CN108440919A - 一种抗静电母粒及pet薄膜和制备方法 - Google Patents

一种抗静电母粒及pet薄膜和制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及塑料母粒技术领域，具体涉及一种抗静电母粒及PET薄膜和制备方法，所述抗静电母粒包括聚酯树脂、导电纤维、阻燃剂和分散剂，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。本发明利用聚丙烯腈碳纤维对导电炭黑进行包覆处理，聚丙烯腈碳纤维具有良好的三维网络性、导电性和相容性，可以使导电炭黑于聚酯树脂中形成稳定的导电网络，从而具有抗静电的作用，另聚丙烯腈碳化纤维起到增强的作用；此外作为阻燃剂的、分散于聚酯树脂的金属氢氧化物也具有一定的导电性，可以作为聚丙烯腈碳纤维的导电网络的衍生，从而大大降低了抗静电母粒的电阻率，也使抗静电母粒具有阻燃的功能。

Description

一种抗静电母粒及PET薄膜和制备方法
技术领域
本发明涉及塑料母粒技术领域，具体涉及一种抗静电母粒及PET薄膜和制备方法。
背景技术
PET聚酯薄膜因为尺寸稳定性、高透明性，在很多的领域都有着广泛的应用，拥有很大的市场。为了提高产品的附加值，很多的企业也在研发、生产一些特种PET薄膜，比如彩色PET聚酯薄膜、亚光PET聚酯薄膜、扭结PET聚酯薄膜、高透明PET聚酯薄膜、抗静电PET聚酯薄膜等特种薄膜。这些特种薄膜比普通聚酯薄膜拥有更高的附加值，也拥有很大的市场。
其中抗静电PET聚酯薄膜是一类特种薄膜。普通的PET聚酯薄膜的表面电阻在1014～1016Ω，在生产、搬运、使用过程中会因为摩擦、接触带上静电。而且因为这么高的表面电阻，薄膜表面带上的静电荷不能够马上被导走。这限制了PET聚酯薄膜在一些对防静电要求较高的领域的应用。
一般的解决方案是在成型的薄膜上涂上抗静电液，依次来达到抗静电的目的。例如专利CN101643549B就公开了一种抗静电技术，就是采用涂覆抗静电液的方法。但是在薄膜表面涂覆抗静电也的方法对生产的要求较高，而且产品的抗静电性能会因为长时间使用抗静电层的消耗而减弱。还有的解决方案是加入带有抗静电剂的抗静电母粒的方法，母粒与聚酯切片混合后在挤出成膜，这种方法有一定优势，如抗静电时间较长。但是也有其问题，比如母粒的加入会对聚酯薄膜的透明性、力学性能产生一定的影响。并且现有的抗静电剂大部分都是有机类抗静电剂，在长期使用过程中容易老化变性导致失效，而无机类抗静电剂与母粒的相容性极差，难以形成导电网络降低薄膜的表面电阻。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种无机导电剂与有机聚合物相容性问题并且使无机导电剂形成导电网络提高导电性的抗静电母粒，另一目的在于提供由该抗静电母粒与PET树脂共混制得的抗静电PET薄膜及其制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种抗静电母粒，包括如下重量份的原料：
其中，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。
导电炭黑具有较低的电阻率，可以赋予抗静电母粒具有抗静电的功能，但是导电炭黑与聚酯树脂的直接混合，容易发生分散不均现象，而且导电炭黑与聚酯树脂之间也容易出现空隙，使导电炭黑的填充量大大地增大；本发明利用聚丙烯腈碳纤维对导电炭黑进行包覆处理，聚丙烯腈碳纤维具有良好的三维网络性、一定的导电性和与聚酯树脂良好的相容性，可以使导电炭黑于聚酯树脂中形成稳定的导电网络，从而具有抗静电的作用，另聚丙烯腈作为导电网络的主体也可以对抗静电母粒起到增强的作用；此外作为阻燃剂的、分散于聚酯树脂的金属氢氧化物也具有一定的导电性，可以作为聚丙烯腈碳纤维的导电网络的衍生，从而大大降低了抗静电母粒的电阻率，也使抗静电母粒具有阻燃的功能。
其中，所述导电纤维的制备方法包括如下步骤：
A、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，形成聚丙烯腈溶液；
B、将导电炭黑加入至步骤A得到的聚丙烯腈溶液中，并进行超声分散，即得到纺丝原液
C、将步骤B得到的纺丝原液进行静电纺丝，得到包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维；
D、将所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维。
本发明利用聚丙烯腈静电纺丝原理，先制得包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维，而后通过碳化，制成具有较高长径比的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，有助于三维导电网络的构建。
其中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为15-25％，所述导电炭黑与聚丙烯腈溶液的质量比为1:10-14。本发明通过控制聚丙烯腈溶液的质量百分比浓度和导电炭黑的用量比例，可以有助于纺丝形成较高长径比的聚丙烯腈纤维，并且对导电炭黑在聚丙烯腈纤维中具有较好的分散性。
其中，所述导电炭黑的粒径为30-50nm，所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维的直径为80-120nm，长度为1.2-10.5μm。通过控制导电炭黑的粒径、聚丙烯腈碳化纤维直径和长度，可以提高抗静电母粒用于制成PET薄膜的抗静电表现，提高抗静电母粒中导电网络的稳定性，降低再混熔加工过程对抗静电组合物的破坏。
其中，所述步骤C中，静电纺丝的纺丝电压为15-25kV，纺丝温度为20-30℃。通过控制纺丝电压和纺丝温度可以有助于纺丝的进行。
其中，所述步骤D中，预氧化温度为300-400℃，预氧化时间为1.5-2.5h；碳化温度为900-1100℃，碳化时间为1-3h。本发明通过控制预氧化和碳化的反应条件，避免反应过程中纤维的碎裂以及导电炭黑的脱落，从而有助于形成稳定的导电网络。
其中，所述阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比1-3:1的比例组成，所述氢氧化镁的粒径为70-90nm，所述氢氧化铝的粒径为60-80nm。本发明通过控制阻燃剂的组成和粒径，有助于提高抗静电母粒的阻燃性以及阻燃剂的分散性。
其中，所述分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙和硬脂酸锌中的至少一种，优选地，所述分散剂由聚乙烯蜡和硬脂酸钙按重量比1-3:1的比例组成。本发明的复配分散剂可以有效提高抗静电母粒在PET薄膜上的分散性。
本发明抗静电母粒的制备方法为：取各原料进行混熔挤出造粒即可。
本发明还提供了一种抗静电PET薄膜，包括如下重量份数的原料：
PET树脂 100份
抗静电母粒 30-50份
其余助剂 0.1-10份
其中，所述抗静电母粒为如上所述的抗静电母粒。
其中，所述其余助剂为抗氧化剂、着色剂、紫外线吸收剂、润滑剂和相容剂中的至少一种
本发明的抗静电PET薄膜具有良好的抗静电性、阻燃性和力学性能。
本发明还提供了该种抗静电PET薄膜的制备方法：将所述PET树脂、抗静电母粒和其余助剂进行熔融混合后，进行拉伸成膜，即得到所述的一种抗静电PET薄膜。
本发明的有益效果在于：本发明利用聚丙烯腈碳纤维对导电炭黑进行包覆处理，聚丙烯腈碳纤维具有良好的三维网络性、一定的导电性和与聚酯树脂良好的相容性，可以使导电炭黑于聚酯树脂中形成稳定的导电网络，从而具有抗静电的作用，另聚丙烯腈作为导电网络的主体也可以对抗静电母粒起到增强的作用；此外作为阻燃剂的、分散于聚酯树脂的金属氢氧化物也具有一定的导电性，可以作为聚丙烯腈碳纤维的导电网络的衍生，从而大大降低了抗静电母粒的电阻率，也使抗静电母粒具有阻燃的功能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种抗静电母粒，包括如下重量份的原料：
其中，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。
其中，所述导电纤维的制备方法包括如下步骤：
A、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，形成聚丙烯腈溶液；
B、将导电炭黑加入至步骤A得到的聚丙烯腈溶液中，并进行超声分散，即得到纺丝原液
C、将步骤B得到的纺丝原液进行静电纺丝，得到包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维；
D、将所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维。
其中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为20％，所述导电炭黑与聚丙烯腈溶液的质量比为1:12。
其中，所述导电炭黑的粒径为40nm，所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维的直径为100.4nm，长度为6.7μm。
其中，所述步骤C中，静电纺丝的纺丝电压为20kV，纺丝温度为25℃。
其中，所述步骤D中，预氧化温度为350℃，预氧化时间为2h；碳化温度为1000℃，碳化时间为2h。
其中，所述阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比2:1的比例组成，所述氢氧化镁的粒径为80nm，所述氢氧化铝的粒径为70nm。
其中，所述分散剂由聚乙烯蜡和硬脂酸钙按重量比2:1的比例组成。
本发明还提供了一种抗静电PET薄膜，包括如下重量份数的原料：
PET树脂 100份
抗静电母粒 40份
其余助剂 5份
其中，所述抗静电母粒为如上所述的抗静电母粒。
所述其余助剂为抗氧化剂。
本发明还提供了该种抗静电PET薄膜的制备方法：将所述PET树脂、抗静电母粒和其余助剂进行熔融混合后，进行拉伸成膜，即得到所述的一种抗静电PET薄膜。
实施例2
一种抗静电母粒，包括如下重量份的原料：
其中，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。
其中，所述导电纤维的制备方法包括如下步骤：
A、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，形成聚丙烯腈溶液；
B、将导电炭黑加入至步骤A得到的聚丙烯腈溶液中，并进行超声分散，即得到纺丝原液
C、将步骤B得到的纺丝原液进行静电纺丝，得到包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维；
D、将所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维。
其中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为15％，所述导电炭黑与聚丙烯腈溶液的质量比为1:10。
其中，所述导电炭黑的粒径为30nm，所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维的直径为85.1nm，长度为2.7μm。
其中，所述步骤C中，静电纺丝的纺丝电压为15kV，纺丝温度为20℃。
其中，所述步骤D中，预氧化温度为300℃，预氧化时间为1.5h；碳化温度为900℃，碳化时间为1h。
其中，所述阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比1:1的比例组成，所述氢氧化镁的粒径为70nm，所述氢氧化铝的粒径为60nm。
其中，所述分散剂由聚乙烯蜡和硬脂酸钙按重量比1:1的比例组成。
本发明还提供了一种抗静电PET薄膜，包括如下重量份数的原料：
PET树脂 100份
抗静电母粒 30份
其余助剂 0.1份
其中，所述抗静电母粒为如上所述的抗静电母粒。
其中，所述其余助剂为紫外线吸收剂。
本发明还提供了该种抗静电PET薄膜的制备方法：将所述PET树脂、抗静电母粒和其余助剂进行熔融混合后，进行拉伸成膜，即得到所述的一种抗静电PET薄膜。
实施例3
一种抗静电母粒，包括如下重量份的原料：
其中，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。
其中，所述导电纤维的制备方法包括如下步骤：
A、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，形成聚丙烯腈溶液；
B、将导电炭黑加入至步骤A得到的聚丙烯腈溶液中，并进行超声分散，即得到纺丝原液
C、将步骤B得到的纺丝原液进行静电纺丝，得到包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维；
D、将所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维。
其中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为25％，所述导电炭黑与聚丙烯腈溶液的质量比为1:14。
其中，所述导电炭黑的粒径为50nm，所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维的直径为114.7nm，长度为8.9μm。
其中，所述步骤C中，静电纺丝的纺丝电压为25kV，纺丝温度为30℃。
其中，所述步骤D中，预氧化温度为400℃，预氧化时间为2.5h；碳化温度为1100℃，碳化时间为3h。
其中，所述阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比3:1的比例组成，所述氢氧化镁的粒径为90nm，所述氢氧化铝的粒径为80nm。
其中，所述分散剂由聚乙烯蜡和硬脂酸钙按重量比3:1的比例组成。
本发明还提供了一种抗静电PET薄膜，包括如下重量份数的原料：
PET树脂 100份
抗静电母粒 50份
其余助剂 10份
其中，所述抗静电母粒为如上所述的抗静电母粒。
其中，所述其余助剂为抗氧化剂、紫外线吸收剂、润滑剂和相容剂的混合物。
本发明还提供了该种抗静电PET薄膜的制备方法：将所述PET树脂、抗静电母粒和其余助剂进行熔融混合后，进行拉伸成膜，即得到所述的一种抗静电PET薄膜。
实施例4
一种抗静电母粒，包括如下重量份的原料：
其中，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。
其中，所述导电纤维的制备方法包括如下步骤：
A、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，形成聚丙烯腈溶液；
B、将导电炭黑加入至步骤A得到的聚丙烯腈溶液中，并进行超声分散，即得到纺丝原液
C、将步骤B得到的纺丝原液进行静电纺丝，得到包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维；
D、将所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维。
其中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为17％，所述导电炭黑与聚丙烯腈溶液的质量比为1:11。
其中，所述导电炭黑的粒径为35nm，所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维的直径为95.5nm，长度为4.2μm。
其中，所述步骤C中，静电纺丝的纺丝电压为18kV，纺丝温度为22℃。
其中，所述步骤D中，预氧化温度为320℃，预氧化时间为1.8h；碳化温度为950℃，碳化时间为1.5h。
其中，所述阻燃剂为氢氧化镁，所述氢氧化镁的粒径为75nm。
其中，所述分散剂为聚乙烯蜡。
本发明还提供了一种抗静电PET薄膜，包括如下重量份数的原料：
PET树脂 100份
抗静电母粒 35份
其余助剂 2份
其中，所述抗静电母粒为如上所述的抗静电母粒。
其中，所述其余助剂为抗氧化剂。
本发明还提供了该种抗静电PET薄膜的制备方法：将所述PET树脂、抗静电母粒和其余助剂进行熔融混合后，进行拉伸成膜，即得到所述的一种抗静电PET薄膜。
实施例5
一种抗静电母粒，包括如下重量份的原料：
其中，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。
其中，所述导电纤维的制备方法包括如下步骤：
A、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，形成聚丙烯腈溶液；
B、将导电炭黑加入至步骤A得到的聚丙烯腈溶液中，并进行超声分散，即得到纺丝原液
C、将步骤B得到的纺丝原液进行静电纺丝，得到包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维；
D、将所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维。
其中，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为22％，所述导电炭黑与聚丙烯腈溶液的质量比为1:13。
其中，所述导电炭黑的粒径为45nm，所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维的直径为110nm，长度为8.8μm。
其中，所述步骤C中，静电纺丝的纺丝电压为22kV，纺丝温度为28℃。
其中，所述步骤D中，预氧化温度为370℃，预氧化时间为2.2h；碳化温度为1050℃，碳化时间为2.5h。
其中，所述阻燃剂为氢氧化铝，所述氢氧化铝的粒径为75nm。
其中，所述分散剂为硬脂酸钙。
本发明还提供了一种抗静电PET薄膜，包括如下重量份数的原料：
PET树脂 100份
抗静电母粒 45份
其余助剂 1份
其中，所述抗静电母粒为如上所述的抗静电母粒。
其中，所述其余助剂为抗氧化剂。
本发明还提供了该种抗静电PET薄膜的制备方法：将所述PET树脂、抗静电母粒和其余助剂进行熔融混合后，进行拉伸成膜，即得到所述的一种抗静电PET薄膜。
对比例1
与实施例1-5相同的PET树脂制成的薄膜，即加入抗静电母粒之前的PET薄膜。
本发明对实施例1-5制得的厚度均为100μm的抗静电PET薄膜进行光学性测试和表面电阻测试，表面电阻测试方法按照GB/T1410-2006执行，结果如下表：
透光率/(％) 表面电阻/(Ω)
实施例1 88 8.8*107
实施例2 80 2.1*108
实施例3 84 3.2*108
实施例4 82 1.6*108
实施例5 81 1.7*108
对比例1 90 7.4*10^15
由上表可知，加入抗静电母粒的PET树脂虽然透光性略有下降，但是相对表面电阻多达8个数量级的提升，显得微不足道，可见本发明的抗静电母粒能够很好地提高PET薄膜的抗静电效果。进而，本发明还对实施例1-5的300μm厚度级的PET薄膜进行UL-94阻燃测试，测试表面均能达到V-1的阻燃级别，可见本发明的抗静电母粒对PET薄膜的阻燃性能起到很好的提升作用。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗静电母粒，其特征在于：包括如下重量份的原料：
其中，所述导电纤维为包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维，所述阻燃剂为金属氢氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电母粒，其特征在于：所述导电纤维的制备方法包括如下步骤：
A、取一定量的N,N-二甲基甲酰胺溶解聚丙烯腈，形成聚丙烯腈溶液；
B、将导电炭黑加入至步骤A得到的聚丙烯腈溶液中，并进行超声分散，即得到纺丝原液
C、将步骤B得到的纺丝原液进行静电纺丝，得到包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维；
D、将所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈纤维进行预氧化，然后置于惰性气体氛围中升温碳化，即得到所述的包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维。
3.根据权利要求2所述的一种抗静电母粒，其特征在于：所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为15-25％，所述导电炭黑与聚丙烯腈溶液的质量比为1:10-14。
4.根据权利要求1或2所述的一种抗静电母粒，其特征在于：所述导电炭黑的粒径为30-50nm，所述包覆导电炭黑的聚丙烯腈碳纤维的直径为80-120nm，长度为1.2-10.5μm。
5.根据权利要求2所述的一种抗静电母粒，其特征在于：所述步骤C中，静电纺丝的纺丝电压为15-25kV，纺丝温度为20-30℃。
6.根据权利要求2所述的一种抗静电母粒，其特征在于：所述步骤D中，预氧化温度为300-400℃，预氧化时间为1.5-2.5h；碳化温度为900-1100℃，碳化时间为1-3h。
7.根据权利要求1所述的一种抗静电母粒，其特征在于：所述阻燃剂由氢氧化镁和氢氧化铝按重量比1-3:1的比例组成，所述氢氧化镁的粒径为70-90nm，所述氢氧化铝的粒径为60-80nm。
8.根据权利要求1所述的一种抗静电母粒，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙和硬脂酸锌中的至少一种。
9.一种抗静电PET薄膜，其特征在于：包括如下重量份数的原料：
PET树脂 100份
抗静电母粒 30-50份
其余助剂 0.1-10份
其中，所述抗静电母粒为权利要求1-8任意一项所述的抗静电母粒。
10.权利要求9所述的一种抗静电PET薄膜的制备方法，其特征在于：将所述PET树脂、抗静电母粒和其余助剂进行熔融混合后，进行拉伸成膜，即得到所述的一种抗静电PET薄膜。
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