CN105504758B - 一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料技术领域，具体公开了一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜及其制备方法，按照重量份，该聚碳酸酯薄膜由原料聚碳酸酯100份、抗静电剂复配体系5‑10份、无机纳米复配体系5‑10份、相容剂0‑1份以及抗氧剂0‑1份制备而成。本发明所制备的聚碳酸酯薄膜具有良好的抗静电性能及透明性，透光度可达90%以上；同时，薄膜具有优异的力学性能，表面可防刮擦；薄膜产品特别适用于对静电敏感的透明聚碳酸酯薄膜产品上，如手机屏幕、精密仪器、电子产品等领域。

Description

一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜及其制备方法。
背景技术
近年来由于触屏手机、精密仪器、电子产品等产品的迅速普及，因为静电所导致的材料破坏和制程不良等问题增多，影响日益严重。为了解决这些问题，要求材料具有优异的抗静电(导电性)。聚碳酸酯是一种重要的工程塑料，具有优异的抗冲击性能、光学透明性、电气绝缘性、尺寸稳定性等综合性能。因此聚碳酸酯被广泛用于众多光学制件如光碟、手机屏幕、精密仪器、电气、电子产品、光学矫正镜片、板材等应用上。但如作为电气、电子零件、手机屏幕上，聚碳酸酯必须具备一定的抗静电(导电性)。
另一方面，在日常生活和生产中，很多材料在使用过程中容易产生静电积累，造成吸尘、电击，甚至产生火花后导致爆炸等恶性事故。静电利与弊的利用和防止静电的危害很多，它的第一种危害来源于带电体的相互作用。在飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成聋子和瞎子；在印刷厂里，纸业之间的静电使纸业粘合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里，由于静电吸引灰尘，会使药品达不到标准的纯度；在放电视时屏幕表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃的薄膜，使得图像的清晰程度和亮度降低。
通常，高分子树脂本身不具备导电功能，聚碳酸酯树脂具备良好的电绝缘性。要使聚碳酸酯获得导电性，一种方法是在聚碳酸酯中加入导电的石墨、金属颗粒从而降低制品表面电阻，减少电荷的富集。但通常情况下需要较大填量的导电添加剂才能起到导电(抗静电)的效果，但当填量加到一定程度的时候，聚碳酸酯树脂的透明性将有极大的降低，从而影响聚碳酸酯的使用。另一种方法为添加有机离子型表面活性剂到聚碳酸酯树脂中，但由于其与聚碳酸酯材料相容性较差而很难被有效分散，而且有机表面活性剂容易在短时间内迁移到聚碳酸酯制品表面；同时，制品在水洗后，有机表面活性剂很容易被洗刷掉从而导致制品抗静电寿命不长。还有一种是添加有机非离子型表面活性剂(如乙氧基化烷基酸胺、甘油硬脂肪酸酯等)，这种抗静电剂相对而言与聚碳酸酯具有良好的相容性，但需要较大的添加量才能起到良好的抗静电效果；同时由于非离子型表面活性剂也易迁移至制品表面，导致制品易出现油点，降低产品的良率。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜及其制备方法，该聚碳酸酯薄膜具有良好的抗冲击性、光学透明性和抗静电性。
为了实现上述目的，本发明采用的如下技术方案：
一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，该薄膜由如下重量份配比的原料制备而成：
所述聚碳酸酯的分子量为5万-10万；
所述抗静电剂复配体系是由氧化锡抗静电凝胶和树枝状大分子季铵盐按照重量比1：1-3：1的比例制备而成；
进一步，所述抗静电剂复配体系的制备方法如下：
将氧化锡抗静电凝胶和树枝状大分子季铵盐按比例直接共混搅拌5-8分钟，然后于80℃烘箱烘干2小时制备而成；
所述氧化锡抗静电凝胶是将粒径是0.5-2um的氧化锡粉末分散到水溶性丙烯酸树脂乳液中，氧化锡粉末与水溶性丙烯酸树脂乳液的质量比为1:4，60℃下搅拌直至形成溶胶，然后25℃下静置得到；所述水溶性丙烯酸树脂乳液中丙烯酸树脂含量为48-52wt％；
所述树枝状大分子季铵盐是采用树枝状大分子与溴代烷通过接枝反应制备而成；
所述无机纳米复配体系是由超细氧化铝和超细氧化镁按照重量比2：1-2：3混合而成。
作为优选，本发明所采用的树枝状大分子是以乙二胺和丙烯酸为单体，通过发散合成法制备而成，所述树枝状大分子是三代树枝状大分子，所述树枝状大分子的端基为氨基。
作为优选，本发明所采用的溴代烷是溴代十二烷、溴代十六烷以及溴代十八烷中的一种或两种以上的任意组合。
作为优选，本发明所采用的超细氧化铝的粒径为100-300nm；所述超细氧化铝的颜色是白色；所述超细氧化铝的比表面积＞50m2/g；所述超细氧化镁的粒径为300-800nm；所述超细氧化镁的颜色是白色；所述超细氧化镁的比表面积＞80m2/g。
当所述原料中含有相容剂和抗氧剂时，优选的，相容剂是高分子相容剂EVA，分子量为1万-4万；抗氧剂是抗氧剂1010。
所述树枝状大分子季铵盐是采用树枝状大分子与溴代烷通过接枝反应制备而成；树状大分子是具有重复支化单元的一类新型的功能高分子化合物，它是一类三维的、高度有序的、具有纳米尺度的新型大分子。树枝状大分子在合成时可以根据需要对其分子的大小、形状、结构和功能基团进行设计，在分子水平上予以严格控制，产物一般对称性高、单分散性好。树状大分子由初始引发核、与初始引发核径向连接的重复支化单元和与最外层重复支化单元连接的末端基组成。树状大分子中结构单元每重复一次成为一次繁衍，得到的产物的代数就增加1，因此表面官能团的数目随代数的增加而成指数增长，最终导致表面空间拥挤而产生几何变化。聚酰胺-胺树状大分子代数较低时一般为开放的分子构型，随着层数的增加和支化的继续，从第四代树状大分子开始就形成了较为封闭的多孔的球形三维结构，第八代则是表面几乎无缝的球体。且高代数的树状大分子形成表面紧密堆积的三维结构，内部空间较大，其性质与胶团相似。
本发明中所述树枝状大分子可采用市购商品，也可采用发散法合成(Tomalia DA，Dewald J R.US4507466，1985.)。在合成过程中，以乙二胺为初始引发核。首先，初始引发核在溶剂中与丙烯酸甲酯进行Michael加成反应，得到0.5代树枝状大分子产物。所得产物再在溶剂中与乙二胺进行酰胺化反应，即得1.0代树枝状大分子。如此依次交叉重复Micheal加成和酰胺化反应各个反应步骤，即可得到代数依次增加的树枝状大分子。
一种如前所述的高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜的制备方法，其步骤如下：
1)将抗静电剂复配体系和无机纳米复配体系共混，搅拌均匀，形成混合物一；
2)将步骤1)所得到的混合物一加入到聚碳酸酯中，然后依次加入相容剂以及抗氧剂，形成混合物二；
3)将步骤2)得到的混合物二置于高速搅拌机中，搅拌并加热至50℃后维持搅拌5分钟；待混合物二冷却至室温后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，粒子经成型机将产品吹塑成型。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：
本发明提供一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜及其制备方法，解决了传统聚碳酸酯薄膜不具备导电性(抗静电)，易在薄膜表面积蓄静电，导致薄膜难以在电气、电子零件、手机屏幕等领域上应用的问题。本发明通过添加抗静电剂复配体系，使得聚碳酸酯薄膜具备导电性(抗静电)；通过采用氧化锡抗静电凝胶与树枝状大分子季铵盐复配制备抗静电剂，有效解决传统无机导电添加剂和表面活性剂抗静电剂的局限性；采用无机纳米复配体系有效提高聚碳酸薄膜的力学性能；由于本发明所使用的无机纳米复配体系所采用的为纳米级别的超细氧化铝和超细氧化镁且填充含量较低，同时体系中的树枝状大分子季铵盐也在一定程度上对无机粒子起到相容润滑的效果；因此无机纳米复配体系在增强聚碳酸酯的同时，尚未明显降低聚碳酸酯薄膜自身的透明性。本发明所制备的高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜具有良好的抗静电性能、力学性能和透明性，透光度可达90％以上；本发明的薄膜产品特别适用于对静电敏感的透明聚碳酸酯薄膜产品上，如手机屏幕、精密仪器、电子产品等领域。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明的产品及其制备方法做进一步的详细说明。
以下实施例1-3中：
氧化锡抗静电凝胶均按照如下制备方法制备而得：
将粒径0.5-2um的氧化锡粉末分散到水溶性丙烯酸树脂乳液(乳液中丙烯酸树脂含量为48-52wt％)中，氧化锡粉末与水溶性丙烯酸树脂乳液的质量比为1:4，60℃下搅拌直至形成溶胶，然后25℃下静置即形成氧化锡抗静电凝胶；
超细氧化铝：粒径100-300nm、颜色白色、比表面积＞50m2/g；
超细氧化镁：粒径300-800nm、颜色白色、比表面积＞80m2/g；
树枝状大分子季铵盐均是采用三代树枝状大分子与溴代十二烷或溴代十六烷通过接枝反应制备而成，参照文献：郑性能，叶仲斌，郭拥军，粟松涛，徐辉，柳建新.两种聚酰胺-胺长链烷基季铵盐的合成和黏土稳定性能，油田化学，2009，26(1)：38-41.中所记载的树枝状大分子季铵盐的制备方法，即先采用发散合成法制备以乙二胺为核的端胺基树枝状大分子，再用溴代烷进行季铵化，得到了两种大分子聚季铵盐PAMAMC12和PAMAMC16。
其中，PAMAMC12作为树枝状大分子季铵盐用于实施例2和3，PAMAMC16作为树枝状大分子季铵盐用于实施例1。
实施例1
一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，由原料聚碳酸酯、抗静电剂复配体系、无机纳米复配体系、相容剂以及抗氧剂制备而成，上述各原料的重量份分别为：
聚碳酸酯(分子量为5万-7万)100份；
抗静电剂复配体系(按照质量比氧化锡抗静电凝胶：树枝状大分子季铵盐为1：1)8份；
无机纳米复配体系(按照质量比超细氧化铝：超细氧化镁为2：1混合而成)8份；
相容剂是高分子相容剂EVA(分子量为1万-2万)0.5份；
抗氧剂(抗氧剂1010)0.5份。
抗静电剂复配体系为氧化锡抗静电凝胶和树枝状大分子季铵盐按比例直接共混搅拌5-8分钟，并于80℃烘箱2小时烘干制备而成。
所述高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜的制备方法：将抗静电剂复配体系和无机纳米复配体系共混，搅拌均匀；然后将其加入聚碳酸酯树脂中，再依次加入相容剂以及抗氧剂；所得混合物置于高速搅拌机中，搅拌并加热至50℃，维持搅拌5分钟；混合物冷却至室温后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，粒子经成型机将产品吹塑成型即可。
实施例2
一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，由原料聚碳酸酯、抗静电剂复配体系、无机纳米复配体系制备而成，上述各原料的重量份分别为：
聚碳酸酯(分子量为6万-8万)100份；
抗静电剂复配体系(按照质量比氧化锡抗静电凝胶：树枝状大分子季铵盐为3：1)5份；
无机纳米复配体系(按照质量比超细氧化铝：超细氧化镁为2：3混合而成)5份。
抗静电剂复配体系为氧化锡抗静电凝胶和树枝状大分子季铵盐按比例直接共混搅拌5-8分钟，并于80℃烘箱2小时烘干制备而成。
所述高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜的制备方法：将抗静电剂复配体系和无机纳米复配体系共混，搅拌均匀；然后将其加入聚碳酸酯树脂中；所得混合物置于高速搅拌机中，搅拌并加热至50℃，维持搅拌5分钟；混合物冷却至室温后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，粒子经成型机将产品吹塑成型即可。
实施例3
一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，由原料聚碳酸酯、抗静电剂复配体系、无机纳米复配体系、相容剂以及抗氧剂制备而成，上述各原料的重量份分别为：
聚碳酸酯(分子量为8万-10万)100份；
抗静电剂复配体系(按照质量比氧化锡抗静电凝胶：树枝状大分子季铵盐为2：1)10份；
无机纳米复配体系(按照质量比超细氧化铝粉：超细氧化镁为1：1混合而成)10份。
相容剂是高分子相容剂EVA(分子量为3万-4万)1份；
抗氧剂(抗氧剂1010)1份。
抗静电剂复配体系为氧化锡抗静电凝胶和树枝状大分子季铵盐按比例直接共混搅拌5-8分钟，并于80℃烘箱2小时烘干制备而成。
所述高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜的制备方法：将抗静电剂复配体系和无机纳米复配体系共混，搅拌均匀；然后将其加入聚碳酸酯树脂中，再依次加入相容剂以及抗氧剂；所得混合物置于高速搅拌机中，搅拌并加热至50℃，维持搅拌5分钟；混合物冷却至室温后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，粒子经成型机将产品吹塑成型即可。
为考察本发明所提供的高强度抗静电透明聚碳酸酯树脂的表面电阻性、透光性能和力学性能，并与纯聚碳酸酯树脂的性能进行对比，将挤出机共混得到的聚碳酸酯粒料经热风循环干燥后，经薄膜生产线生产出厚度为1.0mm的PC薄膜用于测定其表面电阻值与透光率；同时将聚碳酸酯颗粒注塑成标准测试样条进行力学性能测试。其测试结果如下：
表面电阻率 透光率 缺口冲击强度
纯聚碳酸酯 ≥1013Ω/sq 92％ 530 J/m
实施例1 109Ω/sq 90％ 680J/m
实施例2 109Ω/sq 91％ 695 J/m
实施例3 109Ω/sq 93％ 671 J/m
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，其特征是：所述高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜由如下重量份配比的原料制备而成：
聚碳酸酯 100份；
抗静电剂复配体系 5-10份；
无机纳米复配体系 5-10份；
相容剂 0-1份；
抗氧剂 0-1份；
所述聚碳酸酯的分子量为5万-10万；
所述抗静电剂复配体系是由氧化锡抗静电凝胶和树枝状大分子季铵盐制备而成：将氧化锡抗静电凝胶和树枝状大分子季铵盐按重量比为1：1-3：1比例直接共混搅拌5-8分钟，然后于80℃烘箱烘干2小时即得；
所述氧化锡抗静电凝胶是将粒径是0.5-2μm的氧化锡粉末分散到水溶性丙烯酸树脂乳液中，氧化锡粉末与水溶性丙烯酸树脂乳液的质量比为1:4，60℃下搅拌直至形成溶胶，然后25℃下静置得到；所述水溶性丙烯酸树脂乳液中丙烯酸树脂含量为48-52wt%；
所述树枝状大分子季铵盐是采用树枝状大分子与溴代烷通过接枝反应制备而成；
所述无机纳米复配体系是由超细氧化铝和超细氧化镁按照重量比2：1-2：3混合而成。
2.根据权利要求1所述的高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，其特征是：所述树枝状大分子是以乙二胺和丙烯酸为单体，通过发散合成法制备而成，所述树枝状大分子是三代树枝状大分子，所述树枝状大分子的端基为氨基。
3.根据权利要求2所述的高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，其特征是：所述溴代烷是溴代十二烷、溴代十六烷以及溴代十八烷中的一种或两种以上的任意组合。
4.根据权利要求1或2或3所述的高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，其特征是：所述超细氧化铝的粒径是100-300nm；所述超细氧化铝的颜色是白色；所述超细氧化铝的比表面积＞50m2/g；所述超细氧化镁的粒径是300-800nm；所述超细氧化镁的颜色是白色；所述超细氧化镁的比表面积＞80m2/g。
5.根据权利要求4所述的高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜，其特征是：所述原料中含有相容剂和抗氧剂；所述相容剂是高分子相容剂EVA，分子量为1万-4万；所述抗氧剂是抗氧剂1010。
6.一种制备如权利要求5所述的高强度抗静电透明聚碳酸酯薄膜的方法，其步骤如下：
1）将抗静电剂复配体系和无机纳米复配体系共混，搅拌均匀，形成混合物一；
2）将步骤1）所得到的混合物一加入到聚碳酸酯中，然后依次加入相容剂和抗氧剂，形成混合物二；
3）将步骤2）得到的混合物二置于高速搅拌机中，搅拌并加热至50℃后维持搅拌5分钟；待混合物二冷却至室温后，置于双螺杆挤出机中挤出造粒，粒子经成型机吹塑成型。
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