械搅拌，在220℃加热回流12 h；反应结束后，将得到的产物冷却、过滤，在60℃下干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉中，在氩气保护下500℃碳化处理1 h，升温速率为10℃/min。取出后将粉末倒入烧杯中，用浓度为3mol/L的稀盐酸在90℃下刻蚀镍颗粒模板5h；再过滤、洗净、干燥得到三维石墨烯空心球粉末；
3）将100重量份EVA、2重量份三维石墨烯空心球粉末、0.4重量份硬脂酸、0.5重量份硬脂酸锌、0.7重量份氧化锌、0.9重量份过氧化二异丙苯和2.5重量份AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
4）将步骤3）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼20min后，将物料压制成5mm薄片；
5）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤4）制得的片材（片材的质量为模具体积的1.2倍），置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡10min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
实施例3
一种制备抗静电EVA泡沫复合材料的方法，具体步骤为：
1）镍颗粒模板的制备：将1.2 g NiCl2•6H2O颗粒溶于20mL乙二醇中，放置在磁力搅拌器中进行搅拌，待其溶解均匀后滴加20 mL质量分数为80％的水合肼溶液变为浅紫色，后缓慢滴加2.5mL浓度为5mol/L NaOH溶液；再反应30min后，溶液底部是黑色颗粒，上层为澄清溶液即为反应结束；将制备的镍颗粒用去离子水清洗，抽滤，60℃下真空干燥；
2）三维石墨烯空心球的制备：将制得的镍颗粒加入烧瓶中，加入三乙二醇30mL，向其中加入2mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，通过机械搅拌，在220℃加热回流12 h；反应结束后，将得到的产物冷却、过滤，在60℃下干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉中，在氩气保护下500℃碳化处理1 h，升温速率为10℃/min；取出后将粉末倒入烧杯中，用浓度为3mol/L的稀盐酸在90℃下刻蚀镍颗粒模板4.5h；再过滤、洗净、干燥得到三维石墨烯空心球粉末；
3）将100重量份EVA、3重量份三维石墨烯空心球粉末、0.4重量份硬脂酸、0.5重量份硬脂酸锌、0.7重量份氧化锌、0.9重量份过氧化二异丙苯和2.5重量份AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
4）将步骤3）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼15min后，将物料压制成4mm薄片；
5）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤4）制得的片材（片材的质量为模具体积的1.2倍），置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡9min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
实施例4
一种制备抗静电EVA泡沫复合材料的方法，具体步骤为：
1）镍颗粒模板的制备：将1.2 g NiCl2•6H2O颗粒溶于20mL乙二醇中，放置在磁力搅拌器中进行搅拌，待其溶解均匀后滴加20 mL质量分数为80％的水合肼溶液变为浅紫色，后缓慢滴加2.5mL浓度为5mol/L NaOH溶液；再反应30min后，溶液底部是黑色颗粒，上层为澄清溶液即为反应结束；将制备的镍颗粒用去离子水清洗，抽滤，60℃下真空干燥；
2）三维石墨烯空心球的制备：将制得的镍颗粒加入烧瓶中，加入三乙二醇30mL，向其中加入2mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，通过机械搅拌，在220℃加热回流12 h；反应结束后，将得到的产物冷却、过滤，在60℃下干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉中，在氩气保护下500℃碳化处理1 h，升温速率为10℃/min；取出后将粉末倒入烧杯中，用浓度为3mol/L的稀盐酸在90℃下刻蚀镍颗粒模板4.5h；再过滤、洗净、干燥得到三维石墨烯空心球粉末；
3）将100重量份EVA、4重量份三维石墨烯空心球粉末、0.4重量份硬脂酸、0.5重量份硬脂酸锌、0.7重量份氧化锌、0.9重量份过氧化二异丙苯和2.5重量份AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
4）将步骤3）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼15min后，将物料压制成4mm薄片；
5）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤4）制得的片材（片材的质量为模具体积的1.2倍），置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡9min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
实施例5
一种制备抗静电EVA泡沫复合材料的方法，具体步骤为：
1）镍颗粒模板的制备：将1.2 g NiCl2•6H2O颗粒溶于20mL乙二醇中，放置在磁力搅拌器中进行搅拌，待其溶解均匀后滴加20 mL质量分数为80％的水合肼溶液变为浅紫色，后缓慢滴加2.5mL浓度为5mol/L NaOH溶液；再反应30min后，溶液底部是黑色颗粒，上层为澄清溶液即为反应结束；将制备的镍颗粒用去离子水清洗，抽滤，60℃下真空干燥；
2）三维石墨烯空心球的制备：将制得的镍颗粒加入烧瓶中，加入三乙二醇30mL，向其中加入2mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，通过机械搅拌，在220℃加热回流12 h；反应结束后，将得到的产物冷却、过滤，在60℃下干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉中，在氩气保护下500℃碳化处理1 h，升温速率为10℃/min；取出后将粉末倒入烧杯中，用浓度为3mol/L的稀盐酸在90℃下刻蚀镍颗粒模板4.5h；再过滤、洗净、干燥得到三维石墨烯空心球粉末；
3）将100重量份EVA、5重量份三维石墨烯空心球粉末、0.4重量份硬脂酸、0.5重量份硬脂酸锌、0.7重量份氧化锌、0.9重量份过氧化二异丙苯和2.5重量份AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
4）将步骤3）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼15min后，将物料压制成3-5mm薄片；
5）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤4）制得的片材（片材的质量为模具体积的1.2倍），置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡9min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
对比例1
一种制备EVA泡沫复合材料的方法，具体步骤为：
1）将100重量份EVA、0.4重量份硬脂酸、0.5重量份硬脂酸锌、0.7重量份氧化锌、0.9重量份过氧化二异丙苯和2.5重量份AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
2）将步骤1）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼15min后，将物料压制成4mm薄片；
3）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤2）制得的片材（片材的质量为模具体积的1.2倍），置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡9min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
性能测试
图3为抗静电EVA泡沫复合材料的体积电阻变化曲线。从图中可以看出，没有添加三维石墨烯空心球粉末的EVA泡沫复合材料，它的lg(ρV)值在14左右，不具备抗静电性，当添加3重量份的三维石墨烯空心球粉末，EVA泡沫复合材料的体积电阻率有了明显的下降，当添加量达到6重量份时，具有良好的抗静电性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种抗静电EVA泡沫复合材料，其特征在于：原料组成按重量份数计为：乙烯-醋酸乙烯共聚物95-100份、抗静电剂1-10份、发泡剂AC 2.5-3份、硬脂酸0.4份、硬脂酸锌0.5份、氧化锌0.7份和过氧化二异丙苯0.9份；所述抗静电剂为三维石墨烯空心球；
所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯单体的含量为14%-19%；
所述的三维石墨烯空心球是通过碳化包覆模板法制备的，碳源为三乙二醇；
所述的三维石墨烯空心球具体的制备方法为：
1）镍颗粒模板的制备：将1.2 g NiCl2•6H2O颗粒溶于20mL乙二醇中，放置在磁力搅拌器中进行搅拌，待其溶解均匀后滴加20 mL质量分数为80％的水合肼溶液变为浅紫色，后缓慢滴加2.5mL浓度为5mol/L的NaOH溶液；再反应30min后，溶液底部是黑色颗粒，上层为澄清溶液即为反应结束；将制备的镍颗粒用去离子水清洗，抽滤，60℃下真空干燥；
2）三维石墨烯空心球的制备：将步骤1）制得的镍颗粒加入烧瓶中，加入三乙二醇20-40mL，向其中加入2mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，通过机械搅拌，在220℃加热回流12 h；反应结束后，将得到的产物冷却、过滤，在60℃下干燥得到黑色粉末；将黑色粉末放入管式炉中，在氩气保护下500℃碳化处理1 h，升温速率为10℃/min；取出后将粉末倒入烧杯中，用浓度为3 mol/L的稀盐酸在90℃下刻蚀4-5h；再过滤、洗净、干燥得到三维石墨烯空心球粉末；
所述抗静电EVA泡沫复合材料的制备方法包括以下步骤：
1）将乙烯-醋酸乙烯共聚物、抗静电剂、硬脂酸、硬脂酸锌、氧化锌、过氧化二异丙苯和发泡剂AC混合均匀后置于预热好的挤出机中，各区温度为110-120℃，转速20rpm条件下挤出混炼；
2）将步骤1）所得混合物迅速转移到开炼机中混炼10-20min后，将物料压制成3-5mm薄片；
3）根据模具的体积大小称取一定质量的由步骤2）制得的片材，置于预热好的平板硫化机模腔内，在10MPa、170℃下模压发泡8-10min得到抗静电EVA泡沫复合材料。
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