CN113024736A - 离子型抗静电聚乙烯接枝物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抗静电材料技术领域，尤其是涉及一种离子型抗静电聚乙烯接枝物及其制备方法。离子型抗静电聚乙烯接枝物，主要由按重量份数计的如下组分制得：聚乙烯树脂80～100份、引发剂0.01～0.08份和离子液体0.1～2份；所述离子液体中含有不饱和双键。本发明采用含不饱和双键的离子液体，聚乙烯树脂在引发剂的作用下，分子链脱氢产生大分子自由基，使含不饱和双键的离子液体接枝在聚乙烯链上，使得到的离子型抗静电聚乙烯接枝物具有性能均一、分散性强等优点，且抗静电性能持续稳定。
Description
技术领域
本发明涉及抗静电材料技术领域，尤其是涉及一种离子型抗静电聚乙烯接枝物及其制备方法。
背景技术
聚乙烯(PE)是一种十分重要的通用塑料，具有优良的物理性能，已被广泛应用于建筑、包装、种植、交通运输等生产生活中的各个方面。静电是由于摩擦产生，随着电子工业的发展，静电给人类带来的危害越来越大，比如，静电会干扰飞机上无线电设备的正常运转，影响安全；静电容易吸附尘埃，造成制药厂等环境洁净度要求高的地方污染；对于人体，静电在人体积累可能影响各种疾病等等。聚乙烯极易产生静电，因此，为了进一步扩展其应用领域和提高应用性能，对聚乙烯进行抗静电改性是十分必要的。
在聚乙烯抗静电改性中主要是用到物理共混改性的手段，但由于共混添加的物料与聚乙烯相容性差，导致抗静电性能的持续稳定性无法保证。或者采用接枝改性制备抗静电母料的手段，但该方法工艺复杂、步骤多、生产效率低不利于工业化大规模生产且该方法制备的嵌段-接枝共聚物与聚乙烯同样存在相容性差等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供离子型抗静电聚乙烯接枝物，以解决现有技术中存在的聚乙烯抗静电性差等技术问题。
本发明的第二目的在于提供离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，操作简单。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
离子型抗静电聚乙烯接枝物，主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂80～100份、引发剂0.01～0.08份和离子液体0.1～2份；
所述离子液体中含有不饱和双键。
在本发明的具体实施方式中，所述离子液体的结构式如下：
在本发明的具体实施方式中，R2为H。
在本发明的具体实施方式中，R1为乙基、丁基和辛基中的任一种。
在本发明的具体实施方式中，所述聚乙烯树脂包括LDPE树脂、LLDPE树脂和HDPE树脂中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述聚乙烯树脂的熔融指数为1～8g/10min(190℃/2.16kg)，优选为2～7g/10min(190℃/2.16kg)。
在本发明的具体实施方式中，所述引发剂包括过氧化物引发剂。进一步的，所述过氧化物引发剂包括过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰、二氯代过氧化苯甲酰、过氧化月桂酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、双(叔丁基过氧化异丙基)苯、叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化乙酸叔丁酯中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述离子型抗静电聚乙烯接枝物主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂90～100份、引发剂0.02～0.06份和离子液体0.5～1.5份。
本发明还提供了离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，包括如下步骤：
聚乙烯树脂和离子液体在引发剂的作用下进行熔融接枝反应。
在本发明的具体实施方式中，所述熔融接枝反应的温度为130～200℃。
在本发明的具体实施方式中，所述聚乙烯树脂、离子液体和引发剂在500～1500r/min搅拌条件下混合2～10min，得到的混合物进行熔融接枝反应。
在本发明的具体实施方式中，所述熔融接枝反应包括混合段、接枝段和终止段；所述混合段的温度为130～180℃，优选为130～150℃；所述接枝段的温度为170～200℃，所述终止段的温度为180～200℃。在本发明的具体实施方式中，在所述熔融接枝反应后，进行挤出造粒。
在实际操作中，采用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行所述熔融接枝反应。
在本发明的具体实施方式中，所述单螺杆挤出机的螺杆长径比为(20～40)﹕1；所述单螺杆挤出机的螺杆直径为60～120mm，螺杆转速为150～500rpm；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(28～40)﹕1；所述双螺杆挤出机的螺杆直径为35～75mm，螺杆转速为150～500rpm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用含不饱和双键的离子液体，聚乙烯树脂在引发剂的作用下，分子链脱氢产生大分子自由基，使含不饱和双键的离子液体接枝在聚乙烯链上，使得到的离子型抗静电聚乙烯接枝物具有性能均一、分散性强等优点。
(2)本发明的制备方法，可保证离子型抗静电聚乙烯接枝物中具有较高的接枝率，同时能有效减少聚乙烯熔融接枝过程中的挥发分，有利于提升品质；并且，本发明的制备方法可批量化生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
离子型抗静电聚乙烯接枝物，主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂80～100份、引发剂0.01～0.08份和离子液体0.1～2份；
所述离子液体中含有不饱和双键。
本发明的聚乙烯树脂在引发剂的作用下分子链脱氢产生大分子自由基，与含有不饱和双键的离子液体反应，使离子液体接枝在聚乙烯分子链上，极大的改善了聚乙烯的抗静电性。并且，以接枝方式结合离子液体的聚乙烯接枝物，性能均一，分散性强，不存在相容性差表面析出等问题，能够持续稳定的具有抗静电性能。
本发明的离子型抗静电聚乙烯接枝物具有较高的离子液体基团接枝率，具有优异的抗静电性能和稳定性，极大的提高了制品质量，拓宽了制品的使用范围。
如在不同实施方式中，所述聚乙烯树脂的用量可以为80份、82份、84份、86份、88份、90份、92份、94份、96份、98份、100份等等；所述引发剂的用量可以为0.01份、0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份等等；所述离子液体的用量可以为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2份等等。
本发明采用上述配比的聚乙烯树脂、引发剂和离子液体，能够保证聚乙烯分子链上离子液体的接枝率，实现抗静电效果，同时避免离子液体单体残留影响材料抗静电稳定性等。
在本发明的具体实施方式中，所述离子液体的结构式如下：
在本发明的具体实施方式中，R2为H。
在本发明的具体实施方式中，R1为乙基、丁基和辛基中的任一种。
在本发明的具体实施方式中，所述离子液体的制备方法，包括如下步骤：
化合物A与化合物B在溶剂存在下于80～90℃反应后，用分液漏斗分离处理粘稠层的离子液体后干燥；
其中化合物A和化合物B的结构式分别如下：
在本发明的具体实施方式中，所述反应的时间为15～25h。
在本发明的具体实施方式中，所述溶剂为乙酸乙酯。进一步的，所述溶剂与所述化合物A的质量比为(3～7)﹕1。
在本发明的具体实施方式中，所述化合物A与所述化合物B的摩尔比为1﹕(1.2～3)，优选为1﹕(1.3～2.5)。
在本发明的具体实施方式中，所述化合物A为1-乙烯基咪唑，所述化合物B为1-溴丁烷(即溴正丁烷)。
在本发明的具体实施方式中，所述干燥的温度为40～80℃。在实际操作中，可于40～80℃的条件下烘干。
在本发明的具体实施方式中，所述聚乙烯树脂包括LDPE树脂、LLDPE树脂和HDPE树脂中的任一种或多种。
在实际操作中，所述聚乙烯树脂的原料形态可以为粒料和/或粉料，但不局限于此。
在本发明的具体实施方式中，所述聚乙烯树脂的熔融指数为1～8g/10min(190℃/2.16kg)，优选为2～7g/10min(190℃/2.16kg)。
在本发明的具体实施方式中，所述引发剂包括过氧化物引发剂。进一步的，所述过氧化物引发剂包括过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰、二氯代过氧化苯甲酰、过氧化月桂酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、双(叔丁基过氧化异丙基)苯、叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化乙酸叔丁酯中的任一种或多种。优选的，所述引发剂包括过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，所述离子型抗静电聚乙烯接枝物主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂90～100份、引发剂0.02～0.06份和离子液体0.5～1.5份。
在本发明的具体实施方式中，所述离子型抗静电聚乙烯接枝物主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂95～100份、引发剂0.03～0.05份和离子液体0.8～1.2份。
本发明还提供了离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，包括如下步骤：
聚乙烯树脂和离子液体在引发剂的作用下进行熔融接枝反应。
在本发明的具体实施方式中，所述熔融接枝反应的温度为130～200℃。
在本发明的具体实施方式中，所述聚乙烯树脂、离子液体和引发剂在500～1500r/min搅拌条件下混合2～10min，得到的混合物进行熔融接枝反应。
在本发明的具体实施方式中，所述熔融接枝反应包括混合段、接枝段和终止段；所述混合段的温度为130～180℃，所述接枝段的温度为170～200℃，所述终止段的温度为180～200℃。
在本发明的具体实施方式中，在所述熔融接枝反应后，进行挤出造粒。
在实际操作中，采用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行所述熔融接枝反应。
在本发明的具体实施方式中，所述单螺杆挤出机的螺杆长径比为(20～40)﹕1；所述单螺杆挤出机的螺杆直径为60～120mm，螺杆转速为150～500rpm；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(28～40)﹕1；所述双螺杆挤出机的螺杆直径为35～75mm，螺杆转速为150～500rpm。
下述具体实施方式中采用的离子液体为
其制备方法可以为：
量取250mL的乙酸乙酯于500mL圆底烧瓶之中，并用油浴锅加热至80～90℃，称取50g的1-乙烯基咪唑溶解于乙酸乙酯中，再加入125g的1-溴丁烷反应20h，反应结束后用分液漏斗分离处理粘稠层的离子液体，并于烘箱中在60℃条件下烘干。
实施例1
本实施例提供了离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，包括如下步骤：
(1)取100重量份LDPE树脂原料(熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)、1重量份离子液体和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行熔融接枝反应和挤出造粒，得到离子型抗静电聚乙烯接枝物。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
实施例2
本实施例提供了离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，包括如下步骤：
(1)取100重量份LLDPE树脂原料(熔融指数为2g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)、1重量份离子液体和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行熔融接枝反应和挤出造粒，得到离子型抗静电聚乙烯接枝物。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
实施例3
本实施例提供了离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，包括如下步骤：
(1)取100重量份HDPE树脂原料(熔融指数为7g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)、1重量份离子液体和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行熔融接枝反应和挤出造粒，得到离子型抗静电聚乙烯接枝物。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
实施例4
本实施例提供了离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，包括如下步骤：
(1)取50重量份LDPE树脂原料(熔融指数为2g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)、50重量份LLDPE树脂原料(熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)、1重量份离子液体和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行熔融接枝反应和挤出造粒，得到离子型抗静电聚乙烯接枝物。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
比较例1
比较例1提供了改性聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)取100重量份LDPE树脂原料(熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到改性聚乙烯。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
比较例2
比较例2提供了改性聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)取100重量份LLDPE树脂原料(熔融指数为2g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到改性聚乙烯。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
比较例3
比较例3提供了改性聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)取100重量份HDPE树脂原料(熔融指数为7g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到改性聚乙烯。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
比较例4
比较例4提供了改性聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)取50重量份LDPE树脂原料(熔融指数为2g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)、50重量份LLDPE树脂原料(熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)和0.04重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到改性聚乙烯。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
比较例5
比较例5提供了改性聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)取50重量份LDPE树脂原料(熔融指数为2g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)、50重量份LLDPE树脂原料(熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg)和1重量份离子液体于混合机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌混合5min，得到混合均匀的物料。
(2)将步骤(1)得到的混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到改性聚乙烯。其中，双螺杆挤出机的螺杆直径为65mm，长径比为40﹕1，螺杆转速为300rpm，双螺杆挤出机8个温度区分别为：80℃、130℃、150℃、180℃、190℃、190℃、190℃、190℃。
实验例1
为了对比说明各聚乙烯产品的抗静电性能，对不同实施例和比较例得到的聚乙烯产品的表面电阻进行测试，测试结果见表1。
测试方法：制样按GB1410测定表面电阻。
表1不同聚乙烯产品的表面电阻测试结果
从上表中可知，本发明的离子型抗静电聚乙烯接枝物具有较低的表面电阻，具有较好的抗静电性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.离子型抗静电聚乙烯接枝物，其特征在于，主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂80～100份、引发剂0.01～0.08份和离子液体0.1～2份；
所述离子液体中含有不饱和双键。
2.根据权利要求1所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物，其特征在于，所述离子液体的结构式如下：
3.根据权利要求2所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物，其特征在于，R2为H；
优选的，R1为乙基、丁基和辛基中的任一种。
4.根据权利要求1所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物，其特征在于，所述聚乙烯树脂包括LDPE树脂、LLDPE树脂和HDPE树脂中的任一种或多种；
优选的，所述聚乙烯树脂的熔融指数为1～8g/10min。
5.根据权利要求1所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物，其特征在于，所述引发剂包括过氧化物引发剂；
优选的，所述过氧化物引发剂包括过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰、二氯代过氧化苯甲酰、过氧化月桂酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、双(叔丁基过氧化异丙基)苯、叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化乙酸叔丁酯中的任一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物，其特征在于，主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂90～100份、引发剂0.02～0.06份和离子液体0.5～1.5份；
优选的，主要由按重量份数计的如下组分制得：
聚乙烯树脂95～100份、引发剂0.03～0.05份和离子液体0.8～1.2份。
7.权利要求1-6任一项所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
聚乙烯树脂和离子液体在引发剂的作用下进行熔融接枝反应。
8.根据权利要求7所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，其特征在于，所述熔融接枝反应的温度为130～200℃。
9.根据权利要求7所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，其特征在于，所述熔融接枝反应包括混合段、接枝段和终止段；所述混合段的温度为130～180℃，所述接枝段的温度为170～200℃，所述终止段的温度为180～200℃。
10.根据权利要求7所述的离子型抗静电聚乙烯接枝物的制备方法，其特征在于，采用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行所述熔融接枝反应；
优选的，所述单螺杆挤出机的螺杆长径比为(20～40)﹕1；所述单螺杆挤出机的螺杆直径为60～120mm，螺杆转速为150～500rpm；
优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(28～40)﹕1；所述双螺杆挤出机的螺杆直径为35～75mm，螺杆转速为150～500rpm。
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