CN115850840A - 一种用于聚乙烯薄膜的永久抗静电母料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于聚乙烯薄膜的永久抗静电母料，按照质量百分比计，主要包括聚乙烯70～80％，永久抗静电剂20～30％；所述永久抗静电剂的制备方法如下：将乙烯和甲基乙烯酰氧乙基三甲基氯化铵进行聚合反应，得到分子量为20000～25000的聚合产物。本发明开发了一种新的针对聚乙烯的永久抗静电剂，实验证明：采用本发明的母料制备的薄膜的表面电阻可以控制在105左右，满足永久抗静电的要求。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种用于聚乙烯的永久抗静电母料、制备方法及聚乙烯薄膜。
背景技术
聚乙烯(polyethylene，简称PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差于聚合物的化学结构和加工条。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法加工。其用途十分广泛，主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。
对于聚乙烯而言，其本身具有良好的电绝缘性能，其薄膜表面易聚集净电荷，从而影响薄膜制品的使用，现有技术中，解决薄膜表面净电荷的方法主要为添加抗静电剂。抗静电剂可分为普通的抗静电剂和永久型的抗静电剂两大类，前者时效为3～5个月。对于普通的抗静电剂而言，根据使用方式的不同，可以分为外涂型和内混型两种：外涂型抗静电剂是指涂在高分子材料表面所用的一类抗静电剂，一般通过涂布、喷涂或浸渍等方法使之附着在高分子材料表面，再经过室温或热空气干燥而形成抗静电涂层，此种多为阳离子型抗静电剂；内混型抗静电剂是指在制品的加工过程中添加到树脂内的一类抗静电剂，一般以非离子型和阴离子型为主。
由于普通抗静电剂的时效一般为3～5个月，表面电阻率一般在1013～1015Ω·m，对于特殊的长时间使用的制品，这个时效时间并不满足，因此需要采用永久抗静电剂。现有的永久抗静电剂主要是增强型的导电材料、导电粉末作为抗静电填料，主要选自炭系粉末、碳系纤维、金属粉末、金属纤维中的一种或几种组合物。例如，中国发明专利CN104403175A公开了一种永久抗静电的聚烯烃母料，其主要采用的抗静电剂是导电材料和增强型导电粉末作为抗静电填料。又如，中国发明专利CN108084567A公开了一种用于聚乙烯的低雾度抗粘连母料及其制备方法，其采用一种有机硅微球来作为抗粘连剂。然而，这些添加型的永久抗静电剂往往需要较大的添加量，这就需要加入大量的分散剂，不仅加工工艺复杂，成本高，综合性能差，而且较大的添加量很容易影响产品的雾度。
因此，开发一种新的用于聚乙烯的永久抗静电母料，并使由该母料制得得聚乙烯薄膜同时达到优良得抗静电性能和低雾度，显然具有积极的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于聚乙烯的永久抗静电母料、制备方法及聚乙烯薄膜。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种用于聚乙烯薄膜的永久抗静电母料，按照质量百分比计，主要包括聚乙烯70～80％，永久抗静电剂20～30％；
所述永久抗静电剂的制备方法如下：将乙烯和甲基乙烯酰氧乙基三甲基氯化铵进行聚合反应，得到分子量为20000～25000的聚合产物。
所述聚乙烯的分子量为15000～19000。
优选地，所述聚乙烯的分子量为15000～16000。
优选地，还含有增韧剂，以质量计，增韧剂的添加量为1～1.5％。优选为1～1.2％。
优选地，所述增韧剂为硅烷接枝聚乙烯增韧剂。所述硅烷接枝聚乙烯增韧剂是现有技术，可以由如下组分通过接枝交联反应制备得到：组分A 100份、硅烷0.2～5份、引发剂0.05～0.5份；其中，所述组分A选自均聚聚乙烯、共聚聚乙烯和茂金属聚乙烯中的一种或几种；组分A的DSC熔点为120～135℃，熔体流动速率为1～2g/10min，密度为0.9～0.959g/cm3。
优选地，所述母料190℃和2.16公斤载荷条件下的熔融指数为2～4克/分钟。
优选地，还含有相容剂，以质量计，其添加量为2～4％。所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。该物质是现有技术。
本发明同时请求保护一种永久抗静电母料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备聚乙烯：以乙烯为单体，制备分子量为15000～19000的聚乙烯；
(2)制备永久抗静电剂：以乙烯和甲基乙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，进行嵌段聚合，得到分子量为20000～25000的聚合产物；
(3)将步骤(1)和(2)制备的聚乙烯和永久抗静电剂、以及相容剂、增韧剂混合均匀，注入至串联的双阶挤出机中形成均匀混合的熔体，在第二段挤出机的前段处注入超临界二氧化碳与熔体混合均匀，经模头挤出，冷却、切粒、干燥，即可得到所述母料。
所述挤出机为双螺杆挤出机。所述挤出机机头的温度为160～200℃，所述双螺杆挤出机转速为100r/min。
优选地，所述超临界二氧化碳的注入量为10～50g/min，注入压力为15～25MPa。
本发明同时请求保护一种聚乙烯薄膜，包括上述母料，上述母料的质量百分比为10～30％。
通过采用以上技术方案，本发明取得了以下技术效果：
1.本发明开发了一种新的针对聚乙烯的永久抗静电剂，先将乙烯和甲基乙烯酰氧乙基三甲基氯化铵进行聚合反应，得到分子量为20000～25000的聚合产物，然后将其与聚乙烯混合，即可得到具有永久抗静电性能的母料；实验证明：采用本发明的母料制备的薄膜的表面电阻可以控制在105左右，满足永久抗静电的要求；
2.实验发现：本发明的永久抗静电剂需要较大的添加量，为了和聚乙烯很好的相融，需加入相容剂，但因为控制了永久抗静电剂的分子量，没有出现因为添加量大而导致的雾度高的问题；
3.本发明的制备方法简单易行，成本较低，适于推广应用。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
实施例1
1.制备永久抗静电剂
以乙烯和甲基乙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，进行嵌段聚合，控制聚合度，得到分子量为20000～23000的聚合产物；即得到永久抗静电剂。
2.制备母料
母料由如下组分组成：按照质量百分比计，聚乙烯70％，永久抗静电剂27％，增韧剂1％，相容剂2％；所述增韧剂为硅烷接枝聚乙烯增韧剂；所述聚乙烯的分子量为15000～17000，采用均聚聚乙烯；所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
将上述聚乙烯、增韧剂和永久抗静电剂混合均匀，熔融、充分混合分散，形成均匀的分散体系；注入至串联的双阶挤出机中形成均匀混合的熔体，在第二段挤出机的前段处注入超临界二氧化碳与熔体混合均匀，经模头挤出，冷却、切粒、干燥，即可得到所述母料。
所述挤出机为双螺杆挤出机；所述挤出机机头的温度为180～200℃，所述双螺杆挤出机转速为100r/min。所述超临界二氧化碳的注入量为45g/min，注入压力为18MPa。
3.制备聚乙烯薄膜
具体的制备方法为：将上述母料按照质量百分比为15％的添加量添加至聚乙烯中，通过喂料机将母料和聚乙烯注入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔体挤出温度为190～220℃；将熔体经过急冷辊冷却成铸片，先通过纵向拉伸，拉伸温度为170～180℃，冷却至140～160℃在进行横向拉伸，定性温度为110～120℃，薄膜进入牵引机，牵引辊温度维持在20～40℃，展平后进行收卷，得到的薄膜经过时效一周后进行性能测定。薄膜厚度为100微米。
实施例2
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备永久抗静电剂的过程中，控制聚合度，得到分子量为23000～25000的聚合产物；即得到永久抗静电剂。
对比例1
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备永久抗静电剂的过程中，控制聚合度，得到分子量为17000～20000的聚合产物；即得到永久抗静电剂。
对比例2
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备永久抗静电剂的过程中，控制聚合度，得到分子量为15000～17000的聚合产物；即得到永久抗静电剂。
对比例3
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备永久抗静电剂的过程中，控制聚合度，得到分子量为26000～30000的聚合产物；即得到永久抗静电剂。
对比例4
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备永久抗静电剂的过程中，控制聚合度，得到分子量为30000～35000的聚合产物；即得到永久抗静电剂。
将上述实施例和对比例得到的薄膜进行性能测试，结果参见下表：
由上表可见，永久抗静电剂的分子量对母料的表面电阻有很大的影响，实验发现，只有在分子量在20000～25000之间的聚合产物才能较好的控制母料的表面电阻，当分子量超出上述范围时，虽然也有一定的抗静电性能，但效果差很多。此外，在相同的添加量下(聚乙烯70％、永久抗静电剂27％)不同分子量的永久抗静电剂对雾度略有影响，分子量越大，雾度越大，而对拉伸强度的影响不大。
上述物性参数的检测方法如下：
表面电阻：参见国家标准GB/T1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法。
雾度：参见国家标准GB/T2410-2008透明塑料透光率和雾度的测定。
拉伸强度：测定依照国家标准GB 13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》中对拉伸强度的测定方法。
实施例3
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯72％，永久抗静电剂25％，增韧剂1％，相容剂2％。
实施例4
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯75％，永久抗静电剂22％，增韧剂1％，相容剂2％。
实施例5
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯80％，永久抗静电剂16％，增韧剂1％，相容剂3％。
对比例5
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯68％，永久抗静电剂28％，增韧剂1％，相容剂3％。
对比例6
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯60％，永久抗静电剂36％，增韧剂1％，相容剂3％。
对比例7
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯82％，永久抗静电剂14％，增韧剂1％，相容剂3％。
对比例8
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯85％，永久抗静电剂11％，增韧剂1％，相容剂3％。
对比例9
与实施例1相同，唯一不同之处在于在制备母料的过程中，调整聚乙烯和永久抗静电剂的比例。本实施例中，聚乙烯90％，永久抗静电剂7％，增韧剂1％，相容剂2％。
将上述实施例和对比例得到的薄膜进行性能测试，结果参见下表：
由上表可见，永久抗静电剂和聚乙烯的比例对母料的表面电阻有很大的影响，实验发现，当两者的取值范围在(聚乙烯70～80％、永久抗静电剂20～30％)这个区间时，才能得到较好的表面电阻；当超出这个范围时，抗静电性能差很多；同时，永久抗静电剂的添加量对雾度也会产生一定的影响，但加入相容剂之后，雾度的影响不是很大，这可能是因为控制了聚合物的分子量的缘故。
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 (9)
1.一种用于聚乙烯薄膜的永久抗静电母料，其特征在于，按照质量百分比计，主要包括聚乙烯70～80％，永久抗静电剂20～30％；
所述永久抗静电剂的制备方法如下：将乙烯和甲基乙烯酰氧乙基三甲基氯化铵进行聚合反应，得到分子量为20000～25000的聚合产物。
所述聚乙烯的分子量为15000～19000。
2.如权利要求1所述的永久抗静电母料，其特征在于，还含有增韧剂，以质量计，增韧剂的添加量为1～1.5％。
3.如权利要求2所述的永久抗静电母料，其特征在于，所述增韧剂为硅烷接枝聚乙烯增韧剂。
4.如权利要求1所述的永久抗静电母料，其特征在于，所述母料190℃和2.16公斤载荷条件下的熔融指数为2～4克/分钟。
5.如权利要求1所述的永久抗静电母料，其特征在于，还含有相容剂，以质量计，其添加量为2～4％。
6.如权利要求5所述的永久抗静电母料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
7.如权利要求1-6任一所述的永久抗静电母料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备聚乙烯：以乙烯为单体，制备分子量为15000～19000的聚乙烯；
(2)制备永久抗静电剂：以乙烯和甲基乙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体，进行嵌段聚合，得到分子量为20000～25000的聚合产物；
(3)将步骤(1)和(2)制备的聚乙烯和永久抗静电剂、以及相容剂、增韧剂混合均匀，注入至串联的双阶挤出机中形成均匀混合的熔体，在第二段挤出机的前段处注入超临界二氧化碳与熔体混合均匀，经模头挤出，冷却、切粒、干燥，即可得到所述母料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述超临界二氧化碳的注入量为10～50g/min，注入压力为15～25MPa。
9.一种聚乙烯薄膜，包括如权利要求1-6任一项所述的母料或权利要求7-8任一所述的制备方法得到的母料，上述母料的质量百分比为10～30％。
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