CN106497301B - 一种石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜，该抗静电膜由抗静电涂料在基材上涂覆制备得到，抗静电涂料为氧化石墨烯改性丙烯酸酯水性涂料，得到的抗静电膜可附带基材同时使用，或剥离后单独使用。石墨烯在涂料中的含量极小，此抗静电膜制备方法工艺简单、成本低廉，表面电阻率可达105Ω以上，可以作为抗静电或电磁屏蔽膜在电磁防护领域大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，尤其是一种丙烯酸酯抗静电水性涂料以及膜及其制备技术。
背景技术
随着电子工业的飞速发展，具有抗静电作用的电子保护膜产品需求量大增，而透明的具有抗静电作用的薄膜产品势必会受到市场的广泛关注。目前存在的抗静电产品多数需要添加大量的导电填料，如炭黑，金属填料如铅、镍、银等，金属氧化物填料如氧化铝等，这些填料的加入势必会大大提高制造成本，并且这些无机导电填料与有机高聚物不相容，很难分散均一稳定存在。
将石墨烯作为功能性填料可以制备导电性能良好的涂料，但是石墨烯片层结构在有机涂料中只能够物理分散，而不能通过化学键的方式与有机涂料连接，其分散均匀性与使用稳定性是个问题。
发明内容
本发明的第一个目的是为了解决石墨烯在丙烯酸酯抗静电膜中难于均匀分散并稳定存在的问题，提供了一种石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜。
本发明的第二个目的是提供一种上述抗静电膜的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现的：
一种石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜，由抗静电涂料在基材上涂覆制备得到，抗静电涂料为氧化石墨烯改性丙烯酸酯水性涂料。
进一步的，所述抗静电涂料的玻璃化转变温度范围为-10～50℃。
进一步的，所述抗静电涂料由包括如下单体制成：
氧化石墨烯 0.01～0.1wt%，
带有氨基活性基团的丙烯酸酯功能单体 0.9～9.99wt%，
软单体 5～30wt%，
硬单体 60～94wt%。
优选的，所述氧化石墨烯为寡层氧化石墨烯，其层数为1～3层，含氧量为10～30wt%。
优选的，所述带有氨基活性基团的丙烯酸酯功能单体包括丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺。
优选的，所述软单体包括丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛脂、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯。
优选的，所述硬单体包括甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯。
上述石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水、氧化石墨烯、带有氨基活性基团的丙烯酸酯功能单体、软单体、硬单体、乳化剂、引发剂混合搅拌，得到预乳液；
（2）将水加入反应器中，升温后加入引发剂，再滴加步骤（1）得到的预乳液；
（3）步骤（2）的溶液反应后冷却，调pH，得到氧化石墨烯改性的丙烯酸酯水性涂料；
（4）将步骤（3）得到的丙烯酸酯水性涂料涂布在基材上，烘干，得到抗静电膜。
进一步的，所述步骤（1）水的加入量和步骤（2）水的加入量重量比为1:1～1:2；
所述乳化剂为乙氧基化烷基酚硫酸铵CO-436，乳化剂重量占单体总重量的3%；
所述引发剂为过硫酸铵APS，步骤（1）中引发剂用量为单体总重量的2～3%，步骤（2）中引发剂用量为单体总重量的1～2%；
所述氧化石墨烯改性的丙烯酸酯水性涂料的固含量为40%～50%。
进一步的，步骤（1）中搅拌时间为30～150min；
步骤（2）中升温至80～90℃后加入引发剂，预乳液的滴加时间为2～4h；
步骤（3）中反应时间为1～3h，冷却至40～60℃后调节pH，pH调至7～8；
步骤（4）中基材包括PE、PET、PP、PVC、BOPET，烘干温度为80～120℃，抗静电膜厚度为5～50μm。
边缘和表层被氧化过的氧化石墨烯带有羧基、羟基、醚键等含氧官能团，通过这些官能团与有机涂料发生化学反应，从而通过化学键的方式将石墨烯结构引入涂料中，可以获得性能优异且均匀稳定的改性产物。本发明将氧化石墨烯通过化学键的方式连接在丙烯酸酯功能单体中从而提高其导电性能，将得到的涂料涂布在基材上制备抗静电膜，可以和基材一起使用，亦可剥离后单独使用。
本发明的有益效果为：
1、采用化学键合的方式将氧化石墨烯结构引入丙烯酸酯涂料中，使石墨烯结构在有机聚合物中均匀分散且长期稳定存在；
2、涂料基体采用丙烯酸酯类，其应用广泛且成本低廉；
3、氧化石墨烯在涂料中含量非常低，制备的抗静电膜成本低廉且无色透明；
4、制备的抗静电膜由水性抗静电涂料而来，制备工艺简单，无VOC等污染物的排放，绿色环保。
附图说明
图1为本发明实施例1-3给出的氧化石墨烯（GO）的羧基与N-羟甲基丙烯酰胺（N-MAM）的氨基基团发生化学反应生成共价键，从而将氧化石墨烯周围接上可参与自由基聚合反应基团的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所用的原料均为市场可得产品，氧化石墨烯型号：GR-005-0，分子量8000～14000g/mol，厂家：苏州碳丰石墨烯科技有限公司。
实施例1
称取0.01g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），9.99gN-羟甲基丙烯酰胺，30g丙烯酸丁酯，60g甲基丙烯酸甲酯，40g去离子水，3g乳化剂CO-436，2g引发剂APS，常温搅拌1h，制备预乳液。反应釜底加入60g去离子水，升温至82℃，加入2g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，2.5h滴完，保温反应2h，降温至50℃加氨水调节pH至7，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PE膜上，80℃烘干，制备涂料干厚30μm。
本实施例1制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×108Ω。
实施例2
称取0.05g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），9.95gN-羟甲基丙烯酰胺，30g丙烯酸丁酯，60g甲基丙烯酸甲酯，40g去离子水，3g乳化剂CO-436，3g引发剂APS，常温搅拌1h，制备预乳液。反应釜底加入60g去离子水，升温至82℃，加入2g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，2.5h滴完，保温反应2h，降温至50℃加氨水调节pH至7，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PE膜上，80℃烘干，制备涂料干厚30μm。
本实施例2制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×107Ω。
实施例3
称取0.1g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），9.9gN-羟甲基丙烯酰胺，30g丙烯酸丁酯，60g甲基丙烯酸甲酯，40g去离子水，3g乳化剂CO-436，3g引发剂APS，常温搅拌1h，制备预乳液。反应釜底加入60g去离子水，升温至82℃，加入2g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，2.5h滴完，保温反应2h，降温至50℃加氨水调节pH至7，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PE膜上，80℃烘干，制备涂料干厚30μm。
本实施例3制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×106Ω。
实施例4
称取0.01g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），9.99g丙烯酰胺，20g丙烯酸异辛脂，70g甲基丙烯酸甲酯，40g去离子水，3g乳化剂CO-436，2g引发剂APS，常温搅拌1h，制备预乳液。反应釜底加入60g去离子水，升温至82℃，加入2g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，2.5h滴完，保温反应2h，降温至50℃加氨水调节pH至7，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PET膜上，120℃烘干，制备涂料干厚35μm。
本实施例4制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×107Ω。
实施例5
称取0.05g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），9.95g丙烯酰胺，20g丙烯酸异辛脂，70g甲基丙烯酸甲酯，40g去离子水，3g乳化剂CO-436，2g引发剂APS，常温搅拌1h，制备预乳液。反应釜底加入60g去离子水，升温至82℃，加入2g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，2.5h滴完，保温反应2h，降温至50℃加氨水调节pH至7，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PET膜上，120℃烘干，制备涂料干厚35μm。
本实施例5制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×106Ω。
实施例6
称取0.1g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），9.9g丙烯酰胺，20g丙烯酸异辛脂，70g甲基丙烯酸甲酯，40g去离子水，3g乳化剂CO-436，2g引发剂APS，常温搅拌1h，制备预乳液。反应釜底加入60g去离子水，升温至82℃，加入2g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，2.5h滴完，保温反应2h，降温至50℃加氨水调节pH至7，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PET膜上，120℃烘干，制备涂料干厚35μm。
本实施例6制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×105Ω。
实施例7
称取0.01g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），4.99g丙烯酰胺，30g丙烯酸异辛脂，65g甲基丙烯酸甲酯，60g去离子水，3g乳化剂CO-436，2g引发剂APS，常温搅拌30mim，制备预乳液。反应釜底加入60g去离子水，升温至82℃，加入1g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，3h滴完，保温反应1h，降温至40℃加氨水调节pH至7.5，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PET膜上，120℃烘干，制备涂料干厚15μm。
本实施例7制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×105Ω。
实施例8
称取0.1g氧化石墨烯（单层，含氧量15%），0.9g丙烯酰胺，9g丙烯酸异辛脂，90g甲基丙烯酸甲酯，50g去离子水，3g乳化剂CO-436，2g引发剂APS，常温搅拌2h，制备预乳液。反应釜底加入100g去离子水，升温至90℃，加入2g引发剂APS，10min后开始滴加预乳液，4h滴完，保温反应3h，降温至60℃加氨水调节pH至8，冷却出料。
将制备的涂料涂覆在透明PET膜上，120℃烘干，制备涂料干厚40μm。
本实施例8制备的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的表面电阻率为1×106Ω。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜，其特征在于，所述抗静电膜由抗静电涂料在基材上涂覆制备得到，所述抗静电涂料为氧化石墨烯改性丙烯酸酯水性涂料；
所述抗静电涂料中的单体由如下重量百分比的组分组成：
氧化石墨烯 0.01～0.1wt%，
带有氨基活性基团的丙烯酸酯功能单体 0.9～9.99wt%，
软单体 5～30wt%，
硬单体 60～94wt%；
所述抗静电涂料的玻璃化转变温度范围为-10～50℃；
所述氧化石墨烯为寡层氧化石墨烯，其层数为1～3层，含氧量为10～30wt%；
所述带有氨基活性基团的丙烯酸酯功能单体为丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺；
所述软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯 、丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯；
所述硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯或甲基丙烯酸羟乙酯。
2.权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将水、氧化石墨烯、带有氨基活性基团的丙烯酸酯功能单体、软单体、硬单体、乳化剂、引发剂混合搅拌，得到预乳液；
（2）将水加入反应器中，升温后加入引发剂，再滴加步骤（1）得到的预乳液；
（3）步骤（2）的溶液反应后冷却，调pH，得到氧化石墨烯改性的丙烯酸酯水性涂料；
（4）将步骤（3）得到的丙烯酸酯水性涂料涂布在基材上，烘干，得到抗静电膜。
3.权利要求2所述的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）水的加入量和步骤（2）水的加入量重量比为1:1～1:2；
所述乳化剂为乙氧基化烷基酚硫酸铵，乳化剂重量占单体总重量的3%；
所述引发剂为过硫酸铵，步骤（1）中引发剂用量为单体总重量的2～3%，步骤（2）中引发剂用量为单体总重量的1～2%；
所述氧化石墨烯改性的丙烯酸酯水性涂料的固含量为40%～50% 。
4.权利要求2所述的石墨烯改性丙烯酸酯抗静电膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中搅拌时间为30～150min；
步骤（2）中升温至80～90℃后加入引发剂，预乳液的滴加时间为2～4h；
步骤（3）中反应时间为1～3h，冷却至40～60℃后调节pH，pH调至7～8；
步骤（4）中基材包括PE、PET、PP、PVC、BOPET，烘干温度为80～120℃，抗静电膜厚度为5～50μm。
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