CN113201183A - 一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料2‑6％、功能化离子液体1‑4％、相容剂0.5‑3％，余量为载体树脂；所述功能化离子液体为含功能基团的咪唑基离子液体，所述功能基团为羟基、羧基、磺酸基中的至少一种。本发明还公开了功能母料的制备方法和其在BOPP薄膜制造中的应用。本发明的母料用于制备BOPP薄膜，可明显提高薄膜抗静电性能，并具有良好的抗粘连效果。通过将抗静电与抗粘连作用集中在同一功能母料中，可以提高薄膜的生产安全稳定性。

Description

一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料及其制备方法和应用。
背景技术
抗粘连母料和抗静电母料是BOPP薄膜领域常用的两类添加剂。抗粘连母料在薄膜表面形成突起或凹凸，提高表面粗糙度，从而防止薄膜之间相互粘连。抗静电母料能吸收空气中的水分形成导电层，用于降低薄膜表面的电荷积累，减少静电危害。
目前，商品化BOPP薄膜用抗粘连母料多以聚丙烯为载体树脂，并选用无机粒子如二氧化硅、碳酸钙或玻璃微珠等作为抗粘连有效成分。但是作为抗粘有效成分的这类无机粒子，其表面物理及化学性能与聚丙烯差异很大，在聚丙烯基体中很容易发生团聚，导致粒子分散不均匀，进而造成薄膜表面产生缺陷，影响薄膜生产连续稳定性以及力学性能等，并且还可能会发生脱落，降低抗粘连效果。抗静电母料一般选择小分子型抗静电剂作为有效成分，其能迁移至薄膜表层，吸收空气中的水分形成导电层以消除电荷，但这类小分子型抗静电剂热稳定性较差，在薄膜生产过程中易生成大量烟雾，此外其迁移速度快，在薄膜后续的放置与使用过程中会迁移析出，严重影响外观并降低产品的抗静电性能。
因此，实现抗粘连有效成分在聚合物基体中的有效且均匀分散，以及克服传统抗静电母料存在的技术问题，是BOPP薄膜功能母料领域的重要课题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料及其制备方法和应用。
本发明提出的一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料2-6％、功能化离子液体1-4％、相容剂0.5-3％，余量为载体树脂；
所述功能化离子液体为含功能基团的咪唑基离子液体，所述功能基团为羟基、羧基、磺酸基中的至少一种。
优选地，所述功能化离子液体为1-羟乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯盐中的至少一种。
优选地，所述无机填料为二氧化硅、碳酸钙或其组合；优选地，所述二氧化硅为平均粒径为3-6μm的球形二氧化硅；优选地，所述碳酸钙为平均粒径为3-6μm的球形碳酸钙。
优选地，所述相容剂为PP-g-MAH、PP-g-GMA、POE-g-GMA中的至少一种；优选地，所述PP-g-MAH中MAH的接枝率为0.5-1.0wt％；优选地，所述PP-g-GMA中GMA的接枝率为0.8-1.2wt％；优选地，所述POE-g-GMA中GMA的接枝率为0.5-1.0wt％。
优选地，所述载体树脂为均聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯或其组合；优选地，所述载体树脂的密度为0.900-0.915g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为6-20g/10min。
优选地，所述的具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料还包括润滑剂和抗氧剂；优选地，所述润滑剂占原料总质量的0.1-0.5％，所述抗氧剂占原料总质量的0.1-0.5％。
优选地，所述具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料2-6％、功能化离子液体1-4％、相容剂0.5-3％、润滑剂0.1-0.5％、抗氧剂0.1-0.5％、余量为载体树脂。
优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺；优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
一种所述具有抗静电作用的抗粘连功能母料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将功能化离子液体的无水乙醇溶液与无机填料混合，加热反应，干燥，得到功能化离子液体改性无机填料；
S2、将所述功能化离子液体改性无机填料与其余原料混合，挤出造粒，水冷切粒烘干，即得具有抗静电作用的抗粘连功能母料；
S2、将所述功能化离子液体改性无机填料与其余原料混合，挤出造粒，水冷切粒烘干，即得具有抗静电作用的抗粘连功能母料。
其中，功能化离子液体的无水乙醇溶液的制备方法为常规方法，具体可以为：将功能化离子液体充分溶解于无水乙醇中，即得；其中功能化离子液体与无水乙醇的质量比可以为1：(50-150)。
优选地，所述步骤S1中，加热反应的反应温度为60-80℃，反应时间为2-4h；优选地，所述步骤S1中，干燥条件为90-100℃干燥10-12h；优选地，所述步骤S2中，混合时间为5-10min；优选地，所述步骤S2中，采用双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出机的温度为160-235℃。
一种BOPP薄膜，包括芯层和表层，所述薄膜的至少一个表层的原料包括所述的功能母料；优选地，所述功能母料的质量占其所在表层总质量的2.5-3.5％。
本发明的有益效果如下：
本发明选择具有特定结构的离子液体，同时含有亲水性和疏水性基团或链段，一方面，与无机填料之间可以基于氢键相互作用进行负载；另一方面，离子液体中的极性基团能与无机填料表面的活性羟基基团反应，可以显著削弱无机填料自身间的相互作用，降低填料团聚而带来的固体网络化效应，改善填料分散性。疏水性的烷基与聚丙烯基体均为非极性，二者以物理缠绕吸附方式结合，从而侧面提高了无机填料与聚丙烯基体之间的界面结合力。在此基础上，本发明引入的聚合物型相容剂，能进一步能改善无机填料粒子在聚丙烯基体中的分散均匀性，并且能增强无机填料粒子与聚丙烯之间的界面结合力，在薄膜生产过程中粒子不易发生脱落而影响抗粘效果。
此外，离子液体作为一种完全有阴阳离子组成的物质，具有蒸气压低、不易燃以及高热稳定性和化学稳定性等特性，更重要的是能吸附空气中的水分，使材料表面具有较高的导电能力，可加速静电荷的泄漏，抑制静电的产生和积累，起到优异的抗静电效果。
本发明制得的母料低添加量即可实现薄膜抗静电与抗粘连的技术效果，用于制备BOPP薄膜，可以明显提高薄膜抗静电性能并降低表面摩擦系数，并且具有高透光率等特点，由于将抗静电与抗粘连作用集中在同一功能母料中，可以提高薄膜的生产安全稳定性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料5％、功能化离子液体2％、相容剂2％、润滑剂0.35％、抗氧剂0.35％、载体树脂90.3％。
其中，载体树脂为均聚聚丙烯，密度为0.900g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为10g/10min；无机填料为球形二氧化硅，平均粒径为5μm；功能化离子液体为1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐；相容剂为PP-g-MAH，MAH的接枝率为1.0wt％；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
具有抗静电作用的抗粘连功能母料制备方法如下：
S1、将功能化离子液体充分溶解于无水乙醇中，功能化离子液体与无水乙醇质量比为1:100，得到功能化离子液体的无水乙醇溶液，与无机填料混合，在80℃的恒温水浴中反应3h，在90℃的真空烘箱中干燥12h，得到功能化离子液体改性无机填料；
S2、将所述功能化离子液体改性无机填料与其余原料混合8min，采用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的温度为160-235℃，水冷切粒烘干，即得具有抗静电作用的抗粘连功能母料。
实施例2
一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料2％、功能化离子液体1％、相容剂1％、润滑剂0.1％、抗氧剂0.1％、载体树脂95.8％。
其中，载体树脂为均聚聚丙烯，密度为0.905g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为6.5g/10min；无机填料为球形碳酸钙，平均粒径为4μm；功能化离子液体为1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐；大分子偶联剂为PP-g-GMA，GMA的接枝率为0.8wt％；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
本实施例功能母料的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料6％、功能化离子液体4％、相容剂3％、润滑剂0.5％、抗氧剂0.5％、载体树脂86％。
其中，载体树脂为三元共聚聚丙烯，密度为0.906g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为12g/10min；无机填料为球形二氧化硅，平均粒径为6μm；功能化离子液体为1-羟乙基-3-甲基咪唑氯盐；大分子偶联剂为PP-g-GMA，GMA的接枝率为0.8wt％；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
本实施例功能母料的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料3％、功能化离子液体1.25％、相容剂1.5％、润滑剂0.3％、抗氧剂0.35％、载体树脂93.6％。
其中，载体树脂为均聚聚丙烯，密度为0.905g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为7g/10min；无机填料为球形二氧化硅，平均粒径为6μm；功能化离子液体为1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐；大分子偶联剂为PP-g-MAH，MAH的接枝率为1.0wt％；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
本实施例功能母料的制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料5％、功能化离子液体1.6％、相容剂3％、润滑剂0.35％、抗氧剂0.35％、载体树脂89.7％。
其中，载体树脂为均聚聚丙烯，密度为0.906g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为9g/10min；无机填料为球形二氧化硅，平均粒径为5μm；功能化离子液体为1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯盐；相容剂为PP-g-MAH，MAH的接枝率为1.0wt％；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
本实施例功能母料的制备方法与实施例1相同。
实施例6
实施例6与实施例1相比，区别仅在于：功能化离子液体为1-羟乙基-3-甲基咪唑氯盐。
实施例7
实施例7与实施例1相比，区别仅在于，功能化离子液体为1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯盐。
对比例1
一种功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料5％、相容剂2％、润滑剂0.35％、抗氧剂0.35％、载体树脂92.3％。
其中，载体树脂为均聚聚丙烯，密度为0.900g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为10g/10min；无机填料为球形二氧化硅，平均粒径为5μm；相容剂为PP-g-MAH，MAH的接枝率为1.0wt％；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
功能母料的制备方法如下：
将载体树脂与无机填料、相容剂、润滑剂、抗氧剂混合8min，采用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的温度为160-235℃，水冷切粒烘干，即得功能母料。
对比例2
一种功能母料，其原料按质量百分比计包括：无机填料5％、功能化离子液体2％、润滑剂0.35％、抗氧剂0.35％、载体树脂92.3％。
其中，载体树脂为均聚聚丙烯，密度为0.900g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为10g/10min；无机填料为球形二氧化硅，平均粒径为5μm；功能化离子液体为1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐；相容剂为PP-g-MAH，MAH的接枝率为1.0wt％；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
功能母料的制备方法与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1相比，区别仅在于：用1-丙基-3-甲基咪唑氯盐替代实施例1中的功能化离子液体。
对本发明实施例以及对比例所得功能母料进行测试与评价。
将实施例和对比例中制备的功能母料用于BOPP薄膜，薄膜厚度20μm，为三层共挤结构，内表层与外表层厚度均为0.90μm，其余厚度为芯层。内、外表层为功能母料添加层，功能母料占所在表层总质量的3％，内表层为电晕处理面。
对薄膜生产后1周、2周、4周后的性能进行测试，其中表面电阻率测试依据GB/T1410-2006，摩擦系数测试依据GB/T 10006-1988，透光率与雾度测试依据GB/T 2410-2008。
各实施例和对比例制备的薄膜性能检测结果如表1所示：
表1实施例BOPP薄膜性能测试结果
Figure BDA0003018891300000091
Figure BDA0003018891300000101
通过实施例与对比例功能母料制备所得BOPP薄膜产品性能的比较可知：功能化离子液体在该功能母料能显著降低薄膜添加层的表面电阻率，并且经长期时效处理后仍具有良好的抗静电效果，说明这类离子液体具有长效抗静电作用；此外，经过功能化离子液体以及相容剂双重作用，本发明的无机填料的分散均匀性提高，宏观表现为薄膜摩擦系数明显降低，抗粘连效果优异。并且，本发明的功能母料还能赋予薄膜高透光率、低雾度等特性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其特征在于，其原料按质量百分比计包括：无机填料2-6％、功能化离子液体1-4％、相容剂0.5-3％，余量为载体树脂；
所述功能化离子液体为含功能基团的咪唑基离子液体，所述功能基团为羟基、羧基、磺酸基中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其特征在于，所述功能化离子液体为1-羟乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯盐中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其特征在于，所述无机填料为二氧化硅、碳酸钙或其组合；优选地，所述二氧化硅为平均粒径为3-6μm的球形二氧化硅；优选地，所述碳酸钙为平均粒径为3-6μm的球形碳酸钙。
4.根据权利要求1-3任一项所述的具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其特征在于，所述相容剂为PP-g-MAH、PP-g-GMA、POE-g-GMA中的至少一种；优选地，所述PP-g-MAH中MAH的接枝率为0.5-1.0wt％；优选地，所述PP-g-GMA中GMA的接枝率为0.8-1.2wt％；优选地，所述POE-g-GMA中GMA的接枝率为0.5-1.0wt％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其特征在于，所述载体树脂为均聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯或其组合；优选地，所述载体树脂的密度为0.900-0.915g/cm3，在温度230℃、负荷2.16kg的测试条件下熔融指数为6-20g/10min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的具有抗静电作用的抗粘连功能母料，其特征在于，其原料还包括润滑剂和抗氧剂；优选地，所述润滑剂占原料总质量的0.1-0.5％，所述抗氧剂占原料总质量的0.1-0.5％；优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺；优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，其中抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:2。
7.一种如权利要求1-6任一项所述具有抗静电作用的抗粘连功能母料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将功能化离子液体的无水乙醇溶液与无机填料混合，加热反应，干燥，得到功能化离子液体改性无机填料；
S2、将所述功能化离子液体改性无机填料与其余原料混合，挤出造粒，水冷切粒烘干，即得具有抗静电作用的抗粘连功能母料。
8.根据权利要求7所述的具有抗静电作用的抗粘连功能母料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，加热反应的反应温度为60-80℃，反应时间为2-4h；优选地，所述步骤S1中，干燥条件为90-100℃干燥10-12h；优选地，所述步骤S2中，混合时间为5-10min；优选地，所述步骤S2中，采用双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出机的温度为160-235℃。
9.一种权利要求1-8任一项所述具有抗静电作用的抗粘连功能母料在BOPP薄膜制造中的应用。
10.一种BOPP薄膜，其特征在于，结构包括芯层和表层，所述薄膜的至少一个表层的原料包括权利要求1-6任一项所述的功能母料；优选地，所述功能母料的质量占其所在表层总质量的2.5-3.5％。
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