CN107227102A - 自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液、其制备方法及应用 - Google Patents

自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液、其制备方法及应用。所述抗静电剂涂覆液包含：作为有效成分的水性自掺杂的导电高分子，所述水性自掺杂的导电高分子为聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩；以及，基础组分，包含胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂和水中的任一种或多种的组合；其制备方法包括：将聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩、胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂和水均匀混合后得抗静电剂涂覆液。本发明可以实现免PSS及其它表面活性剂、掺杂剂的使用，降低固含量的同时提高电导性，避免有毒有机溶剂的使用，制备清洁的抗静电剂涂覆液，稳定性和持久性优异，无湿度依赖性，抗静电的性能优异，产品使用后对色彩和透明度的影响小。

Description

自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种水性抗静电剂涂覆液及其制备方法，尤其涉及一种利用导电高分子作为抗静电有效成份的抗静电剂涂覆液、其制备方法以及在抗静电产品中的应用，属于高分子材料抗静电技术领域。
背景技术
由于高分子材料在加工与应用中会产生静电，对生产与应用造成不便、损害、甚至危险，给生产和经济带来严重损失。因此，高分子抗静电的研究与应用变得极为重要。在高分子材料应用中，当表面电阻率为1011～1012Ω·cm时，就不受静电影响。化合物的体积电阻率和静电半衰期也是常用的衡量静电倾向的指标，对于同一种材料，体积电阻率比表面电阻率低2个数量级左右。通过使用抗静电剂，可以降低材料的电阻率，增加静电荷的泄漏，或减少表面摩擦，使之不产生过多的静电荷，以达到抗静电目的。
目前抗静电剂主要分为两大类：抗静电剂和导电材料，前者包括小分子表面活性剂类和高分子永久抗静电剂(本征耗散型聚合物)，后者包括本征导电高分子、碳类、金属类、金属氧化物和复合类。但是，由于表面活性剂与材料的粘附能力弱，其抗静电效果短暂，容易水洗失效或擦落，且具有湿度依赖性，因此限制了其应用范围。为了提高抗静电持久效果，业界已开发出高分子永久抗静电剂(专利CN101747470A，CN104233793A，CN103204873A)，即高分子类的表面活性剂，如聚醚酯酰胺、聚乙二醇、聚丙二醇等，通过机械共混后，抗静电剂分子由高分子材料内部向表面迁移,并在表面形成均匀的抗静电层。若表面的抗静电剂因水洗或擦落掉,内部抗静电剂分子可迁移至表面,从而恢复其抗静电性能,因此又被称为永久性抗静电剂，这种技术目前已被广泛应用。即便如此，此类抗静电剂依然具有严重的湿度依赖性，当环境湿度太低，抗静电剂难以在材料表面形成水膜，便丧失抗静电效果。而湿度高低的地域性分布明显，且具有明显的季节依赖性，例如在冬季气候干燥时，表面活性剂类抗静电剂便难以见效，给生产和生活带来严重的安全隐患。与此同时，表面活性剂类抗静电剂通常只能用于材料表面抗静电，无本体抗静电性，无法应用于静电防护鞋、服装、和包装类等产品。
为了解决以上抗静电剂遇到的耐持久、湿度依赖性、以及本体抗静电问题，国内外逐步开发了导电材料抗静电剂(CN1670118，CN103073705A，CN103524791A)，即导电性粉末或纤维，如炭黑、金属粉末、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等，从而获得耐久性抗静电材料。然而，对于金属粉末和炭黑等抗静电剂，由于其与聚合物相容性差，为了达到有效的抗静电效果，必须添加大量的抗静电剂使高分子材料内部形成连续的导电网络。但是目前尚未有任何关于导电高分子抗静电剂及涂覆液的报道。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其包含：
作为有效成分的水性自掺杂的导电高分子，所述水性自掺杂的导电高分子为聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩；以及，
基础组分，包含胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂、水中的任一种或多种的组合。
作为优选实施方案之一，所述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液包含按照质量百分比计算的如下组分：水性自掺杂的导电高分子1％～10％、胶粘剂0.5％～30％、增塑剂0.1％～10％、铺展剂0.1％～5％、交联剂0.2％～15％、水40％～80％。
本发明实施例还提供了前述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液的制备方法，其包括：将聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩、胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂和水混合，均匀混合后得抗静电剂涂覆液。
本发明实施例还提供了由前述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液形成的涂层，其透光率为90％～99.9％，表面电阻为105～1010Ω/□，静电耗散时间小于2秒。
本发明实施例还提供了前述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液或前述的涂层于制备抗静电产品中的应用。
本发明实施例还提供了一种抗静电产品，其包括由前述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液形成的抗静电结构。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1.本发明的一种自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其中包含聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩，为水溶性，具有自掺杂功能，通过在3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)上引入烷基链磺酸基团，再聚合成水溶性自掺杂导电高分子聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT-S)，一方面磺酸基的引入不仅能够提高聚噻吩的水溶性，而且能起到自掺杂作用；另一方面，避免PSS及其它表面活性剂/掺杂剂的使用，降低固含量的同时提高电导性；再一方面抗静电剂PEDOT-S能够溶解在水中，避免有毒有机溶剂的使用，从而制备清洁的抗静电剂涂覆液。此外，采用EDOT-S与其他种类单体的共聚，不仅能够调节其电学性能，而且能够提高抗静电剂的稳定性和持久性，为本征型导电高分子，无湿度依赖性，无需添加其他成分，固含量低，在各种场合都能发挥抗静电的优异性能；
2.本发明的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液的制备方法，工艺步骤简单，成本低廉，易于大规模制造生产；
3.本发明的所制备的涂层及其抗静电产品，其色泽变化小，透明度降低率在0.1％～10％，表面电阻在105～1010Ω/□之间，静电耗散时间小于2秒，且耐摩擦、水洗。
附图说明
图1为本发明所用的核心抗静电有效成份聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT-S)的分子结构图；
图2为本发明优选实施例公开的制备抗静电剂涂覆液的流程示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是以水性自掺杂的导电高分子为有效成分，制备了水性抗静电剂涂覆液，从而实现免PSS及其它表面活性剂/掺杂剂的使用，降低固含量的同时提高电导性，避免有毒有机溶剂的使用，从而制备清洁的抗静电剂涂覆液。此外，具有自掺杂功能的抗静电活性材料，不仅具有优异的稳定性和持久性，而且无湿度依赖性，在各种场合都能发挥抗静电的优异性能。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其包含：
作为有效成分的水性自掺杂的导电高分子，所述水性自掺杂的导电高分子为聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩；
以及，基础组分，包含胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂、水中的任一种或多种的组合。
作为优选实施方案之一，所述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液包含按照质量百分比计算的如下组分：水性自掺杂的导电高分子1％～10％、胶粘剂0.5％～30％、增塑剂0.1％～10％、铺展剂0.1％～5％、交联剂0.2％～15％、水40％～80％。
其中，所述胶粘剂包括聚氨酯类、聚丙烯酸类、聚丙烯酸酯类、聚酰亚胺类、聚环氧树脂类、聚对苯乙烯磺酸、聚乙烯醇、水溶性壳聚糖、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、硅胶类中的任意一种或两种以上的组合物，但不限于此。
其中，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二丁苄酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二环己酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、己二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸酯、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸二苯-辛酯、磷酸甲苯二苯酯、环氧大豆油、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯、环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯、聚癸二酸丙二醇酯、偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三(正辛正癸)酯、氯化石蜡、氯化石油酯、双季戊四醇酯、59酸乙二醇酯中的任意一种或两种以上的组合物，但不限于此。
其中，所述铺展剂包括异丙醇、丁醇、有机硅类、丙烯酸、高级酸类中的任意一种或两种以上的组合物，但不限于此。
其中，所述交联剂包括过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、二亚乙基三胺、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、2-乙基-4甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-异丙基咪唑、四气邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺中的任意一种或两种以上的组合物，但不限于此。
其中，所述水包括去离子水、蒸馏水或盐酸洗溶液中的任意一种或两种以上的组合物，但不限于此。
本发明实施例的另一个方面提供了前述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液的制备方法，其包括：将聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩、胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂和水混合，均匀混合后得抗静电剂涂覆液。
所述混合的方式可以是机械搅拌、超声混合、磁力搅拌中的一种或者几种联合使用。
本发明实施例还提供了由前述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液形成的涂层，其透光率为90％-99.9％，表面电阻为105～1010Ω/□，静电耗散时间小于2秒。
本发明实施例还提供了前述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液或前述的涂层于制备抗静电产品中的应用。
其中，所述应用的方法包括将所述抗静电剂涂覆液至少以涂抹、旋涂、喷涂或打印方式应用于产品中。
本发明实施例还提供了一种抗静电产品，其包括由前述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液形成的抗静电结构。
以下结合若干实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
实施例1
(1)抗静电剂涂覆液的制备：将10份PEDOT-S、5份水性聚酰亚胺、10份邻苯二甲酸二异辛酯、10份二甲胺基丙胺、5份硅油，80份去离子水混合，搅拌均匀后，得淡蓝色抗静电剂涂覆液。
(2)抗静电剂涂覆液的使用：取0.1份抗静电剂涂覆液，采用涂抹器将其均匀涂覆于面积为1m2的PET膜上，再于80度干燥10分钟，得抗静电产品。
(3)抗静电效果表征：对涂覆后的PET薄膜进行表征，测得在湿度为30～90，温度为5～45摄氏度下表面电阻值为2.1×109欧姆，静电耗散时间1.5秒。经过水洗后，表面电阻值为5.7×109欧姆。
实施例2
(1)抗静电剂涂覆液的制备：将15份PEDOT-S、5份水性聚丙烯酸酯、8份磷酸三甲苯酯、5份异丙醇、90份去离子水混合，搅拌均匀后，得淡蓝色抗静电剂涂覆液。
(2)抗静电剂涂覆液的使用：取0.1份抗静电剂涂覆液，采用涂抹器将其均匀涂覆于面积为1m2的PET膜上，再于80度干燥8分钟，得抗静电产品。
(3)抗静电效果表征：对涂覆后的PET薄膜进行表征，测得在湿度为30～90，温度为5～45摄氏度下表面电阻值为6.1×106欧姆，静电耗散时间1.6秒。经过水洗后，表面电阻值为7.7×106欧姆。
实施例3
(1)抗静电剂涂覆液的制备：将1份PEDOT-S、10份水性环氧树脂、5份双季戊四醇酯、1份有机硅烷、80份去离子水混合，搅拌均匀后，得淡蓝色抗静电剂涂覆液。
(2)抗静电剂涂覆液的使用：取0.5份抗静电剂涂覆液，采用涂抹器将其均匀涂覆于面积为0.5m2的PET膜上，再于80度干燥5分钟，得抗静电产品。
(3)抗静电效果表征：对涂覆后的PET薄膜进行表征，测得在湿度为30～90，温度为5～45摄氏度下表面电阻值为1.1×107欧姆，静电耗散时间1秒。经过水洗后，表面电阻值为3.7×107欧姆。
实施例4
(1)抗静电剂涂覆液的制备：将5份PEDOT-S、12份水溶性壳聚糖、5份双季戊四醇酯、1份丙烯酸、5份二甲胺基丙胺、80份去离子水混合，搅拌均匀后，得淡蓝色抗静电剂涂覆液。
(2)抗静电剂涂覆液的使用：取1份抗静电剂涂覆液，采用涂抹器将其均匀涂覆于面积为0.5m2的PET膜上，再于80度干燥5分钟，得抗静电产品。
(3)抗静电效果表征：对涂覆后的PET薄膜进行表征，测得在湿度为30～90，温度为5～45摄氏度下表面电阻值为2.1×108欧姆，静电耗散时间1秒。经过水洗后，表面电阻值为1.7×108欧姆。
实施例5
(1)抗静电剂涂覆液的制备：将5份PEDOT-S、12份水溶性壳聚糖、5份双季戊四醇酯、1份丙烯酸、5份二甲胺基丙胺、80份去离子水混合，搅拌均匀后，得淡蓝色抗静电剂涂覆液。
(2)抗静电剂涂覆液的使用：取1份抗静电剂涂覆液，采用涂抹器将其均匀涂覆于面积为0.5m2的PET膜上，再于80度干燥5分钟，得抗静电产品。
(3)抗静电效果表征：对涂覆后的PET薄膜进行表征，测得在湿度为30～90，温度为5～45摄氏度下表面电阻值为2.1×108欧姆，静电耗散时间1秒。经过水洗后，表面电阻值为1.7×108欧姆。
实施例6
(1)抗静电剂涂覆液的制备：将2份PEDOT-S、8份聚乙烯醇、5份双季戊四醇酯、2份硼酸、80份去离子水混合，搅拌均匀后，得淡蓝色抗静电剂涂覆液。
(2)抗静电剂涂覆液的使用：取1份抗静电剂涂覆液，采用涂抹器将其均匀涂覆于面积为0.5m2的PET膜上，再于70度干燥10分钟，得抗静电产品。
(3)抗静电效果表征：对涂覆后的PET薄膜进行表征，测得在湿度为30～90，温度为5～45摄氏度下表面电阻值为4.1×108欧姆，静电耗散时间1秒。经过水洗后，表面电阻值为6.7×108欧姆。
藉由本发明的上述技术方案，实现了PET等高分子薄膜材料的抗静电能力。综上可知，通过本案发明的抗静电剂涂覆液的使用，获得的PET抗静电薄膜色泽变化小，透明度降低率在0.1％～10％，表面电阻在105～1010Ω/□之间，静电耗散时间小于2秒，且耐摩擦、水洗等。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其特征在于包含：
作为有效成分的水性自掺杂的导电高分子，所述水性自掺杂的导电高分子为聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩；以及，
基础组分，包含胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂及水中的任一种或多种的组合。
2.根据权利要求1所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其特征在于包含按照质量百分比计算的如下组分：水性自掺杂的导电高分子1％～10％、胶粘剂0.5％～30％、增塑剂0.1％～10％、铺展剂0.1％～5％、交联剂0.2％～15％、水40％～80％。
3.根据权利要求1所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其特征在于：所述胶粘剂包括聚氨酯类、聚丙烯酸类、聚丙烯酸酯类、聚酰亚胺类、聚环氧树脂类、聚对苯乙烯磺酸、聚乙烯醇、水溶性壳聚糖、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、硅胶类中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其特征在于：所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二丁苄酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二环己酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、己二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸酯、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸二苯-辛酯、磷酸甲苯二苯酯、环氧大豆油、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯、环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯、聚癸二酸丙二醇酯、偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三(正辛正癸)酯、氯化石蜡、氯化石油酯、双季戊四醇酯、59酸乙二醇酯中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其特征在于：所述铺展剂包括异丙醇、丁醇、有机硅类、丙烯酸、高级酸类中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其特征在于：所述交联剂包括过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、二亚乙基三胺、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、2-乙基-4甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-异丙基咪唑、四气邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺中的任意一种或两种以上的组合物。
7.根据权利要求1所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液，其特征在于：所述水包括去离子水、蒸馏水或盐酸洗溶液中的任意一种或两种以上的组合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液的制备方法，其特征在于包括：将聚-2’-丁磺酸基甲醚-3,4-乙撑二氧噻吩、胶粘剂、增塑剂、铺展剂、交联剂和水混合，均匀混合后得抗静电剂涂覆液。
9.由权利要求1-7中任一项所述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液形成的涂层，其透光率为90％～99.9％，表面电阻为105～1010Ω/□，静电耗散时间小于2秒。
10.权利要求1-7中任一项所述的自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液或权利要求9所述的涂层于制备抗静电产品中的应用。
11.一种抗静电产品，其特征在于包括由权利要求1-7中任一项所述自掺杂导电高分子抗静电剂涂覆液形成的抗静电结构。
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