CN112430346A - 一种pet抗静电膜材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PET抗静电膜材料及其制备方法，PET抗静电膜材料由抗静电合金基层和喷涂在抗静电合金基层表面上的抗静电涂层组成，制备获得抗静电合金基层后，在抗静电合金基层的表面进行电晕处理，然后在电晕处理后的一侧上喷涂抗静电涂层；本发明制备的PET抗静电膜材料在降低体积电阻的同时，还有效降低了表面电阻，并且由于添加了油酸改性石墨烯，降低了材料的表面摩擦系数，从而获得了额外的抗摩擦起电作用，在抗静电包装领域具有潜在的应用价值。

Description

一种PET抗静电膜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种PET抗静电膜材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种性能优异的高分子材料，具有优良的力学性能、耐腐蚀性、易加工性、电绝缘性突出等，在合成纤维以及食品、医药、纤维、电子元件等包装材料广泛应用。目前来看，PET的应用主要体现在五个方面，薄膜片材、包装瓶、电子电器附件、汽车配件和机械设备方面。但是PET薄膜受到摩擦易产生静电，常会引起粘接不良、薄膜表面容易被污染等缺陷，尤其是精密仪器、电器元件的高档包装材料或显示材料。因此，有必要对现有技术中的PET薄膜改进，以解决上述问题。聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）是一种性能卓越的聚酯类新型纤维，与PET相比PTT纤维单体多一个亚甲基，PTT纤维呈螺旋形，使PTT纤维具有优异的弹性，因此，向PET中引入PTT组分，可以有效增加聚合物合金的粘弹性。制备PET、PTT合金已有较多研究，本发明重点在提高PET合金的抗静电性能，主要从同时有效降低体积电阻和表面电阻两个方面考虑。抗静电剂是指涂敷在材料表面或掺杂在材料内部，以防止或减轻静电积累的化学助剂。目前抗静电材料的文献主要为单一的降低PET的体积电阻或表面电阻。例如，为了降低体积电阻，采用的方法多为向PET聚合物中引入各种抗静电剂，诸如表面活性剂、含有亲水基的高分子物质或导电性纳米材料。但是，表面活性剂型和含有亲水基型抗静电剂依赖于吸收空气中的水分形成水膜以消除电荷，使用效果具有一定的局限性。纳米粒子由于其颗粒的不规则性和小的长径比，在聚合物材料内部不容易形成三维导电网络，因此，为了获得良好的三维导电网络，选择具有大的长径比的纳米粒子抗静电剂至关重要。另一个重要的方面在于避免抗静电剂长时间下在聚合物材料内部的由相分离而导致的迁移，从而使得抗静电性降低；为了降低表面电阻，通常在表面涂覆抗静电涂层。然而常规涂层摩擦系数较大，极易失去而丧失抗静电效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PET抗静电膜材料及其制备方法，解决传统PET合金材料抗静电差的问题。通过添加抗静电填料和涂覆抗静电涂层两种工艺，有效降低材料的体积电阻和表面电阻，大幅提高材料的抗静电能力。
本发明所采用的技术方案是：
一种PET抗静电膜材料是由抗静电合金基层和喷涂在抗静电合金基层表面上的抗静电涂层组成；所述抗静电合金基层的各组分重量份数为：PET 55-85份、PTT 15-30份、成核剂1-5份、相容剂2-5份、增韧剂4-8份、抗静电剂为1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂0.1-1份。
所述的成核剂为碳纳米管，相容剂为乙烯-丙烯酸乙酯-马来酸酐的共聚物，增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体，抗静电剂为乙氧基化烷基胺，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1076，润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
成核剂选用碳纳米管，除了起到加快结晶速率达到缩短成型周期，更主要在于碳纳米管本身的导电性能，通过充分混炼和挤出、拉伸操作，使碳纳米管和乙氧基化烷基胺在抗静电合金基层中形成紧密的交联三维导电网络，通过抗静电合金基层内部形成的导电网络来降低材料内部的电荷积累。
所述的抗静电涂层由如下按重量份计的原料制备得到：十六烷基三甲基氯化铵3-8份、乙氧基化烷基胺3-8份、油酸改性石墨烯1-5份，丙烯酸乙酯10-20份、羟基丙烯酸乙酯1-5份、受阻酚类抗氧剂1076为0.3-0.8份、溶剂水70-80份。
所述的抗静电涂层的最优配比由如下按重量份计的原料制备得到：十六烷基三甲基氯化铵5份、乙氧基化烷基胺5份、油酸改性石墨烯3份，丙烯酸乙酯15份、羟基丙烯酸乙酯2份、抗氧剂受阻酚类抗氧剂1076为0.5份、溶剂水76份。
上述抗静电涂层各组分的最优重量份数，是在保证PET抗静电膜材料力学性能强度不影响一般生产对PET抗静电膜材料的力学性能强度要求前提下的最优重量份数。
抗静电涂层成分中十六烷基三甲基氯化铵、乙氧基化烷基胺都有一定的抗静电效果，其中油酸改性石墨烯因其导电性能可以与抗静电合金基层碳纳米管和乙氧基化烷基胺形成的交联三维导电网络形成“由内到外”的一体抗静电网络；油酸改性石墨烯的加入还能起到减小摩擦的效果，通过以上两点来进一步降低材料的电荷积累。
制备上述PET抗静电膜材料的方法：包括如下步骤：
步骤1、按重量份数如下依次取：PET 55-85份、PTT 15-30份、成核剂为1-5份、相容剂2-5份、增韧剂4-8份、抗静电剂为1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂0.1-1份，备用；
步骤2、将步骤1中各原料按照重量从多到少的顺序依次加入高速混合器中，混合5-15min，得到混合物1；
步骤3、将步骤2中混合物1取出加入双螺杆挤出机中，调整双螺杆挤出机的温度为250-280℃进行混炼，混炼后挤出造粒，并对颗粒进行干燥处理，获得混合物颗粒，将混合物颗粒再次加入双螺杆挤出机，调整双螺杆挤出机的温度为105-110℃拉伸成膜获得抗静电合金基层；
上述制备的抗静电合金基层一方面在成核剂碳纳米管的诱导下可以形成众多PET微小晶区，形成了碳纳米管导电网络，起到了额外的导电层增益，另一方面成核剂碳纳米管和抗静电剂乙氧基化烷基胺两种材料的结合进一步降低了材料的体积电阻，显著的增加了材料的抗静电效果。
步骤4、按照重量份数如下取：十六烷基三甲基氯化铵3-8份、乙氧基化烷基胺3-8份、油酸改性石墨烯1-5份，丙烯酸乙酯10-20份、羟基丙烯酸乙酯1-5份、受阻酚类抗氧剂1076为0.3-0.8份、溶剂水70-80份，将以上各组分混合均匀得到乳化状态的抗静电喷涂液，备用；
步骤5、取步骤3中制备的抗静电合金基层并对其表面进行电晕处理，持续18-25min，然后将电晕处理后的抗静电合金基层加热使其温度为85-90℃，备用；
步骤6、通过喷枪以氮气送液将步骤4中制备的乳化状态的抗静电喷涂液喷涂在步骤5中加热后的抗静电合金基层表面，直至涂层厚度达到目标厚度为止，制备获得PET抗静电膜材料。
所述的步骤6中的目标厚度为10-30μm。
上述制备的抗静电涂层除了添加有常规表面活性剂型抗静电剂和亲水性高分子型抗静电剂，还添加了少量油酸改性石墨烯，抗静电涂层的油酸改性石墨烯与抗静电合金基层内部的碳纳米管形成“由内到外”的抗静电一体网络，同时降低了体积电阻和表面电阻两种电阻，从而赋予材料优良的抗静电效果，另外，因为油酸改性石墨烯的加入，材料表面的摩擦系数降低，从而获得了优异的抗摩擦起电作用，降低了PET抗静电膜材料与其他材料的摩擦力，减弱了静电积累，增强了材料的抗摩擦起电性能。
本发明的有益效果是：本发明PET抗静电膜材料是由抗静电合金基层和喷涂在抗静电合金基层表面上的抗静电涂层双层结构组成，其成核剂为碳纳米管，可在材料内部形成三维导电网络，可以进一步增加材料的抗静电效果，降低材料的体积电阻；在降低表面电阻方面，本发明除了添加有常规表面活性剂型和亲水性高分子型抗静电剂，还添加了少量油酸改性石墨烯。少量的油酸改性石墨烯与合金内部的碳纳米管形成“由内到外”的抗静电一体网络，从而赋予材料优良的抗静电效果，另外，改性石墨烯的加入降低了材料表面的摩擦系数，起到了优异的抗摩擦起电作用，降低了材料与其他材料的摩擦力，减弱了静电积累，增强了材料的抗静电性能。其抗静电机理示意图，如图1所示。由于组分PTT不仅与PET可形成稳定的合金，而且其分子链具有一定的粘弹性，可以缠绕在碳纳米管上，限制了碳纳米管在合金材料中的迁移，因此，本发明具有良好的耐候性，本发明的PET抗静电材料具有减低体积电阻和表面电阻的双重抗静电效果，这种多功能的材料有望在不同抗静电材料领域取得应用前景。
附图说明
图1：PET抗静电膜材料结构示意图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合实例对本发明做进一步说明，但是本发明要求保护范围并不局限于实施例的表述范围。
实施案例1
一种PET抗静电膜材料，由抗静电合金基层和喷涂在抗静电合金基层表面上的抗静电涂层组成；
所述抗静电合金基层的各组分重量份数为：PET 76份、PTT 22份、成核剂碳纳米管为5份、相容剂乙烯-丙烯酸乙酯-马来酸酐的共聚物为3份、增韧剂甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体为6份、抗静电剂乙氧基化烷基胺为3份、抗氧剂受阻酚类抗氧剂1076为0.4份、润滑剂季戊四醇硬脂酸酯为0.6份；
所述的抗静电涂层由如下按重量份计的原料制备得到：十六烷基三甲基氯化铵5份、乙氧基化烷基胺5份、油酸改性石墨烯1份，丙烯酸乙酯15份、羟基丙烯酸乙酯2份、受阻酚类抗氧剂1076为0.5份、溶剂水76份。
具体实施步骤如下：
步骤1、将重量份数如下的材料取出备用：PET 76份、PTT22份、碳纳米管5份、乙烯-丙烯酸乙酯-马来酸酐共聚物3份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体6份、乙氧基化烷基胺3份、受阻酚类抗氧剂1076为0.4份、季戊四醇硬脂酸酯0.6份；
步骤2、将步骤1中各原料按照重量从多到少的顺序依次加入高速混合机中，混合5min，得到混合物1；
步骤3、将步骤2中的混合物1取出加入双螺杆挤出机中，调整双螺杆挤出机的温度为250℃进行混炼，将混炼所得挤出造粒，并对颗粒进行干燥处理，获得混合物颗粒，将混合物颗粒再次加入双螺杆挤出机，调整双螺杆挤出机的温度为110℃拉伸成膜，制得抗静电合金基层；
步骤4、取出重量份数如下的材料备用：十六烷基三甲基氯化铵5份、乙氧基化烷基胺5份、油酸改性石墨烯1份，丙烯酸乙酯15份、羟基丙烯酸乙酯2份、受阻酚类抗氧剂1076为0.5份、溶剂水76份；
步骤5、将步骤4中各重量份数的原料混合均匀得到乳化状态的抗静电喷涂液；
步骤6、将步骤3中制备的抗静电合金基层并对其表面进行电晕处理，持续20min，然后将电晕处理后的抗静电合金基层加热使其温度为85℃，备用；
步骤7、通过喷枪以氮气送液将步骤5中制备的乳化状态的抗静电喷涂液喷涂在步骤6中加热后的抗静电合金基层表面，直至涂层厚度达到30μm为止，制备获得PET抗静电膜材料。
实施案例2
具体实施方案如实施案例1；
将步骤4油酸改性石墨烯重量份数改为3份，其余材料和步骤不变，得到实施例2。
实施案例3
具体实施方案如实施案例1；
将步骤4油酸改性石墨烯重量份数改为5份，其余材料和步骤不变，得到实施例3。
实施案例4
具体实施方案如实施案例1；
将步骤1中成核剂碳纳米管去除，步骤4中油酸改性石墨烯去除，其余材料和步骤不变，得到实施例4。
表1 ：各实施案例制得的PET抗静电膜材料的表面电阻和体积电阻对比表
摩擦前 案例1 案例2 案例3 案例4
表面电阻(Ω) 1.3×10<sup>9</sup> 6.5×10<sup>7</sup> 4.7×10<sup>7</sup> 7.4×10<sup>13</sup>
体积电阻(Ω) 2.6×10<sup>10</sup> 9.8×10<sup>8</sup> 7.8×10<sup>8</sup> 6.5×10<sup>11</sup>
表1是各实施案例制得的PET抗静电膜材料的表面电阻和体积电阻对比表，材料的电阻越大，抗静电能力越小；根据表1的数据可以看出，随着油酸改性石墨烯的重量份数增加材料的抗静电性能越好，但是随着油酸改性石墨烯的重量份数增加材料的力学性能强度越弱，因此在保证本发明制备的抗静电膜材料的力学性能强度前提下，实施案例2具有最优的抗静电效果，究其原因在于抗静电合金基层的成核剂碳纳米管与抗静电涂层的油酸改性石墨烯形成的“由内到外”的抗静电一体网络，有效释放了合金内部的电荷，不仅降低了体积电阻和表面电阻，也满足了一般生产对抗静电材料的力学性能强度的要求；与实施例1相比，实施例2的抗静电涂层中油酸改性石墨烯重量份数增多，更易于形成三维导电网络，所以具有较好的抗静电能力；实施案例3相比于实施案例2抗静电涂层中油酸改性石墨烯重量份数进一步增加，抗静电能力得到提高，但是制备的抗静电材料力学性能强度与实施案例2制备的抗静电材料力学性能强度相比过低，不能满足一般生产过程中对材料力学性能强度的要求；实施案例4不仅表面电阻极大地增高，合金内部的体积电阻也会增高，原因在于无法使碳纳米管和油酸改性石墨烯形成三维导电网络，没有实现“由内到外”的导电通道，内部电荷无法通过此网络释放，因此，抗静电合金基层和抗静电涂层的协同作用起到了额外的抗静电效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种PET抗静电膜材料，其特征在于：由抗静电合金基层和喷涂在抗静电合金基层表面上的抗静电涂层组成；所述抗静电合金基层的各组分重量份数为：PET 55-85份、PTT 15-30份、成核剂1-5份、相容剂2-5份、增韧剂4-8份、抗静电剂1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的一种PET抗静电膜材料，其特征在于：所述的成核剂为碳纳米管，相容剂为乙烯-丙烯酸乙酯-马来酸酐的共聚物，增韧剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体，抗静电剂为乙氧基化烷基胺，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1076，润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种PET抗静电膜材料，其特征在于：所述的抗静电涂层由如下按重量份计的原料制备得到：十六烷基三甲基氯化铵3-8份、乙氧基化烷基胺3-8份、油酸改性石墨烯1-5份，丙烯酸乙酯10-20份、羟基丙烯酸乙酯1-5份、受阻酚类抗氧剂1076为0.3-0.8份、溶剂水70-80份。
4.根据权利要求3所述的一种PET抗静电膜材料，其特征在于：所述的抗静电涂层由如下按重量份计的原料制备得到：十六烷基三甲基氯化铵5份、乙氧基化烷基胺5份、油酸改性石墨烯3份，丙烯酸乙酯15份、羟基丙烯酸乙酯2份、抗氧剂受阻酚类抗氧剂1076为0.5份、溶剂水76份。
5.制备如权利要求1-4项所述的一种PET抗静电膜材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按重量份数如下依次取：PET 55-85份、PTT 15-30份、成核剂为1-5份、相容剂2-5份、增韧剂4-8份、抗静电剂为1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂0.1-1份，备用；
步骤2、将步骤1中各原料按照重量从多到少的顺序依次加入高速混合器中，混合5-15min，得到混合物1；
步骤3、将步骤2中混合物1加入双螺杆挤出机中，调整双螺杆挤出机的温度为250-280℃进行混炼，混炼后挤出造粒，并对颗粒进行干燥处理，获得混合物颗粒，将混合物颗粒再次加入双螺杆挤出机，调整双螺杆挤出机的温度为105-110℃拉伸成膜获得抗静电合金基层；
步骤4、按照重量份数如下取：十六烷基三甲基氯化铵3-8份、乙氧基化烷基胺3-8份、油酸改性石墨烯1-5份，丙烯酸乙酯10-20份、羟基丙烯酸乙酯1-5份、受阻酚类抗氧剂1076为0.3-0.8份、溶剂水70-80份，将以上各组分混合均匀得到乳化状态的抗静电喷涂液，备用；
步骤5、取步骤3中制备的抗静电合金基层并对其表面进行电晕处理，持续18-25min，然后将电晕处理后的抗静电合金基层加热使其温度为85-90℃，备用；
步骤6、通过喷枪以氮气送液将步骤4中制备的乳化状态的抗静电喷涂液喷涂在步骤5中加热后的抗静电合金基层表面，直至涂层厚度达到目标厚度为止，制备获得PET抗静电膜材料。
6.根据权利要求5所述一种PET抗静电膜材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤6中的目标厚度为10-30μm。
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