CN110452525A - 一种石墨烯改性抗静电tpu膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯改性抗静电TPU膜,由以下质量份的原料制成:聚醚型TPU树脂60‑80份、改性石墨烯1‑3份、热稳定剂2‑4份、润滑剂1‑3份、增塑剂1‑2份、纳米氧化铝0.5‑2份;氧化石墨烯经过硅烷偶联剂的改性和氨水的还原后,均匀的分散在TPU树脂中,同时自身不会发生聚合,增强了TPU膜的导电性能、耐冲击性能;纳米氧化铝经过改性处理后,增强了纳米氧化铝的机械性能以及对树脂材料的亲和性;同时纳米氧化铝、石墨烯的用量较少,降低了制作成。
Description
技术领域:
本发明涉及一种TPU膜,具体涉及一种石墨烯改性抗静电TPU膜。
背景技术:
TPU作为一种新型的环保高分子材料,被广泛应用于医疗、食品、卫生等行业。石墨烯是近20年新起的一种纳米材料,由于其自身优异的性能在各个领域都受到了关注。石墨烯作为改性剂加入到高分子材料中,会显著提高高分子材料的力学性能,但是石墨烯现行的制备方法无法大规模生产,并且在聚合物中分散效果不好,导致了石墨烯在聚合物复合物领域的应用受到了限制。
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。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题在于提供一种石墨烯在TPU中分散均匀,强度高、耐冲击、抗静电的TPU膜及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现,一种抗静电TPU膜由以下质量份的原料制成:聚醚型TPU树脂60-80份、改性石墨烯1-3份、热稳定剂2-4份、润滑剂1-3份、增塑剂1-2份、纳米氧化铝0.5-2份。
所述聚醚型TPU树脂,其合成所用软段PTMEG的分子量为1100~1200,羟值为110~115mg KOH/g,邵氏硬度为90A~95A,重均分子量为10~11万,熔程为190~200℃。
所述改性石墨烯的制备方法为:将氧化石墨烯超声搅拌溶解在乙醇溶液中,加入三乙胺调节溶液的pH为7.5-8,然后加入硅烷偶联剂40-50℃搅拌4-8h,过滤,用去离子水将氧化石墨烯洗至中性,然后将其超声搅拌溶解在去离子水中,接着加入氨水,氮气氛围下回流搅拌6-8h,趁热过滤,所得固体用去离子水和无水乙醇洗去杂质,50℃真空干燥至恒重,即可。
所述氧化石墨烯、硅烷偶联剂、氨水的质量比为:5-10:10-15:0.5-2。
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%。
所述乙醇溶液中,乙醇和水的体积比为1:2。
所述超声波的频率为70-100Hz。
石墨烯的改性原理为:氧化石墨烯经过硅烷偶联剂的改性和氨水的还原后,自身含有较多的活性官能团,能通过化学反应与TPU树脂很好的结合在一起,均匀的分散在TPU树脂中,同时自身不会发生聚合;TPU树脂因为改性石墨烯的加入,自身导电性能、耐冲击性能得到提高,对静电有较强的抵抗力。
所述热稳定剂为二盐基硬脂酸铅和对苯二胺的混合物,其质量比为1:1.5。
所述纳米氧化铝的改性制备方法为:将纳米氧化铝加入到浓度为95%的乙醇中,回流保温搅拌5min,再加入硬脂酸钠,回流搅拌10-30min;接着加入聚乙二醇400和玉米油,回流保温搅拌2-5h;趁热过滤,沉淀用去离子水和无水乙醇洗去杂质,100-110℃烘干箱中干燥至恒重,即可。
所述纳米氧化铝、硬脂酸钠、聚乙二醇400、玉米油的质量比为4-6:0.5-2:1-3:0.8-2。
上述纳米氧化铝经过硬脂酸钠改性后增强了纳米氧化铝表面的活性,聚乙二醇400和玉米油的改性,增强了纳米氧化铝的机械性能以及对树脂材料的亲和性。进一步的,改性石墨烯和改性纳米氧化铝共同添加到TPU膜中,能够加快TPU膜的降解速率,减轻对环境的污染。
所述润滑剂选自硬脂酸丁脂或微晶石蜡中的一种。
所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯或磷酸三苯酯中的一种。
一种抗静电TPU膜的制备方法如下:
(1)将聚醚型TPU树脂、改性石墨烯、热稳定剂、纳米氧化铝,加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出、冷却、切粒得到预混颗粒;
(2)将预混颗粒、润滑剂、增塑剂混合送入吹膜机中进行塑化挤出;
(3)将塑化挤出料进行吹胀牵引制成薄膜,然后风环冷却,通过牵引辊牵引,最后收卷得到成卷薄膜产品;其中吹胀比为2.5-3.0,牵引比为4-6。
所述双螺杆挤出机的转速为50r/min-150r/min。
所述双螺杆挤出机的料筒及挤出口模的温度为105℃-125℃。
所述切粒机的转速为150r/min-300r/min。
所述吹膜机送料段温度设定在130-145℃,塑化段温度设定在160-180℃,模头温度设定为150℃。
本发明的有益效果是:
(1)氧化石墨烯经过硅烷偶联剂的改性和氨水的还原后,通过化学键与TPU树脂结合在一起,并均匀的分散在TPU树脂中,同时自身不会发生聚合,增强了TPU膜的导电性能、耐冲击性能;
(2)纳米氧化铝经过改性处理后,增强了纳米氧化铝的机械性能以及对树脂材料的亲和性;同时纳米氧化铝、石墨烯的用量较少,降低了制作成;
(3)氧化石墨烯、纳米氧化铝的改性添加后,显著提高了TPU膜的抗静电性能,同时使TPU膜具备优异的拉伸强度、撕裂强度、剥离牢度、耐磨擦性能。
具体实施方式:
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例1
抗静电TPU膜的制备:
(1)将60份聚醚型TPU树脂、2份改性石墨烯、2份热稳定剂、1份纳米氧化铝,加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出、冷却、切粒得到预混颗粒;其中双螺杆挤出机的转速为100r/min,双螺杆挤出机的料筒及挤出口模的温度为105℃,切粒机的转速为150r/min;
(2)将预混颗粒、2份微晶石蜡、1份磷酸三苯酯混合送入吹膜机中进行塑化挤出;其中吹膜机送料段温度设定在130℃,塑化段温度设定在160℃,模头温度设定为150℃;
(3)将塑化挤出料进行吹胀牵引制成薄膜,然后风环冷却,通过牵引辊牵引,最后收卷得到成卷薄膜产品;其中吹胀比为2.5,牵引比为4。
改性石墨烯的制备:将5份氧化石墨烯超声搅拌溶解在乙醇溶液中,加入三乙胺调节溶液的pH为7.5-8,然后加入10份硅烷偶联剂KH550,50℃搅拌6h,过滤,用去离子水将氧化石墨烯洗至中性,然后将其超声搅拌溶解在去离子水中,接着加入1份氨水,氮气氛围下回流搅拌8h,趁热过滤,所得固体用去离子水和无水乙醇洗去杂质,50℃真空干燥至恒重,即可。
纳米氧化铝的改性制备:将4份纳米氧化铝加入到浓度为95%的乙醇中,回流保温搅拌5min,再加入1份硬脂酸钠,回流搅拌30min;接着加入2份聚乙二醇400和1.2份玉米油,回流保温搅拌4h;趁热过滤,沉淀用去离子水和无水乙醇洗去杂质,100-110℃烘干箱中干燥至恒重,即可。
实施例2
抗静电TPU膜的制备:
(1)将70份聚醚型TPU树脂、2份改性石墨烯、3份热稳定剂、1.5份纳米氧化铝,加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出、冷却、切粒得到预混颗粒;其中双螺杆挤出机的转速为100r/min,双螺杆挤出机的料筒及挤出口模的温度为105℃,切粒机的转速为150r/min;
(2)将预混颗粒、2份微晶石蜡、1份磷酸三苯酯混合送入吹膜机中进行塑化挤出;其中吹膜机送料段温度设定在130℃,塑化段温度设定在160℃,模头温度设定为150℃;
(3)将塑化挤出料进行吹胀牵引制成薄膜,然后风环冷却,通过牵引辊牵引,最后收卷得到成卷薄膜产品;其中吹胀比为2.5,牵引比为4。
改性石墨烯的制备:将5份氧化石墨烯超声搅拌溶解在乙醇溶液中,加入三乙胺调节溶液的pH为7.5-8,然后加入10份硅烷偶联剂KH550,50℃搅拌6h,过滤,用去离子水将氧化石墨烯洗至中性,然后将其超声搅拌溶解在去离子水中,接着加入1份氨水,氮气氛围下回流搅拌8h,趁热过滤,所得固体用去离子水和无水乙醇洗去杂质,50℃真空干燥至恒重,即可。
纳米氧化铝的改性制备:将4份纳米氧化铝加入到浓度为95%的乙醇中,回流保温搅拌5min,再加入1份硬脂酸钠,回流搅拌30min;接着加入2份聚乙二醇400和1.2份玉米油,回流保温搅拌4h;趁热过滤,沉淀用去离子水和无水乙醇洗去杂质,100-110℃烘干箱中干燥至恒重,即可。
对照例1
抗静电TPU膜的制备:
(1)将60份聚醚型TPU树脂、2份改性石墨烯、2份热稳定剂、1份纳米氧化铝,加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出、冷却、切粒得到预混颗粒;其中双螺杆挤出机的转速为100r/min,双螺杆挤出机的料筒及挤出口模的温度为105℃,切粒机的转速为150r/min;
(2)将预混颗粒、2份微晶石蜡、1份磷酸三苯酯混合送入吹膜机中进行塑化挤出;其中吹膜机送料段温度设定在130℃,塑化段温度设定在160℃,模头温度设定为150℃;
(3)将塑化挤出料进行吹胀牵引制成薄膜,然后风环冷却,通过牵引辊牵引,最后收卷得到成卷薄膜产品;其中吹胀比为2.5,牵引比为4。
改性石墨烯的制备:将5份氧化石墨烯超声搅拌溶解在乙醇溶液中,加入三乙胺调节溶液的pH为7.5-8,然后加入10份硅烷偶联剂KH550,50℃搅拌6h,过滤,用去离子水将氧化石墨烯洗至中性,然后将其超声搅拌溶解在去离子水中,接着氮气氛围下回流搅拌8h,趁热过滤,所得固体用去离子水和无水乙醇洗去杂质,50℃真空干燥至恒重,即可。
纳米氧化铝的改性制备:将4份纳米氧化铝加入到浓度为95%的乙醇中,回流保温搅拌5min,再加入1份硬脂酸钠,回流搅拌30min;接着加入2份聚乙二醇400和1.2份玉米油,回流保温搅拌4h;趁热过滤,沉淀用去离子水和无水乙醇洗去杂质,100-110℃烘干箱中干燥至恒重,即可。
对照例2
抗静电TPU膜的制备:
(1)将60份聚醚型TPU树脂、2份石墨烯、2份热稳定剂、1份纳米氧化铝,加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出、冷却、切粒得到预混颗粒;其中双螺杆挤出机的转速为100r/min,双螺杆挤出机的料筒及挤出口模的温度为105℃,切粒机的转速为150r/min;
(2)将预混颗粒、2份微晶石蜡、1份磷酸三苯酯混合送入吹膜机中进行塑化挤出;其中吹膜机送料段温度设定在130℃,塑化段温度设定在160℃,模头温度设定为150℃;
(3)将塑化挤出料进行吹胀牵引制成薄膜,然后风环冷却,通过牵引辊牵引,最后收卷得到成卷薄膜产品;其中吹胀比为2.5,牵引比为4。
纳米氧化铝的改性制备:将4份纳米氧化铝加入到浓度为95%的乙醇中,回流保温搅拌5min,再加入1份硬脂酸钠,回流搅拌30min;接着加入2份聚乙二醇400和1.2份玉米油,回流保温搅拌4h;趁热过滤,沉淀用去离子水和无水乙醇洗去杂质,100-110℃烘干箱中干燥至恒重,即可。
对照例3
抗静电TPU膜的制备:
(1)将60份聚醚型TPU树脂、2份改性石墨烯、2份热稳定剂、1份纳米氧化铝,加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出、冷却、切粒得到预混颗粒;其中双螺杆挤出机的转速为100r/min,双螺杆挤出机的料筒及挤出口模的温度为105℃,切粒机的转速为150r/min;
(2)将预混颗粒、2份微晶石蜡、1份磷酸三苯酯混合送入吹膜机中进行塑化挤出;其中吹膜机送料段温度设定在130℃,塑化段温度设定在160℃,模头温度设定为150℃;
(3)将塑化挤出料进行吹胀牵引制成薄膜,然后风环冷却,通过牵引辊牵引,最后收卷得到成卷薄膜产品;其中吹胀比为2.5,牵引比为4。
改性石墨烯的制备:将5份氧化石墨烯超声搅拌溶解在乙醇溶液中,加入三乙胺调节溶液的pH为7.5-8,然后加入10份硅烷偶联剂KH550,50℃搅拌6h,过滤,用去离子水将氧化石墨烯洗至中性,然后将其超声搅拌溶解在去离子水中,接着加入1份氨水,氮气氛围下回流搅拌8h,趁热过滤,所得固体用去离子水和无水乙醇洗去杂质,50℃真空干燥至恒重,即可。
实施例3
以实施例1为基础,设置不添加氨水的对照例1、不对石墨烯进行改性的对照例2、不对纳米氧化铝进行改性的对照例3。
利用实施例1-2、对照例1-3制备抗静电TPU膜,并对抗静电TPU膜的性能进行测定,结果如表1所示。
表1抗静电TPU膜的性能检测
测试项目 | 冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>) | 15天土壤淹埋降解率(%) | 表面电阻率(Ω) |
实施例1 | 115 | 23.5 | 2.1×10<sup>6</sup> |
实施例2 | 114 | 23.2 | 2.1×10<sup>6</sup> |
对照例1 | 106 | 19.1 | 2.3×10<sup>6</sup> |
对照例2 | 89 | 12.4 | 7.8×10<sup>6</sup> |
对照例3 | 93 | 13.6 | 1.5×10<sup>7</sup> |
测试方法:冲击强度ISO 179-2000(E);
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种石墨烯改性抗静电TPU膜,其特征在于,由以下质量份的原料制成:聚醚型TPU树脂60-80份、改性石墨烯1-3份、热稳定剂2-4份、润滑剂1-3份、增塑剂1-2份、纳米氧化铝0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性抗静电TPU膜,其特征在于,所述改性石墨烯的制备方法为:将氧化石墨烯超声搅拌溶解在乙醇溶液中,加入三乙胺调节溶液的pH为7.5-8,然后加入硅烷偶联剂40-50℃搅拌4-8h,过滤,用去离子水将氧化石墨烯洗至中性,然后将其超声搅拌溶解在去离子水中,接着加入氨水,氮气氛围下回流搅拌6-8h,趁热过滤,所得固体用去离子水和无水乙醇洗去杂质,50℃真空干燥至恒重,即可。
3.根据权利要求2所述的石墨烯改性抗静电TPU膜,其特征在于:所述氧化石墨烯、硅烷偶联剂、氨水的质量比为:5-10:10-15:0.5-2。
4.根据权利要求2所述的石墨烯改性抗静电TPU膜,其特征在于: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%。
5.根据权利要求2所述的石墨烯改性抗静电TPU膜,其特征在于:所述乙醇溶液中,乙醇和水的体积比为1:2。
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