CN102127262A - 一种聚丙烯抗静电复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种聚丙烯抗静电复合材料及其制备方法，属于聚丙烯复合材料技术领域，特征是一种含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，可简写为AlB_w/PP。制备方法是：将硼酸铝晶须按配比加入到蒸馏水中，再加入浓盐酸使酸浓度达到0.6～1.2mol·L^-1，按配比加入四氯化锡、尿素，将混合液加热至90～110℃，反应1～3小时，再过滤、洗涤去除未反应物，将滤饼干燥、煅烧，得到导电性硼酸铝晶须(简写为AlB_w)。将AlB_w按配比与聚丙烯混合，混炼后进行破碎，再放入模具，再放入180～200℃马弗炉中保温30～60分钟，再放在平板硫化机上模压成型，待模具温度降至60℃以下时，卸压起模，即得到AlB_w/PP。

Description

一种聚丙烯抗静电复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于聚丙烯复合材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯抗静电复合材料及其制备方法。

背景技术

聚合物在生产、加工和使用过程中，与其他材料、器件发生接触以致摩擦时，常常带有静电。例如，聚丙烯腈纤维在纺丝过程中，因摩擦而产生的静电可达1500伏以上。纤维拉伸静电的积累甚至可达上万伏。一般来说，静电作用在聚合物加工和使用过程中是个不利因素，因为静电妨碍正常的加工工艺，静电作用损坏产品质量，甚至可能危及人身及设备安全。聚丙烯由于原料来源丰富和具有质轻、强度高、耐化学腐蚀等优良特性，在我国合成纤维中发展较快。但聚丙烯吸湿性极低、易积聚静电荷，不利于加工和应用。因此研制聚丙烯抗静电复合材料对于聚丙烯的加工及扩大聚丙烯的用途具有重要意义。

聚丙烯抗静电复合材料主要有两种类型：一种是使用抗静电剂，另一种是用导电纤维与纺织纤维混纺织造而成。添加抗静电剂制造聚丙烯抗静电复合材料，主要采用浸渍、浸轧以及涂层整理等方法，工序多、成本高、费能源，不利于环保和节能。而由导电纤维制成的聚丙烯抗静电复合材料，可在各种气候条件下满足不同抗静电性能的要求，而且耐久性强，因此最具使用价值和发展前途。现有的各种导电纤维主要包括金属纤维、金属镀层纤维、导电性树脂涂层纤维、导电性树脂复合纤维等。但是目前含有上述导电纤维的聚丙烯抗静电复合材料在其与聚丙烯树脂基体的相容性、熔体的流变性能、强度以及抗静电性能等方面不能达到最佳效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的聚丙烯抗静电复合材料及其制备方法。该材料可克服现有各种导电纤维改性的聚丙烯抗静电复合材料性能方面的缺陷。

本发明是这样实现的，其特征在于它是一种含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，可简写为AlB_w/PP。硼酸铝晶须是一种性能十分优异的聚合物基复合材料增强纤维，其性能价格比很高。硼酸铝晶须除具有优良的耐高温、高热及耐腐蚀性能，有良好的力学强度、高弹性模量和高硬度等特性外，经过还原法和包覆导电层法进行表面改性，可以制备成高品质导电性的硼酸铝晶须，制备得到的导电性硼酸铝晶须除具有极细纤维特性外，同时还保持了优秀的增强特性，与塑料复合相容性好，并具有稳定的电阻值，在高于1200℃空气中使用，电阻值不改变，在防静电材料、屏蔽材料、隐身材料等领域有广泛的应用前景。

制备AlB_w/PP的方法是：

(一)、对硼酸铝晶须进行预处理，其步骤是：

①按照硼酸铝晶须与蒸馏水的质量比为1∶2.5～1∶10的配比，将硼酸铝晶须加入到蒸馏水中，打搅均匀；②取一定量浓盐酸加入到步骤①形成的混合液中，使盐酸浓度达到(0.6～1.2)mol·L^-1；③按照硼酸铝晶须与四氯化锡的质量比为1∶1.5～1∶7的配比，将四氯化锡加入到步骤②形成的混合液中，搅拌均匀；④按照四氯化锡与尿素的质量比为1∶0.7～1∶1.25的配比，将尿素加入到步骤③形成的混合液中；⑤将步骤④配制的混合液加热升温至(90～110)℃，在此温度的恒温水浴中常压反应(1～3)小时；⑥将步骤⑤所得的混合液进行过滤后得到负载有氧化锡前驱体沉淀产物的硼酸铝晶须；⑦先用蒸馏水，再用无水乙醇对步骤⑥得到的硼酸铝晶须进行洗涤，去除未反应的反应物；⑧将步骤⑦得到的硼酸铝晶须置于(80～95)℃的干燥箱中进行干燥(6～12)小时；⑨再将干燥后的硼酸铝晶须放入(550～750)℃的马弗炉中进行煅烧(1～4)小时，即可得到导电性硼酸铝晶须(简写为AlB_w)。

(二)、制备含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP，其步骤是：

①将步骤(一)制备的AlB_w作为填料，按照AlB_w与聚丙烯的质量比为1∶5～1∶50的配比，将AlB_w与聚丙烯混合在一起；②将步骤①的配备物放入双辊筒炼塑机中，于(175～200)℃下进行混炼(10～30)分钟；③将混炼后的料进行破碎后放入到模具中，再置于马弗炉中，在(180～200)℃下保温(30～60)分钟后取出；④再放在平板硫化机上模压成型，模压温度为(160～190)℃、压机表压强为(6～10)MPa、保温保压(15～30)分钟后，停止加热；⑤待模具温度降至60℃以下，卸压起模，即可得到含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1)其他条件相同时，AlB_w的临界含量比导电炭黑或金属粉的临界含量低得多。在AlB_w/PP抗静电复合材料体系中，当导电填料的含量达到临界值以上时，相邻粒子间的范德华力或其他结合力的强度足以克服粒子间的排斥作用而使他们相互连接起来，从而形成导电网链，为载流子在电场作用下的定向运动和转移提供通道。同时，由于AlB_w的结构呈细长针状，故对试样施加直流电压后，晶须尖端处将产生很高的电荷密度，并在附近激发强电场而使聚合物介质局部击穿，这样由于隧道效应而在介质中产生漏电流，从而降低了AlB_w/PP复合材料的绝缘性。由于晶须呈针状结构，针长达数十微米，使其比球形导电颗粒更容易相互接触，进而形成有效的三维导电网链。因此，当其他条件相同时，AlB_w的临界含量比导电炭黑或金属粉的临界含量低得多。

2)经过1～10次水洗的AlB_w/PP抗静电复合材料试样的摩擦静电荷经测试仅上升5％～10％，因此本复合材料的抗静电性基本不受环境湿度的影响，具有耐久抗静电性，在防静电材料、屏蔽材料、隐身材料等领域有广泛的应用前景。

3)AlB_w/PP抗静电复合材料的熔体流动速率为(13～30)g·10min^-1，比纯聚丙烯提高了35％～65％；AlB_w/PP抗静电复合材料的拉伸强度为(32～48)MPa，比纯聚丙烯提高了8％～15％，这使AlB_w/PP抗静电复合材料产品具有稳定的加工性能和可靠质量保证。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

(一)、对硼酸铝晶须进行预处理，其步骤是：

①称取沈阳美西精细化工有限公司提供的硼酸铝晶须25g加入到230mL蒸馏水中，打搅均匀；②量取18.6mL浓盐酸加入到步骤①形成的混合液中，使盐酸浓度达到0.9mol·L^-1；③将40mL四氯化锡加入到步骤②形成的混合液中，搅拌均匀；④将95g尿素加入到步骤③形成的混合液中；⑤将步骤④配制的混合液加热升温至95℃，并在此温度的恒温水浴中常压反应1.5小时；⑥将步骤⑤所得的混合液进行过滤后得到负载有氧化锡前驱体沉淀产物的硼酸铝晶须；⑦先用蒸馏水，再用无水乙醇对步骤⑥得到的硼酸铝晶须进行洗涤，去除未反应的反应物；⑧将步骤⑦得到的硼酸铝晶须置于85℃的干燥箱中进行干燥8小时；⑨再将干燥后的硼酸铝晶须放入600℃的马弗炉中进行煅烧2小时，即可得到导电性硼酸铝晶须(简写为AlB_w)。

(二)、制备含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP，其步骤是：

①称取步骤(一)制备的AlB_w 24g作为填料，与500g齐鲁石化公司生产的ESP30R无规聚丙烯混合在一起；②将步骤①的配备物放入双辊筒炼塑机中，于175℃下进行混炼10分钟；③将混炼后的料进行破碎后放入到不锈钢模具中，再置于马弗炉中，在190℃下保温35分钟后取出；④再放在平板硫化机上模压成型，模压温度为180℃，压机表压强为10MPa，保温保压15分钟后，停止加热；⑤待模具温度降至50℃，卸压起模，即可得到含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP。利用超高电阻仪测试该复合材料的体积电阻率为6.7×10⁸Ω·cm，经过7次水洗的复合材料试样的摩擦静电荷经测试仅上升9.6％，因此本复合材料的抗静电性不受环境湿度的影响，具有耐久抗静电性。

实施例2：

(一)、对硼酸铝晶须进行预处理，其步骤是：

①称取青海海兴科技开发有限责任公司提供的硼酸铝晶须35g加入到250mL蒸馏水中，打搅均匀；②量取17.8mL浓盐酸加入到步骤①形成的混合液中，使盐酸浓度达到0.8mol·L^-1；③将50mL四氯化锡加入到步骤②形成的混合液中，搅拌均匀；④将100g尿素加入到步骤③形成的混合液中；⑤将步骤④配制的混合液加热升温至90℃，并在此温度的恒温水浴中常压反应2小时；⑥将步骤⑤所得的混合液进行过滤后得到负载有氧化锡前驱体沉淀产物的硼酸铝晶须；⑦先用蒸馏水，再用无水乙醇对步骤⑥得到的硼酸铝晶须进行洗涤，去除未反应的反应物；⑧将步骤⑦得到的硼酸铝晶须置于90℃的干燥箱中进行干燥7小时；⑨再将干燥后的硼酸铝晶须放入620℃的马弗炉中进行煅烧1.5小时，即可得到导电性硼酸铝晶须(简写为AlB_w)。

(二)、制备含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP，其步骤是：

①称取步骤(一)制备的AlB_w 25g作为填料，与510g扬子石化生产的F401等规聚丙烯混合在一起；②将步骤①的配备物放入双辊筒炼塑机中，于180℃下进行混炼15分钟；③将混炼后的料进行破碎后放入到不锈钢模具中，再置于马弗炉中，在200℃下保温30分钟后取出；④再放在平板硫化机上模压成型，模压温度为180℃，压机表压强为10MPa，保温保压15分钟后，停止加热；⑤待模具温度降至55℃，卸压起模，即可得到含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP。利用超高电阻仪测试该复合材料的体积电阻率为4.7×10⁴Ω·cm，经过8次水洗的复合材料试样的摩擦静电荷经测试仅上升8.6％，因此本复合材料的抗静电性不受环境湿度的影响，具有耐久抗静电性。

实施例3：

(一)、对硼酸铝晶须进行预处理，其步骤是：

①称取上海峰竺晶须有限公司提供的硼酸铝晶须28g加入到250mL蒸馏水中，打搅均匀；②量取22.7mL浓盐酸加入到步骤①形成的混合液中，使盐酸浓度达到1.0mol·L^-1；③将40mL四氯化锡加入到步骤②形成的混合液中，搅拌均匀；④将95g尿素加入到步骤③形成的混合液中；⑤将步骤④配制的混合液加热升温至100℃，并在此温度的恒温水浴中常压反应3小时；⑥将步骤⑤所得的混合液进行过滤后得到负载有氧化锡前驱体沉淀产物的硼酸铝晶须；⑦先用蒸馏水，再用无水乙醇对步骤⑥得到的硼酸铝晶须进行洗涤，去除未反应的反应物；⑧将步骤⑦得到的硼酸铝晶须置于85℃的干燥箱中进行干燥10小时；⑨再将干燥后的硼酸铝晶须放入680℃的马弗炉中进行煅烧2小时，即可得到导电性硼酸铝晶须(简写为AlB_w)。

(二)、制备含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP，其步骤是：

①称取步骤(一)制备的AlB_w 25g作为填料，与550g北京燕山石化生产的PP2401等规聚丙烯混合在一起；②将步骤①的配备物放入双辊筒炼塑机中，于200℃下进行混炼15分钟；③将混炼后的料进行破碎后放入到不锈钢模具中，再在置于马弗炉中，在195℃下保温30分钟后取出；④再放在平板硫化机上模压成型，模压温度为180℃，压机表压强为8MPa，保温保压15分钟后，停止加热；⑤待模具温度降至50℃，卸压起模，即可得到含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP。利用超高电阻仪测试该复合材料的体积电阻率为3.8×10³Ω·cm，经过6次水洗的复合材料试样的摩擦静电荷经测试仅上升6.7％，因此本复合材料的抗静电性不受环境湿度的影响，具有耐久抗静电性。

实施例4：

(一)、对硼酸铝晶须进行预处理，其步骤是：

①称取上海峰竺晶须有限公司提供的硼酸铝晶须38g加入到380mL蒸馏水中，打搅均匀；②量取34.5mL浓盐酸加入到步骤①形成的混合液中，使盐酸浓度达到1.0mol·L^-1；③将45mL四氯化锡加入到步骤②形成的混合液中，搅拌均匀；④将110g尿素加入到步骤③形成的混合液中；⑤将步骤④配制的混合液加热升温至97℃，并在此温度的恒温水浴中常压反应3小时；⑥将步骤⑤所得的混合液进行过滤后得到负载有氧化锡前驱体沉淀产物的硼酸铝晶须；⑦先用蒸馏水，再用无水乙醇对步骤⑥得到的硼酸铝晶须进行洗涤，去除未反应的反应物；⑧将步骤⑦得到的硼酸铝晶须置于90℃的干燥箱中进行干燥9小时；⑨再将干燥后的硼酸铝晶须放入650℃的马弗炉中进行煅烧2小时，即可得到导电性硼酸铝晶须(简写为AlB_w)。

(二)、制备含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP，其步骤是：

①称取步骤(一)制备的AlB_w 35g作为填料，与650g上海石油化工总厂生产的PPH-F-075无规聚丙烯混合在一起；②将步骤①的配备物放入双辊筒炼塑机中，于180℃下进行混炼12分钟；③将混炼后的料进行破碎后放入到不锈钢模具中，再置于马弗炉中，在195℃下保温30分钟后取出；④再放在平板硫化机上模压成型，模压温度为175℃，压机表压强为9MPa，保温保压20分钟后，停止加热；⑤待模具温度降至50℃，卸压起模，即可得到含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP。利用超高电阻仪测试该复合材料的体积电阻率为7.6×10³Ω·cm，经过8次水洗的复合材料试样的摩擦静电荷经测试仅上升6.7％，因此本复合材料的抗静电性不受环境湿度的影响，具有耐久抗静电性。

Claims (2)

1.一种聚丙烯抗静电复合材料，其特征在于它是一种含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，可简写为AlB_w/PP。

2.如权利要求1所述的一种含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于制备步骤是：

(一)、对硼酸铝晶须进行预处理：

①按照硼酸铝晶须与蒸馏水的质量比为1∶2.5～1∶10的配比，将硼酸铝晶须加入到蒸馏水中，打搅均匀；②取一定量浓盐酸加入到步骤①形成的混合液中，使盐酸浓度达到(0.6～1.2)mol·L^-1；③按照硼酸铝晶须与四氯化锡的质量比为1∶1.5～1∶7的配比，将四氯化锡加入到步骤②形成的混合液中，搅拌均匀；④按照四氯化锡与尿素的质量比为1∶0.7～1∶1.25的配比，将尿素加入到步骤③形成的混合液中；⑤将步骤④配制的混合液加热升温至(90～110)℃，在此温度的恒温水浴中常压反应(1～3)小时；⑥将步骤⑤所得的混合液进行过滤后得到负载有氧化锡前驱体沉淀产物的硼酸铝晶须；⑦先用蒸馏水，再用无水乙醇对步骤⑥得到的硼酸铝晶须进行洗涤，去除未反应的反应物；⑧将步骤⑦得到的硼酸铝晶须置于(80～95)℃的干燥箱中进行干燥(6～12)小时；⑨再将干燥后的硼酸铝晶须放入(550～750)℃的马弗炉中进行煅烧(1～4)小时，即可得到导电性硼酸铝晶须(简写为AlB_w)。

(二)、制备含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP，其步骤是：

①将步骤(一)制备的AlB_w作为填料，按照AlB_w与聚丙烯的质量比为1∶5～1∶50的配比，将AlB_w与聚丙烯混合在一起；②将步骤①的配备物放入双辊筒炼塑机中，于(175～200)℃下进行混炼(10～30)分钟；③将混炼后的料进行破碎后放入到模具中，再置于马弗炉中，在(180～200)℃下保温(30～60)分钟后取出；④再放在平板硫化机上模压成型，模压温度为(160～190)℃、压机表压强为(6～10)MPa、保温保压(15～30)分钟后，停止加热；⑤待模具温度降至60℃以下，卸压起模，即可得到含导电性硼酸铝晶须的聚丙烯抗静电复合材料，即AlB_w/PP。