CN115584111A - 一种抗静电自润滑塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗静电自润滑塑料，其由100重量份的可降解塑料和2～20重量份的导电增塑剂制备得到。本发明还提供了抗静电自润滑塑料的制备方法。在抗静电自润滑塑料中，通过引入具有抗静电的导电增塑剂，并与可降解塑料配合，使得到的塑料同时兼具抗静电性能和自润滑性能。

Description

一种抗静电自润滑塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及可降解塑料技术领域，尤其涉及一种抗静电自润滑塑料及其制备方法。
背景技术
塑料作为人们生产生活中必不可少的合成材料，产量逐日攀升，其在给人们生活带来便利的同时也引起了诸多亟待解决的的环境污染问题。由于塑料制品通常具有优异的化学稳定性，因此其耐酸碱、抗氧化、难腐蚀且难降解。对于废旧塑料的无害化处理是目前各国面临的难点，通过燃烧处理会产生有毒有害气体，通过土壤掩埋则长时间难以腐烂。因此，在研究废旧塑料无害化处理技术的同时，通过可降解塑料的替代现有塑料制品成为国内外研究者的关注热点。
无论是传统塑料还是可降解塑料，其中的原子通过共价键连接，没有可自由移动的电子，因而具有很高的电阻率和绝缘性能。但是这种绝缘性能却使得塑料在生产、运输和使用过程中容易产生静电，从而干扰仪器信号、吸附灰尘、引起电击甚至输油管道爆炸等安全隐患。因此，对于塑料的抗静电技术研究需求越来越迫切。
通常具有高导电性的金属粉末和碳材料，往往被用作塑料抗静电改性添加剂，但其难以在母料中分散和持久稳定，而且会影响塑料本身的颜色与光泽，因此使用大大受限。除此之外，普通塑料不具有自润滑性，通过添加塑料润滑添加剂可以有效提高加工速度、降低能耗、提高产品质量，在使用过程中避免因磨损而降低产品的使用寿命。申请号为CN201610301928.2的中国专利公开了一种塑料润滑剂及其制备方法，其使用三硬脂酸甘油酯和季戊四醇硬脂酸酯作为润滑剂添加到聚乙烯中，可以有效提高塑料润滑性、减少摩擦、降低界面粘附性能，在塑料等加工中改进流动性和脱模性，但不能提高塑料的抗静电性能。申请号为CN201710670182.7的中国专利公开了一种抗静电的改性塑料的制备方法中公开的技术方案中，其将有机硅改性正硅酸乙酯预缩合前驱体以喷雾方式加入高速搅拌的石墨稀微片与碳纳米管的混合体系中，然后再与塑料粒子充分混合，再经挤出造粒，得到协同抗静电改性塑料，虽然分散性得到一定改善，但还是难以达到液体互混的状态，同时会对塑料颜色产生较大的影响。
因此开发一种兼具抗静电和自润滑性能的可降解塑料具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种兼具抗静电和自润滑的塑料。
有鉴于此，本申请提供了一种抗静电自润滑塑料，由以下原料制备得到：
可降解塑料 100重量份；
导电增塑剂 2～20重量份。
优选的，所述导电增塑剂的制备方法具体为：
将乙酰柠檬酸三丁酯、离子盐和耐寒剂混合，反应，得到导电增塑剂。
优选的，所述离子盐选自双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂和四氟硼酸锂中的一种。
优选的，所述耐寒剂选自己二酸二辛脂、壬二酸二辛脂和己二酸二异癸酯中的一种。
优选的，所述反应在50～100℃油浴中进行，所述反应的时间为1～5h。
优选的，所述乙酰柠檬酸三丁酯、离子盐和耐寒剂的质量比为(2～10):1:1。
优选的，所述可降解塑料选自聚己内酯、聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯中的一种。
优选的，所述导电增塑剂的含量为5～15重量份。
本申请还提供了所述的抗静电自润滑塑料的制备方法，包括：
按照重量份配比，将可降解塑料和导电增塑剂混合后加热，冷却后得到抗静电自润滑塑料。
优选的，所述加热的温度为100～200℃。
本发明提供了一种抗静电自润滑塑料，其由100重量份的可降解塑料和2～20重量份的导电增塑剂制备得到。在抗静电自润滑塑料中，通过引入具有抗静电的导电增塑剂，并与可降解塑料配合，使得到的塑料同时兼具抗静电性能和自润滑性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备导电增塑剂的原料与产物的红外光谱图(4000～2000cm-1)：a、双三氟甲磺酰亚胺锂；b、乙酰柠檬酸三丁酯；c、己二酸二辛脂；d、产物；
图2为本发明实施例1中制备导电增塑剂的原料与产物的红外光谱图(2000～400cm-1)：a、双三氟甲磺酰亚胺锂；b、乙酰柠檬酸三丁酯；c、己二酸二辛脂；d、产物；
图3为本发明实施例与对比例样块的表面电阻率测试结果；
图4为本发明实施例2～实施例4和对比例1在相同实验条件下的摩擦系数随时间变化的曲线图；
图5为实施例5～实施例7和对比例1在相同实验条件下摩擦系数随时间变化的曲线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于现有技术中塑料制品不能同时兼具抗静电性能和自润滑性能的问题，本发明提供了一种抗静电自润滑塑料，其通过引入导电增塑剂，使该种塑料同时兼具抗静电性和自润滑性，且该种抗静电自润滑塑料本身色泽不受影响。具体的，本发明实施例公开了一种抗静电自润滑塑料，由以下原料制备得到：
可降解塑料 100重量份；
导电增塑剂 2～20重量份。
在本发明提供的抗静电自润滑塑料中，所述导电增塑剂的制备方法具体为：
将乙酰柠檬酸三丁酯、离子盐和耐寒剂混合，反应，得到导电增塑剂。
在上述制备导电增塑剂的过程中，乙酰柠檬酸三丁酯和离子盐反应，而使增塑剂导电，同时耐寒剂能够提供更多的反应C＝O键，促进离子盐和增塑剂反应，还可进一步降低增塑剂的粘度。在本发明中，增塑剂选自乙酰柠檬酸三丁酯，导电率低的增塑剂有很多，但是其他增塑剂与离子盐、耐寒剂反应后粘度很大，对塑料制品的性能产生不良影响。所述耐寒剂选自己二酸二辛脂、壬二酸二辛脂和己二酸二异癸酯中的一种；在具体实施例中，所述耐寒剂选自己二酸二辛脂；在本发明中，所述耐寒剂提供了反应的基团，可促进离子盐与增塑剂反应。所述离子盐选自双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂和四氟硼酸锂中的一种，在具体实施例中，所述离子盐选自双三氟甲磺酰亚胺锂。本发明中，所述乙酰柠檬酸三丁酯、离子盐和耐寒剂的质量比为(2～10):1:1。所述反应在50～100℃油浴中进行，所述反应的时间为1～5h；更具体地，所述质量比为3:1:1，所述反应的温度为80℃，时间为2h。
在本发明中，所述可降解塑料可选自聚己内酯、聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯中的一种。所述导电增塑剂的含量为2～20重量份，更具体地，所述导电增塑剂的含量为5～15重量份。
本发明还提供了抗静电自润滑塑料的制备方法，包括：
按照重量份配比，将可降解塑料和导电增塑剂混合后加热，冷却后得到抗静电自润滑塑料。
在制备抗静电自润滑塑料的过程中，本发明将可降解塑料和导电增塑剂按照配比混合加热至熔融状态，冷却后，即得到塑料制品。在此过程中，所述加热的温度为100～200℃，更具体地，所述加热的温度为120～180℃。
本发明提供的抗静电自润滑塑料同时具有抗静电和自润滑性能，且满足可降解塑料的要求，且制品外观为母料本身颜色，不会影响对颜色有要求的使用场景。该方案合成原料来源广泛，成本低廉，合成容易且可降解，在自润滑和抗静电领域具有广阔的应用前景。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的抗静电自润滑塑料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
取30.0g的增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯，向其加入10.0g双三氟甲磺酰亚胺锂，待其搅拌分散后，逐滴滴加10.0g耐寒剂己二酸二辛脂，然后在80℃油浴控温下搅拌2h，直至溶液完全澄清，之后再经100℃真空干燥12h后，得到改性增塑剂。
实施例2
一种抗静电自润滑塑料，由下列原料按照质量份数配比制成：100质量份的聚己内酯(Mn＝38000)颗粒，5质量份实施例1的改性增塑剂；制备步骤为：先将上述原料混合后加热，在120℃下熔融混合，然后将其注入内径为
Figure BDA0003915347150000051
的模具腔中，密闭冷却至常温，得到抗静电自润滑塑料样块。
实施例3
一种抗静电自润滑塑料，由下列原料按照质量份数配比制成：100质量份的聚己内酯(Mn＝38000)颗粒，10质量份实施例1的改性增塑剂；制备步骤为：先将上述原料混合后加热，在120℃下熔融混合，然后将其注入内径为
Figure BDA0003915347150000052
的模具腔中，密闭冷却至常温，得到抗静电自润滑塑料样块。
实施例4
一种抗静电自润滑塑料，由下列原料按照质量份数配比制成：100质量份的聚己内酯(Mn＝38000)颗粒，15质量份实施例1的改性增塑剂；制备步骤为：先将上述原料混合后加热，在120℃下熔融混合，然后将其注入内径为
Figure BDA0003915347150000061
的模具腔中，密闭冷却至常温，得到抗静电自润滑塑料样块。
实施例5
一种抗静电自润滑塑料，由下列原料按照质量份数配比制成：100质量份的聚己内酯(Mn＝80000)颗粒，5质量份实施例1的改性增塑剂；制备步骤为：先将上述原料混合后加热，在120℃下熔融混合，然后将其注入内径为
Figure BDA0003915347150000062
的模具腔中，密闭冷却至常温，得到抗静电自润滑塑料样块。
实施例6
一种抗静电自润滑塑料，由下列原料按照质量份数配比制成：100质量份的聚己内酯(Mn＝80000)颗粒，10质量份实施例1的改性增塑剂；制备步骤为：先将上述原料混合后加热，在120℃下熔融混合，然后将其注入内径为
Figure BDA0003915347150000064
的模具腔中，密闭冷却至常温，得到抗静电自润滑塑料样块。
实施例7
一种抗静电自润滑塑料，由下列原料按照质量份数配比制成：100质量份的聚己内酯(Mn＝80000)颗粒，15质量份实施例1的改性增塑剂；制备步骤为：先将上述原料混合后加热，在120℃下熔融混合，然后将其注入内径为
Figure BDA0003915347150000065
的模具腔中，密闭冷却至常温，得到抗静电自润滑塑料样块。
对比例1
制备步骤为：将聚己内酯(Mn＝38000)颗粒加热，在120℃下熔融混合，然后将其注入内径为
Figure BDA0003915347150000063
的模具腔中，密闭冷却至常温，得到塑料测试样块。
对比例2
取30.0g的增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，向其加入10.0g双三氟甲磺酰亚胺锂，待其搅拌分散后，逐滴滴加10.0g耐寒剂己二酸二辛脂，然后在80℃油浴控温下搅拌2h，直至溶液完全澄清，之后再经100℃真空干燥12h后，得到改性增塑剂，产物粘度较大。
对比例3
取30.0g的增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，向其加入10.0g三氟甲磺酸锂，待其搅拌分散后，逐滴滴加10.0g耐寒剂己二酸二辛脂，然后在80℃油浴控温下搅拌2h，直至溶液完全澄清，之后再经100℃真空干燥12h后，得到改性增塑剂，产物粘度较大。
对上述实施例和对比例制备的改性增塑剂、塑料测试样块进行性能检测，具体如下所述：
1)导电增塑剂结构表征
通过Bruker Tensor 27傅里叶红外光谱仪测定实施例1中的各反应物和产物的红外光谱，结果如图1和图2所示；其中1745cm-1附近是酯键中C＝O键的伸缩振动峰；当加入双三氟甲磺酰亚胺锂后，红外光谱中出现一处均不属于三种物质的吸收峰，位于1707cm-1处(图2d)，从而导致原先的吸收峰宽化；这是由于双三氟甲磺酰亚胺锂的存在使得C＝O键的振动峰向低波数移动，即Li+与羰基氧形成了共轭作用，电子云密度降低，向低波数移动。同时在2906cm-1处出现一均不属于三种物质的吸收峰(图1)，2968cm-1和509cm-1处吸收峰均发生了移动(图2)。综上所述，本方案实施例1制备过程并不是简单的溶解，而是发生了化学反应生成的新物质；同时耐寒剂己二酸二辛脂的加入能够提供更多可供反应的C＝O键，促进离子盐与增塑剂的反应，同时可以降低改性增塑剂的粘度，易于后期加工。
2)导电性测试
本发明通过引入双三氟甲磺酰亚胺离子或三氟甲磺酸离子，对增塑剂结构进行改性，使其分子部分极化，从而提高其导电性。
取实施例1、对比例2和对比例3中改性增塑剂3mL，利用雷磁DDSJ-308A型电导率仪在25℃下进行测试，结果如表1所示。(注：乙酰柠檬酸三丁酯、己二酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯电导率均<10-9S/cm)
表1改性增塑剂电导率数据表
Figure BDA0003915347150000071
Figure BDA0003915347150000081
通过本发明的制备方法，实施例1、对比例2和对比例3均能够将对应的增塑剂导电化改性，但对比例2和对比例3导电性略低且其粘度较大。因此选择实施例1作为改性增塑剂与PCL混炼制备抗静电塑料。
取实施例2～7和对比例1样块，利用GEST-121体积表面电阻率测试仪，按IEC60093要求进行测试表面电阻率，结果如表2和图3所示。
表2实施例与对比例样块的表面电阻率数据表
Figure BDA0003915347150000082
由表2和图3可知，在100V的测试电压下，聚己内酯的表面电阻率为4.56×1013Ω，添加5质量份改性增塑剂的聚己内酯表面电阻率约为1010Ω，降低了三个数量级；添加10质量份改性增塑剂的聚己内酯表面电阻率约为109Ω，降低了四个数量级；添加15质量份改性增塑剂的聚己内酯表面电阻率约为108Ω，降低了五个数量级。在500V的测试电压下，虽然测试结果略有变化，但数量级不变。因此，添加5～15质量份改性增塑剂的聚己内酯均具有良好的抗静电性能。
3)自润滑性能测试
采用UMT-2型摩擦磨损试验机，将实施例2～7和对比例1的样块在10N、10Hz的测试条件下，往复摩擦30min，记录其摩擦系数随时间的变化过程，平均摩擦系数如表3所示，摩擦系数变化曲线如图4和图5所示。
表3实施例与对比例样块的自润滑性能数据表
Figure BDA0003915347150000091
由表3、图4和图5可知，对比例样块的摩擦系数在开始测试阶段迅速升高到0.4附近，然后在此范围内剧烈波动；说明对比例样块不具有自润滑性能，实际使用中会严重影响其性能；而在实施例中，所有塑料样块的摩擦系数均小于对比例并且低于0.2，添加15质量份改性增塑剂的聚己内酯塑料样块摩擦系数仅为0.05左右，且随时间平稳变化，说明实施例具有优异的自润滑性能。具有更低摩擦系数的塑料在加工和使用过程能够降低磨损，减少能量损耗；同时诸多研究表明，聚己内酯塑料具有优异的力学性能、生物相容性和可完全降解性，废旧塑料可以无害化处理，是一种环境友好的可降解塑料。
综上所述，本发明的可降解塑料同时具有良好的抗静电性能和自润滑性能。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种抗静电自润滑塑料，由以下原料制备得到：
可降解塑料 100重量份；
导电增塑剂 2～20重量份。
2.根据权利要求1所述的抗静电自润滑塑料，其特征在于，所述导电增塑剂的制备方法具体为：
将乙酰柠檬酸三丁酯、离子盐和耐寒剂混合，反应，得到导电增塑剂。
3.根据权利要求2所述的抗静电自润滑塑料，其特征在于，所述离子盐选自双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂和四氟硼酸锂中的一种。
4.根据权利要求2所述的抗静电自润滑塑料，其特征在于，所述耐寒剂选自己二酸二辛脂、壬二酸二辛脂和己二酸二异癸酯中的一种。
5.根据权利要求2所述的抗静电自润滑塑料，其特征在于，所述反应在50～100℃油浴中进行，所述反应的时间为1～5h。
6.根据权利要求2所述的抗静电自润滑塑料，其特征在于，所述乙酰柠檬酸三丁酯、离子盐和耐寒剂的质量比为(2～10):1:1。
7.根据权利要求1或2所述的抗静电自润滑塑料，其特征在于，所述可降解塑料选自聚己内酯、聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的抗静电自润滑塑料，其特征在于，所述导电增塑剂的含量为5～15重量份。
9.权利要求1所述的抗静电自润滑塑料的制备方法，包括：
按照重量份配比，将可降解塑料和导电增塑剂混合后加热，冷却后得到抗静电自润滑塑料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为100～200℃。
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