一种高韧性防静电PVC复合鞋底材料的制备方法
技术领域:
本发明涉及一种鞋底材料,特别是涉及一种高韧性防静电PVC复合鞋底材料的制备方法。
背景技术:
防静电工作鞋通常也叫静电鞋、防静电鞋,是电子半导体器件、电子计算机、电子通讯设备和集成电路等微电子工业的生产车间和高级试验室为减少或消除静电危害而穿着的一种工作鞋。防静电鞋可以将静电从人体导向大地,从而消除人体静电,同时还有效地抑制了人员在无尘室中的走动所产生的灰尘,适合于制药厂、食品厂、电子厂洁净车间、实验室等。防静电鞋一般采用散电材料PU或PVC材料制作鞋底,鞋底用防静电防滑材料,既可以吸汗防臭,又可以达到防滑、防静电等功能,与鞋帮一体成型,然后进行上线加固,能有效泄露静电,同防静电服一起构成完整的防静电体系。
普通的PVC或PU材料具有较高的表面电阻率(1010-1015Ω)和较低的介电常数,容易产生静电,为了达到防静电的效果,人们一般通过添加抗静电剂来实现。传统的抗静电剂一般由表面活性剂组成,按结构可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型和高分子型等。阴离子型、阳离子型、两性离子型抗静电剂的抗静电性能比较好,但是其分解温度较低,运用中容易导致鞋底材料发黄,抗静电持久性较差;非离子型抗静电剂主要依靠迁移到材料表面吸收空气中的水分产生电解质膜而导电,温湿度依赖较重,持久性受到限制;高分子型抗静电剂要求添加量较高才能达到有效的抗静电效果,对材料整体的力学性能影响较大。
公开号为CN103642153A、公开日为2014.03.19、申请人为深圳市新纶科技股份有限公司的中国专利公开了“一种低温低湿抗静电聚氯乙烯鞋材及其制备方法”,主要是包含以下成分的原料制成:(a)聚氯乙烯树脂100份,(b)复合稳定剂2~5份,(c)邻苯二甲酸酯增塑剂30~40份,(d)环氧大豆油8~12份,(e)润滑剂1~2份,(f)填料70~80份,(g)复合抗静电剂30~45份,所述复合抗静电剂包括聚氧乙烯烷基醚磷酸酯盐和癸二酸酯。该发明还提供低温低湿度抗静电聚氯乙烯鞋材的制备方法,包括制备复合抗静电剂,然后将树脂和助剂混炼、挤出造粒、注塑成型。该专利采用的抗静电剂属于非离子型表面活性剂,抗静电持久性不佳,而且该鞋材的韧性也较差,使用时易脆。
发明内容:
本发明要解决的技术问题是提供一种高韧性防静电PVC复合鞋底材料的制备方法,制备出的鞋底材料具有较低的表面电阻率,而且防静电性能的持久性较好,此外还具有较好的韧性。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种高韧性防静电PVC复合鞋底材料的制备方法,其步骤如下:
(1)将阿拉伯树胶粉加入其一半重量的亚沸水中,加热至100℃,恒温搅拌至阿拉伯树胶粉完全溶解,停止搅拌后静置冷却至室温,得到阿拉伯树胶溶液;
(2)将碳纳米管加入乙醇中,再加入步骤(1)得到的阿拉伯树胶溶液,加热至60℃,100W超声功率条件下超声搅拌10分钟,停止超声搅拌后静置冷却至室温,转入离心机中10000转/分转速下离心10分钟,取出下层混浊液,置于烘箱中80℃下干燥至恒重,得到改性碳纳米管;
(3)将步骤(2)得到的改性碳纳米管加入离子液体[Emim]BF4中,搅拌混合后转入超声波细胞粉碎机中,加热至90℃,100W超声功率下超声搅拌1小时,停止超声搅拌后静置冷却至室温得到纺丝溶液;
(4)将步骤(3)得到的纺丝溶液用喷丝板孔径为0.04mm的单孔纺丝机挤出纺丝细流,将纺丝细流通过长度为8cm的气隙后送入纯水凝固浴凝固成型,然后进行水洗卷绕,室温下风干,得到复合纤维;
(5)将PVC、稳定剂、润滑剂、抗氧剂混合均匀,加入一半量的增塑剂,90℃下混合均匀,再加入剩下的增塑剂进行混合,直到增塑剂完全被PVC吸收后加入填料、步骤(4)得到的复合纤维,再加入发泡剂混合均匀,得到混合料;
(6)将步骤(5)得到的混合料加入双螺杆挤出机135℃下造粒,得到粒料,将粒料置于烘箱中115℃下烘干4小时,转入注塑机中155℃下注射成型,得到高韧性防静电PVC复合鞋底材料。
优选地,本发明所述步骤(2)中,碳纳米管、乙醇、阿拉伯树胶溶液的重量比为1:5:25。
优选地,本发明所述步骤(3)中,改性碳纳米管与离子液体[Emim]BF4的重量比为1:20。
优选地,本发明所述步骤(5)中,按重量份数计,PVC55-64份,稳定剂1-1.5份,润滑剂0.5-1份,抗氧剂0.1-0.6份,增塑剂10-15份,填料9-16份,复合纤维7-10份,发泡剂1-2份。
优选地,本发明所述步骤(5)中,稳定剂为硬脂酸钡。
优选地,本发明所述步骤(5)中,润滑剂为聚乙烯蜡。
优选地,本发明所述步骤(5)中,抗氧剂为抗氧剂CA。
优选地,本发明所述步骤(5)中,填料为硬质碳酸钙。
优选地,本发明所述步骤(5)中,增塑剂为环氧大豆油。
优选地,本发明所述步骤(5)中,发泡剂为AC发泡剂。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
离子液体[Emim]BF4具有很强的导电性,而且导电持久性非常好,虽然与有机物之间的相容性较好,但是其粘度较大,在PVC基体内不容易分散均匀,与PVC基体的结合也不佳,碳纳米管同样具有很强的导电性,不过其容易团聚,在PVC基体内同样存在不容易均匀分散的问题,因此本发明先将阿拉伯树胶粉制成了具有多支链复杂分子结构的弱酸性大分子多糖——阿拉伯树胶,其属于高分子表面活性剂,然后通过其对碳纳米管进行表面改性处理,阿拉伯树胶被碳纳米管吸附并形成吸附层,产生了静电斥力,使得碳纳米管之间的引力大大减小,降低了团聚,提高了其分散均匀性,改性后的碳纳米管与离子液体[Emim]BF4制成了复合纤维,在超声作用下阿拉伯树胶与离子液体的阴离子产生了结合,大大降低了其粘度,使得离子液体能均匀分散于PVC基体内,而且复合纤维通过阿拉伯树胶分子的大分子链段与PVC基体之间产生了强度较高的结合,在PVC基体内形成了强度较高、分散均匀的导电通路,从而有效降低鞋底材料的表面电阻率,提高了其防静电性能以及防静电持久性,能达到防静电鞋的要求;此外,碳纳米管的长径比非常高,具有非常好的强度和柔韧性,与PVC基体产生强度较高的结合后,能大大提高鞋底材料的韧性。
具体实施方式:
下面将结合具体实施例来详细说明本发明,在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
实施例1
按照以下步骤制备高韧性防静电PVC复合鞋底材料:
(1)将阿拉伯树胶粉加入其一半重量的亚沸水中,加热至100℃,恒温搅拌至阿拉伯树胶粉完全溶解,停止搅拌后静置冷却至室温,得到阿拉伯树胶溶液;
(2)将碳纳米管加入乙醇中,再加入步骤(1)得到的阿拉伯树胶溶液,加热至60℃,100W超声功率条件下超声搅拌10分钟,停止超声搅拌后静置冷却至室温,转入离心机中10000转/分转速下离心10分钟,取出下层混浊液,置于烘箱中80℃下干燥至恒重,得到改性碳纳米管,碳纳米管、乙醇、阿拉伯树胶溶液的重量比为1:5:25;
(3)将步骤(2)得到的改性碳纳米管加入离子液体[Emim]BF4中,搅拌混合后转入超声波细胞粉碎机中,加热至90℃,100W超声功率下超声搅拌1小时,停止超声搅拌后静置冷却至室温得到纺丝溶液,改性碳纳米管与离子液体[Emim]BF4的重量比为1:20;
(4)将步骤(3)得到的纺丝溶液用喷丝板孔径为0.04mm的单孔纺丝机挤出纺丝细流,将纺丝细流通过长度为8cm的气隙后送入纯水凝固浴凝固成型,然后进行水洗卷绕,室温下风干,得到复合纤维;
(5)将56重量份PVC、1.3重量份硬脂酸钡、0.5重量份聚乙烯蜡、0.6重量份抗氧剂CA混合均匀,加入7重量份环氧大豆油,90℃下混合均匀,再加入7重量份环氧大豆油进行混合,直到环氧大豆油完全被PVC吸收后加入15重量份硬质碳酸钙、7.5重量份步骤(4)得到的复合纤维,再加入1.2重量份发泡剂混合均匀,得到混合料;
(6)将步骤(5)得到的混合料加入双螺杆挤出机135℃下造粒,得到粒料,将粒料置于烘箱中115℃下烘干4小时,转入注塑机中155℃下注射成型,得到高韧性防静电PVC复合鞋底材料。
实施例2
按照以下步骤制备高韧性防静电PVC复合鞋底材料:
(1)将阿拉伯树胶粉加入其一半重量的亚沸水中,加热至100℃,恒温搅拌至阿拉伯树胶粉完全溶解,停止搅拌后静置冷却至室温,得到阿拉伯树胶溶液;
(2)将碳纳米管加入乙醇中,再加入步骤(1)得到的阿拉伯树胶溶液,加热至60℃,100W超声功率条件下超声搅拌10分钟,停止超声搅拌后静置冷却至室温,转入离心机中10000转/分转速下离心10分钟,取出下层混浊液,置于烘箱中80℃下干燥至恒重,得到改性碳纳米管,碳纳米管、乙醇、阿拉伯树胶溶液的重量比为1:5:25;
(3)将步骤(2)得到的改性碳纳米管加入离子液体[Emim]BF4中,搅拌混合后转入超声波细胞粉碎机中,加热至90℃,100W超声功率下超声搅拌1小时,停止超声搅拌后静置冷却至室温得到纺丝溶液,改性碳纳米管与离子液体[Emim]BF4的重量比为1:20;
(4)将步骤(3)得到的纺丝溶液用喷丝板孔径为0.04mm的单孔纺丝机挤出纺丝细流,将纺丝细流通过长度为8cm的气隙后送入纯水凝固浴凝固成型,然后进行水洗卷绕,室温下风干,得到复合纤维;
(5)将50重量份PVC、1.5重量份硬脂酸钡、0.7重量份聚乙烯蜡、0.4重量份抗氧剂CA混合均匀,加入6重量份环氧大豆油,90℃下混合均匀,再加入6重量份环氧大豆油进行混合,直到环氧大豆油完全被PVC吸收后加入12重量份硬质碳酸钙、9重量份步骤(4)得到的复合纤维,再加入1重量份发泡剂混合均匀,得到混合料;
(6)将步骤(5)得到的混合料加入双螺杆挤出机135℃下造粒,得到粒料,将粒料置于烘箱中115℃下烘干4小时,转入注塑机中155℃下注射成型,得到高韧性防静电PVC复合鞋底材料。
实施例3
按照以下步骤制备高韧性防静电PVC复合鞋底材料:
(1)将阿拉伯树胶粉加入其一半重量的亚沸水中,加热至100℃,恒温搅拌至阿拉伯树胶粉完全溶解,停止搅拌后静置冷却至室温,得到阿拉伯树胶溶液;
(2)将碳纳米管加入乙醇中,再加入步骤(1)得到的阿拉伯树胶溶液,加热至60℃,100W超声功率条件下超声搅拌10分钟,停止超声搅拌后静置冷却至室温,转入离心机中10000转/分转速下离心10分钟,取出下层混浊液,置于烘箱中80℃下干燥至恒重,得到改性碳纳米管,碳纳米管、乙醇、阿拉伯树胶溶液的重量比为1:5:25;
(3)将步骤(2)得到的改性碳纳米管加入离子液体[Emim]BF4中,搅拌混合后转入超声波细胞粉碎机中,加热至90℃,100W超声功率下超声搅拌1小时,停止超声搅拌后静置冷却至室温得到纺丝溶液,改性碳纳米管与离子液体[Emim]BF4的重量比为1:20;
(4)将步骤(3)得到的纺丝溶液用喷丝板孔径为0.04mm的单孔纺丝机挤出纺丝细流,将纺丝细流通过长度为8cm的气隙后送入纯水凝固浴凝固成型,然后进行水洗卷绕,室温下风干,得到复合纤维;
(5)将63重量份PVC、1.1重量份硬脂酸钡、0.9重量份聚乙烯蜡、0.2重量份抗氧剂CA混合均匀,加入5重量份环氧大豆油,90℃下混合均匀,再加入5重量份环氧大豆油进行混合,直到环氧大豆油完全被PVC吸收后加入9重量份硬质碳酸钙、8重量份步骤(4)得到的复合纤维,再加入1.6重量份发泡剂混合均匀,得到混合料;
(6)将步骤(5)得到的混合料加入双螺杆挤出机135℃下造粒,得到粒料,将粒料置于烘箱中115℃下烘干4小时,转入注塑机中155℃下注射成型,得到高韧性防静电PVC复合鞋底材料。
实施例4
按照以下步骤制备高韧性防静电PVC复合鞋底材料:
(1)将阿拉伯树胶粉加入其一半重量的亚沸水中,加热至100℃,恒温搅拌至阿拉伯树胶粉完全溶解,停止搅拌后静置冷却至室温,得到阿拉伯树胶溶液;
(2)将碳纳米管加入乙醇中,再加入步骤(1)得到的阿拉伯树胶溶液,加热至60℃,100W超声功率条件下超声搅拌10分钟,停止超声搅拌后静置冷却至室温,转入离心机中10000转/分转速下离心10分钟,取出下层混浊液,置于烘箱中80℃下干燥至恒重,得到改性碳纳米管,碳纳米管、乙醇、阿拉伯树胶溶液的重量比为1:5:25;
(3)将步骤(2)得到的改性碳纳米管加入离子液体[Emim]BF4中,搅拌混合后转入超声波细胞粉碎机中,加热至90℃,100W超声功率下超声搅拌1小时,停止超声搅拌后静置冷却至室温得到纺丝溶液,改性碳纳米管与离子液体[Emim]BF4的重量比为1:20;
(4)将步骤(3)得到的纺丝溶液用喷丝板孔径为0.04mm的单孔纺丝机挤出纺丝细流,将纺丝细流通过长度为8cm的气隙后送入纯水凝固浴凝固成型,然后进行水洗卷绕,室温下风干,得到复合纤维;
(5)将60重量份PVC、1.4重量份硬脂酸钡、0.6重量份聚乙烯蜡、0.5重量份抗氧剂CA混合均匀,加入7.5重量份环氧大豆油,90℃下混合均匀,再加入7.5重量份环氧大豆油进行混合,直到环氧大豆油完全被PVC吸收后加入16重量份硬质碳酸钙、10重量份步骤(4)得到的复合纤维,再加入1.5重量份发泡剂混合均匀,得到混合料;
(6)将步骤(5)得到的混合料加入双螺杆挤出机135℃下造粒,得到粒料,将粒料置于烘箱中115℃下烘干4小时,转入注塑机中155℃下注射成型,得到高韧性防静电PVC复合鞋底材料。
实施例5
按照以下步骤制备高韧性防静电PVC复合鞋底材料:
(1)将阿拉伯树胶粉加入其一半重量的亚沸水中,加热至100℃,恒温搅拌至阿拉伯树胶粉完全溶解,停止搅拌后静置冷却至室温,得到阿拉伯树胶溶液;
(2)将碳纳米管加入乙醇中,再加入步骤(1)得到的阿拉伯树胶溶液,加热至60℃,100W超声功率条件下超声搅拌10分钟,停止超声搅拌后静置冷却至室温,转入离心机中10000转/分转速下离心10分钟,取出下层混浊液,置于烘箱中80℃下干燥至恒重,得到改性碳纳米管,碳纳米管、乙醇、阿拉伯树胶溶液的重量比为1:5:25;
(3)将步骤(2)得到的改性碳纳米管加入离子液体[Emim]BF4中,搅拌混合后转入超声波细胞粉碎机中,加热至90℃,100W超声功率下超声搅拌1小时,停止超声搅拌后静置冷却至室温得到纺丝溶液,改性碳纳米管与离子液体[Emim]BF4的重量比为1:20;
(4)将步骤(3)得到的纺丝溶液用喷丝板孔径为0.04mm的单孔纺丝机挤出纺丝细流,将纺丝细流通过长度为8cm的气隙后送入纯水凝固浴凝固成型,然后进行水洗卷绕,室温下风干,得到复合纤维;
(5)将64重量份PVC、1重量份硬脂酸钡、0.8重量份聚乙烯蜡、0.3重量份抗氧剂CA混合均匀,加入6.5重量份环氧大豆油,90℃下混合均匀,再加入6.5重量份环氧大豆油进行混合,直到环氧大豆油完全被PVC吸收后加入14重量份硬质碳酸钙、8.5重量份步骤(4)得到的复合纤维,再加入2重量份发泡剂混合均匀,得到混合料;
(6)将步骤(5)得到的混合料加入双螺杆挤出机135℃下造粒,得到粒料,将粒料置于烘箱中115℃下烘干4小时,转入注塑机中155℃下注射成型,得到高韧性防静电PVC复合鞋底材料。
实施例6
按照以下步骤制备高韧性防静电PVC复合鞋底材料:
(1)将阿拉伯树胶粉加入其一半重量的亚沸水中,加热至100℃,恒温搅拌至阿拉伯树胶粉完全溶解,停止搅拌后静置冷却至室温,得到阿拉伯树胶溶液;
(2)将碳纳米管加入乙醇中,再加入步骤(1)得到的阿拉伯树胶溶液,加热至60℃,100W超声功率条件下超声搅拌10分钟,停止超声搅拌后静置冷却至室温,转入离心机中10000转/分转速下离心10分钟,取出下层混浊液,置于烘箱中80℃下干燥至恒重,得到改性碳纳米管,碳纳米管、乙醇、阿拉伯树胶溶液的重量比为1:5:25;
(3)将步骤(2)得到的改性碳纳米管加入离子液体[Emim]BF4中,搅拌混合后转入超声波细胞粉碎机中,加热至90℃,100W超声功率下超声搅拌1小时,停止超声搅拌后静置冷却至室温得到纺丝溶液,改性碳纳米管与离子液体[Emim]BF4的重量比为1:20;
(4)将步骤(3)得到的纺丝溶液用喷丝板孔径为0.04mm的单孔纺丝机挤出纺丝细流,将纺丝细流通过长度为8cm的气隙后送入纯水凝固浴凝固成型,然后进行水洗卷绕,室温下风干,得到复合纤维;
(5)将57重量份PVC、1.2重量份硬脂酸钡、1重量份聚乙烯蜡、0.1重量份抗氧剂CA混合均匀,加入5.5重量份环氧大豆油,90℃下混合均匀,再加入5.5重量份环氧大豆油进行混合,直到环氧大豆油完全被PVC吸收后加入10重量份硬质碳酸钙、7重量份步骤(4)得到的复合纤维,再加入1.8重量份发泡剂混合均匀,得到混合料;
(6)将步骤(5)得到的混合料加入双螺杆挤出机135℃下造粒,得到粒料,将粒料置于烘箱中115℃下烘干4小时,转入注塑机中155℃下注射成型,得到高韧性防静电PVC复合鞋底材料。
经测试,实施例1-6制得的鞋底材料以及对比例的防静电性能和韧性如下表所示,其中,对比例为公开号为CN103642153A的中国专利,防静电性能方面参考GB/T1410-2006测试各鞋底材料的表面电阻率,表面电阻率越小防静电性能越好;韧性方面参考GB/T1043.1-2008测试各鞋底材料的冲击强度,冲击强度越高韧性越好。
由上表可看出,本发明制得的鞋底材料的表面电阻率低于对比例1-2个数量级,表明具有较好的防静电性能,6个月后的表面电阻率没有变化,而对比例的表面电阻率则升高了2个数量级,表明本发明制得的鞋底材料的防静电持久性较好;在冲击强度方面,本发明制得的鞋底材料是对比例的2倍多,具有较好的韧性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。