CN113150485A - 一种非湿度依赖防静电材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防静电材料制备技术领域，具体为一种非湿度依赖防静电材料及其制备工艺；由以下重量份的原料制成：60～80份改性LDPE、15～30份PVC、8～15份复配防静电剂、4～7份苯乙烯‑N‑苯基马来酰亚胺‑马来酸酐共聚物、0.8～1.8份羟基苯并***、8～12份填料、1.8～3.2份增塑剂、0.6～1.0份耐温型硬脂酸锌及0.6～1.5份润滑剂；本发明通过改性LDPE及复配防静电剂之间相互协同配合，使得所制备的防静电材料的防静电性能得到显著地提升；再者本发明所制备的防静电剂的防静电性能不依赖于环境相对湿度，具有稳定的防静电性能。

Description

一种非湿度依赖防静电材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及防静电材料制备技术领域，具体为一种非湿度依赖防静电材料及其制备工艺。

背景技术

静电是通过摩擦引起电荷的重新分布而形成的，也有由于电荷的相互吸引引起电荷的重新分布形成。一般情况下原子核的正电荷与电子的负电荷相等，正负平衡，所以不显电性。但是如果电子受外力而脱离轨道，造成不平衡电子分布，比如实质上摩擦起电就是一种造成正负电荷不平衡的过程。当两个不同的物体相互接触并且相互摩擦时，一个物体的电子转移到另一个物体，就因为缺少电子而带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电，物体带上了静电。

高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由大量原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。在高分子材料研究过程中，高分子材料由于结构特殊，具备了较高的应用能力，在具体的应用过程中取得了积极效果。而决定高分子材料应用效果的是其显著的优势和突出的性能。

高分子材料由于具有上述优良性能，所以在工程领域得到广泛应用，但是其本身的放静电性能相对较差，这严重影响了其品质及在工程领域上的用用。故工程上经常在制作高分子材料中加入适量的防静电剂以改善其防静电性能。但是，目前通过添加市售防静电剂制作的防静电材料的防静电性能相对较差，仍需进一步地提高。

基于此，本发明提供了一种非湿度依赖防静电材料及其制备工艺，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非湿度依赖防静电材料及其制备工艺，本发明通过改性LDPE及复配防静电剂之间相互协同配合，使得所制备的防静电材料的防静电性能得到显著地提升；再者本发明所制备的防静电剂的防静电性能不依赖于环境相对湿度，具有稳定的防静电性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种非湿度依赖防静电材料，由以下重量份的原料制成：60～80份改性LDPE、15～30份PVC、8～15份复配防静电剂、4～7份苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐共聚物、0.8～1.8份羟基苯并***、8～12份填料、1.8～3.2份增塑剂、0.6～1.0份耐温型硬脂酸锌及0.6～1.5份润滑剂。

更进一步地，所述改性LDPE的制备方法为：按70～130：1.2～2.8：8～16的重量比，分别准确称取LDPE、引发剂及甲基丙烯酸3-磺酸酯钾盐，然后将之加入适量的二甲苯中；混合搅拌均匀后，将所得混合液的温度升至120～140℃，并在此温度下回流反应3～5h；待反应完毕后，通过蒸发法回收二甲苯，所得反应产物转入恒温干燥箱内，并在70～80℃的温度下对其进行干燥处理；再将干燥后的反应产物研磨至粒径为150～300目，即得改性LDPE。

更进一步地，所述LDPE与二甲苯的用量比为0.16～0.3g/mL。

更进一步地，所述引发剂选用偶氮类引发剂，其选用偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈中的任意一种。

更进一步地，所述复配防静电剂的制备方法包括以下步骤：

一、改性剂的制备；

按0.1～0.15g/mL的标准将适量的Boltorn H30加至适量的DMF中，在磁力搅拌下至固体物质完全溶解；通过加入氢氧化钠溶解将混合溶液的pH调至8.0～9.5；然后向反应体系中缓慢滴加质量为其18～25%的环氧溴丙烷，在氮气保护下升温至60～70℃，反应时间为30～45min；经减压抽滤除去固体物质，然后向所得的滤液中缓慢加入质量为其15～30%的十八烷基二甲基叔胺，并在50～60℃的条件下继续反应20～30min；后经旋转蒸发除去溶剂及真空干燥后，将所得的改性剂保存，备用；

二、复配防静电剂的制备；

按0.06～0.1g/mL的固液比，将活化处理后的纳米炭黑投入乙醇中，然后向其中加入质量为乙醇10～25%的改性剂，在30～35kHz的频率下超声反应20～30min，待反应结束后，依次经减压抽滤、醇洗及真空干燥处理后，即得复配防静电剂。

更进一步地，所述纳米炭黑的活化处理工艺为：将纳米碳黑置于Ar/H₂O等离子体放电区域，并不断搅拌聚合物粉体；打开电源，使之产生等离子体放电，放电功率为50～250W，等离子体放电处理30～50 min，即得活化后的纳米炭黑。

更进一步地，所述填料选用碳酸钙、滑石粉中的任意一种。

更进一步地，所述增塑剂选用邻苯二甲酸二异辛酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯中的任意一种。

更进一步地，所述润滑剂选用石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的任意一种。

一种非湿度依赖防静电材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按上述重量份配比，分别准确称取各原料；并将其中的固体原料研磨至粒径为100～200目的微粒，保存，备用；

S2、将PVC置于臭氧发生器中，并在25～30℃、纯氧入口流速3.2～3.8L/h，产生的臭氧为1.2～1.5g/h，活化时间15～25min；

S3、将称量好的各原料经混合均匀后，出料并转入双螺杆挤出机中进行熔融共混，再依次经挤出及冷却造粒后即得非湿度依赖防静电材料成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以引发剂及甲基丙烯酸3-磺酸酯钾盐对LDPE进行化学改性，在引发剂的作用下使得LDPE与甲基丙烯酸3-磺酸酯钾盐之间发生化学反应而成键，最终实现了对LDPE的化学改性，改性后的LDPE材料的防静电性能得到很大程度上地提升。

再者，本发明中先通过Boltorn H30、环氧溴丙烷及十八烷基二甲基叔胺等作为制备改性剂的原料，然后将所得活化纳米炭黑与改性剂进行超声反应处理，使得Boltorn H30通过化学反应接枝在活化处理后的纳米炭黑的表面，不仅能对纳米炭黑进行有效地改性，增强其与改性LDPE及PVC的相容性，还能有效地改善纳米炭黑的防静电性能。改性LDPE及复配防静电剂之间相互协同配合，使得所制备的防静电材料的防静电性能得到显著地提升。再者本发明所制备的防静电剂的防静电性能不依赖于环境相对湿度，具有稳定的防静电性能。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所 有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种非湿度依赖防静电材料，由以下重量份的原料制成：60份改性LDPE、15份PVC、8份复配防静电剂、4份苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐共聚物、0.8份羟基苯并***、8份填料、1.8份增塑剂、0.6份耐温型硬脂酸锌及0.6份润滑剂。

改性LDPE的制备方法为：按70：1.2：8的重量比，分别准确称取LDPE、引发剂及甲基丙烯酸3-磺酸酯钾盐，然后将之加入适量的二甲苯中；混合搅拌均匀后，将所得混合液的温度升至120℃，并在此温度下回流反应3h；待反应完毕后，通过蒸发法回收二甲苯，所得反应产物转入恒温干燥箱内，并在70℃的温度下对其进行干燥处理；再将干燥后的反应产物研磨至粒径为150目，即得改性LDPE。

LDPE与二甲苯的用量比为0.16g/mL。

引发剂选用偶氮类引发剂，其选用偶氮二异丁腈。

复配防静电剂的制备方法包括以下步骤：

一、改性剂的制备；

按0.1g/mL的标准将适量的Boltorn H30加至适量的DMF中，在磁力搅拌下至固体物质完全溶解；通过加入氢氧化钠溶解将混合溶液的pH调至8.0；然后向反应体系中缓慢滴加质量为其18%的环氧溴丙烷，在氮气保护下升温至60℃，反应时间为30min；经减压抽滤除去固体物质，然后向所得的滤液中缓慢加入质量为其15%的十八烷基二甲基叔胺，并在50℃的条件下继续反应20min；后经旋转蒸发除去溶剂及真空干燥后，将所得的改性剂保存，备用；

二、复配防静电剂的制备；

按0.06g/mL的固液比，将活化处理后的纳米炭黑投入乙醇中，然后向其中加入质量为乙醇10%的改性剂，在30kHz的频率下超声反应20min，待反应结束后，依次经减压抽滤、醇洗及真空干燥处理后，即得复配防静电剂。

纳米炭黑的活化处理工艺为：将纳米碳黑置于Ar/H₂O等离子体放电区域，并不断搅拌聚合物粉体；打开电源，使之产生等离子体放电，放电功率为50 W，等离子体放电处理30 min，即得活化后的纳米炭黑。

填料选用碳酸钙。

增塑剂选用邻苯二甲酸二异辛酯。

润滑剂选用石蜡。

一种非湿度依赖防静电材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按上述重量份配比，分别准确称取各原料；并将其中的固体原料研磨至粒径为100目的微粒，保存，备用；

S2、将PVC置于臭氧发生器中，并在25℃、纯氧入口流速3.2L/h，产生的臭氧为1.2g/h，活化时间15min；

S3、将称量好的各原料经混合均匀后，出料并转入双螺杆挤出机中进行熔融共混，再依次经挤出及冷却造粒后即得非湿度依赖防静电材料成品。

实施例2

一种非湿度依赖防静电材料，由以下重量份的原料制成：70份改性LDPE、25份PVC、10份复配防静电剂、5份苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐共聚物、1.3份羟基苯并***、10份填料、2.5份增塑剂、0.8份耐温型硬脂酸锌及1.0份润滑剂。

改性LDPE的制备方法为：按100：2.0：12的重量比，分别准确称取LDPE、引发剂及甲基丙烯酸3-磺酸酯钾盐，然后将之加入适量的二甲苯中；混合搅拌均匀后，将所得混合液的温度升至130℃，并在此温度下回流反应4h；待反应完毕后，通过蒸发法回收二甲苯，所得反应产物转入恒温干燥箱内，并在75℃的温度下对其进行干燥处理；再将干燥后的反应产物研磨至粒径为250目，即得改性LDPE。

LDPE与二甲苯的用量比为0.25g/mL。

引发剂选用偶氮类引发剂，其选用偶氮二异庚腈。

复配防静电剂的制备方法包括以下步骤：

一、改性剂的制备；

按0.12g/mL的标准将适量的Boltorn H30加至适量的DMF中，在磁力搅拌下至固体物质完全溶解；通过加入氢氧化钠溶解将混合溶液的pH调至8.5；然后向反应体系中缓慢滴加质量为其20%的环氧溴丙烷，在氮气保护下升温至65℃，反应时间为40min；经减压抽滤除去固体物质，然后向所得的滤液中缓慢加入质量为其25%的十八烷基二甲基叔胺，并在55℃的条件下继续反应25min；后经旋转蒸发除去溶剂及真空干燥后，将所得的改性剂保存，备用；

二、复配防静电剂的制备；

按0.08g/mL的固液比，将活化处理后的纳米炭黑投入乙醇中，然后向其中加入质量为乙醇15%的改性剂，在32kHz的频率下超声反应25min，待反应结束后，依次经减压抽滤、醇洗及真空干燥处理后，即得复配防静电剂。

纳米炭黑的活化处理工艺为：将纳米碳黑置于Ar/H₂O等离子体放电区域，并不断搅拌聚合物粉体；打开电源，使之产生等离子体放电，放电功率为150 W，等离子体放电处理40 min，即得活化后的纳米炭黑。

填料选用滑石粉。

增塑剂选用对苯二甲酸二辛酯。

润滑剂选用聚乙烯蜡。

一种非湿度依赖防静电材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按上述重量份配比，分别准确称取各原料；并将其中的固体原料研磨至粒径为150目的微粒，保存，备用；

S2、将PVC置于臭氧发生器中，并在28℃、纯氧入口流速3.5L/h，产生的臭氧为1.4g/h，活化时间20min；

S3、将称量好的各原料经混合均匀后，出料并转入双螺杆挤出机中进行熔融共混，再依次经挤出及冷却造粒后即得非湿度依赖防静电材料成品。

实施例3

一种非湿度依赖防静电材料，由以下重量份的原料制成：80份改性LDPE、30份PVC、15份复配防静电剂、7份苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐共聚物、1.8份羟基苯并***、12份填料、3.2份增塑剂、1.0份耐温型硬脂酸锌及1.5份润滑剂。

改性LDPE的制备方法为：按130：2.8：16的重量比，分别准确称取LDPE、引发剂及甲基丙烯酸3-磺酸酯钾盐，然后将之加入适量的二甲苯中；混合搅拌均匀后，将所得混合液的温度升至140℃，并在此温度下回流反应5h；待反应完毕后，通过蒸发法回收二甲苯，所得反应产物转入恒温干燥箱内，并在80℃的温度下对其进行干燥处理；再将干燥后的反应产物研磨至粒径为300目，即得改性LDPE。

LDPE与二甲苯的用量比为0.3g/mL。

引发剂选用偶氮类引发剂，其选用偶氮二异丁腈。

复配防静电剂的制备方法包括以下步骤：

一、改性剂的制备；

按0.15g/mL的标准将适量的Boltorn H30加至适量的DMF中，在磁力搅拌下至固体物质完全溶解；通过加入氢氧化钠溶解将混合溶液的pH调至9.5；然后向反应体系中缓慢滴加质量为其25%的环氧溴丙烷，在氮气保护下升温至70℃，反应时间为45min；经减压抽滤除去固体物质，然后向所得的滤液中缓慢加入质量为其30%的十八烷基二甲基叔胺，并在60℃的条件下继续反应30min；后经旋转蒸发除去溶剂及真空干燥后，将所得的改性剂保存，备用；

二、复配防静电剂的制备；

按0.1g/mL的固液比，将活化处理后的纳米炭黑投入乙醇中，然后向其中加入质量为乙醇25%的改性剂，在35kHz的频率下超声反应30min，待反应结束后，依次经减压抽滤、醇洗及真空干燥处理后，即得复配防静电剂。

纳米炭黑的活化处理工艺为：将纳米碳黑置于Ar/H₂O等离子体放电区域，并不断搅拌聚合物粉体；打开电源，使之产生等离子体放电，放电功率为250 W，等离子体放电处理50 min，即得活化后的纳米炭黑。

填料选用碳酸钙。

增塑剂选用己二酸二辛酯。

润滑剂选用氧化聚乙烯蜡。

一种非湿度依赖防静电材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按上述重量份配比，分别准确称取各原料；并将其中的固体原料研磨至粒径为200目的微粒，保存，备用；

S2、将PVC置于臭氧发生器中，并在30℃、纯氧入口流速3.8L/h，产生的臭氧为1.5g/h，活化时间25min；

S3、将称量好的各原料经混合均匀后，出料并转入双螺杆挤出机中进行熔融共混，再依次经挤出及冷却造粒后即得非湿度依赖防静电材料成品。

对比例1：通过本发明中实施例1提供的制备方法制备的非湿度依赖防静电材料，不同之处在于：用普通LDPE代替原料中的改性LDPE；

对比例2：通过本发明中实施例1提供的制备方法制备的非湿度依赖防静电材料，不同之处在于：用纳米炭黑代替原料中的复配防静电剂；

对比例3：通过本发明中实施例1提供的制备方法制备的非湿度依赖防静电材料，不同之处在于：其原料中所用PVC未经活化处理；

性能测试

分别将通过本发明中实施例1～3制备的可非湿度依赖防静电材料记做实验例1～3；通过对比例1～3制备的可非湿度依赖防静电材料分别记做对比例1～3；然后对实施例1～3和对比例1～3制备的可非湿度依赖防静电材料进行防静电性能检测，并将所得的每组数据记录于表1：

表1

由表1中的相关数据可知，根据本发明通过改性LDPE及复配防静电剂之间相互协同配合，使得所制备的防静电材料的防静电性能得到显著地提升。再者本发明所制备的防静电剂的防静电性能不依赖于环境相对湿度，具有稳定的防静电性能。由此表明本发明制备的可非湿度依赖防静电材料具有更广阔的市场前景，更适宜推广。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：60～80份改性LDPE、15～30份PVC、8～15份复配防静电剂、4～7份苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐共聚物、0.8～1.8份羟基苯并***、8～12份填料、1.8～3.2份增塑剂、0.6～1.0份耐温型硬脂酸锌及0.6～1.5份润滑剂。

2.根据权利要求1所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于，所述改性LDPE的制备方法为：按70～130：1.2～2.8：8～16的重量比，分别准确称取LDPE、引发剂及甲基丙烯酸3-磺酸酯钾盐，然后将之加入适量的二甲苯中；混合搅拌均匀后，将所得混合液的温度升至120～140℃，并在此温度下回流反应3～5h；待反应完毕后，通过蒸发法回收二甲苯，所得反应产物转入恒温干燥箱内，并在70～80℃的温度下对其进行干燥处理；再将干燥后的反应产物研磨至粒径为150～300目，即得改性LDPE。

3.根据权利要求2所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于：所述LDPE与二甲苯的用量比为0.16～0.3g/mL。

4.根据权利要求2所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于：所述引发剂选用偶氮类引发剂，其选用偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于，所述复配防静电剂的制备方法包括以下步骤：

一、改性剂的制备；

按0.1～0.15g/mL的标准将适量的Boltorn H30加至适量的DMF中，在磁力搅拌下至固体物质完全溶解；通过加入氢氧化钠溶解将混合溶液的pH调至8.0～9.5；然后向反应体系中缓慢滴加质量为其18～25%的环氧溴丙烷，在氮气保护下升温至60～70℃，反应时间为30～45min；经减压抽滤除去固体物质，然后向所得的滤液中缓慢加入质量为其15～30%的十八烷基二甲基叔胺，并在50～60℃的条件下继续反应20～30min；后经旋转蒸发除去溶剂及真空干燥后，将所得的改性剂保存，备用；

二、复配防静电剂的制备；

按0.06～0.1g/mL的固液比，将活化处理后的纳米炭黑投入乙醇中，然后向其中加入质量为乙醇10～25%的改性剂，在30～35kHz的频率下超声反应20～30min，待反应结束后，依次经减压抽滤、醇洗及真空干燥处理后，即得复配防静电剂。

6.根据权利要求5所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于，所述纳米炭黑的活化处理工艺为：将纳米碳黑置于Ar/H₂O等离子体放电区域，并不断搅拌聚合物粉体；打开电源，使之产生等离子体放电，放电功率为50～250 W，等离子体放电处理30～50 min，即得活化后的纳米炭黑。

7.根据权利要求1所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于：所述填料选用碳酸钙、滑石粉中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于：所述增塑剂选用邻苯二甲酸二异辛酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种非湿度依赖防静电材料，其特征在于：所述润滑剂选用石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的任意一种。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的一种非湿度依赖防静电材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按上述重量份配比，分别准确称取各原料；并将其中的固体原料研磨至粒径为100～200目的微粒，保存，备用；

S2、将PVC置于臭氧发生器中，并在25～30℃、纯氧入口流速3.2～3.8L/h，产生的臭氧为1.2～1.5g/h，活化时间15～25min；

S3、将称量好的各原料经混合均匀后，出料并转入双螺杆挤出机中进行熔融共混，再依次经挤出及冷却造粒后即得非湿度依赖防静电材料成品。