CN115926314A - 一种抗静电的pp材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种抗静电的PP材料及其制备方法和应用。PP材料包括聚丙烯、复合抗静电剂；复合抗静电剂包括非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂；高分子型永久性抗静电剂为聚醚型抗静电剂；聚丙烯、非离子型抗静电剂和聚醚型抗静电剂的添加比例为(7‑9):(0.3‑1.2):(0.1‑0.8)。PP材料还包括POE、填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂。本发明还提供一种导静电的PP材料的制备方法。本发明通过聚丙烯和复合抗静电剂按一定比例复配，协同作用，使得PP材料具有良好的导静电性能，另外，本发明抗静电的PP材料中还加入POE材料，使得PP材料兼具良好的抗静电性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种抗静电的PP材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着各类家电及汽车等工业的发展，相应的塑料产品及种类也得到快速发展，聚丙烯(PP)材料具有良好的物理性能和易成型性能，易于根据使用需求做相关改性，在家电、汽车等众多领域得到广泛应用。
然而，由于PP分子内部缺少极性基团，吸湿性差，导致PP材料具有很高的表面电阻率和体积电阻率，而静电释放量与电阻率是负相关的关系，表面电阻越大，静电释放越少，表面静电障碍程度也越大。塑料制品在制造、包装、运输和使用过程中，会产生大量静电荷，由于摩擦、接触分离等方式产生的静电荷很难消失，使塑料制品表面积累大量的静电荷，当静电障碍严重时，积累的电荷就会产生静电现象，极易吸附空气中细小的带电粉尘，造成表面脏污，影响美观，甚至产生火花、起火，存在安全隐患。所以，通常在PP材料中添加抗静电成分来提高材料的抗静电效果。
目前，抗静电剂主要分三类：表面活性剂型抗静电剂，添加比例少，价格低廉，抗静电效果好，但是随着表面活性剂的不断消耗，抗静电效果会逐渐降低；高分子型永久性抗静电剂，属于亲水性聚合物，分子量大，抗静电效果持久，不受擦拭和洗涤等条件影响，但抗静电效果小于表面活性剂型，要达到明显的抗静电效能，添加量比较大，而当添加量大时又会影响材料性能，如力学性能；导电填料类，同等添加量下，材料的抗静电性能更优异，但因导电填料如导电炭黑、碳纤维、金属粉等，多有颜色，只能在特定颜色的材料中应用，且易影响材料性能，所以限制了其应用范围。
因此，亟需提供一种PP材料，其具有优良的抗静电性且力学性能良好。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。本发明提供一种抗静电的PP材料及其制备方法和应用，该PP材料具有优良的导静电性和力学性能。
本发明的发明构思：本发明采用非离子型抗静电剂和聚醚型的高分子型永久性抗静电剂的复合抗静电剂，兼具非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的优点，可以达到优异的抗静电效果。并且聚丙烯、非离子型抗静电剂和聚醚型的高分子型永久性抗静电剂以一定的添加比例(7-9):(0.3-1.2):(0.1-0.8)复配，各组分协同作用，使得PP材料具有良好的抗静电性能和力学性能，另外，抗静电PP材料中还加入POE弹性复合材料，有利于提高材料的力学性能。
因此，本发明提供一种抗静电的PP材料。
具体的，制备所述抗静电的PP材料的原料包括聚丙烯、复合抗静电剂；
所述复合抗静电剂包括非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂；
所述高分子型永久性抗静电剂为聚醚型抗静电剂；
所述聚丙烯、非离子型抗静电剂和聚醚型抗静电剂的添加比例为(7-9):(0.3-1.2):(0.1-0.8)。
具体的，非离子型抗静电剂其亲水基团不会电离，结构中通常有羟基，酯键以及醚键作为亲水基团，在高分子材料表面形成水层起到抗静电的效果，并且非离子型抗静电剂具有良好的热稳定性，无毒无害。
具体的，高分子永久型抗静电剂主要是在制品表层呈微细的层状或筋状分布，构成导电性表层,而在中心部分几乎呈球状分布,形成所谓的“芯壳结构”，并以此为通路泄漏静电荷。因为高分子永久型抗静电剂是以降低材料体积电阻率来达到抗静电效果，不完全依赖表面吸水，所以受环境湿度影响比较小。当其和高分子基体共混后，可以在聚合物基体中形成三维的离子导电网络结构，降低基体本身的体积电阻率。和离子型抗静电剂相比，高分子永久型抗静电剂不需要在材料表面形成亲水层达到抗静电的效果，也不会随着使用时间延长迁移到材料表面而有所损失，所以抗静电作用更加持久。
优选的，所述非离子型抗静电剂选自多元醇脂肪类、硬脂酸聚乙二醇酯、硬脂酸聚甘油酯、山梨糖醇会乙醇酰胺中的至少一种。
优选的，所述聚醚型抗静电剂选自聚环氧乙烷、聚醚酰胺、聚醚酰胺亚胺中的至少一种。
优选的，按重量份计，所述PP材料的原料包括：聚丙烯70-90份、非离子型抗静电剂0.05-12份、聚醚型抗静电剂0.05-8份。
优选的，所述抗静电的PP材料的原料还包括POE、填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂。
具体的，所述POE是聚乙烯辛烯共弹性体，是一种弹性复合材料，具有良好的回弹性和柔韧性，广泛地应用于PP材料的增韧，提高PP材料的常温和低温下的力学性能。聚烯烃弹性体POE分子结构中没有不饱和双键，具有很窄的分子量分布和短支链结构(短支链分布均匀)，因而具有高弹性、高强度、高伸长率等优异的物理机械性能和的优异的耐低温性能。并且，POE和PP材料可以很好地分散混合，且POE极低的结晶度使其对填充有着极好的包容性和流动性，在加工过程中可以使抗静电剂很好地分散在PP材料中，使得PP材料兼具良好的抗静电性能和力学性能。
具体的，所述填料添加在PP材料中可以提高材料的热变形温度和弯曲模量，改善制品的力学性能及表面光洁度；所述相容剂可以改善填料、抗静电剂等原料组分和聚丙烯的亲和性以及提高填料、抗静电剂等原料组分的分散性，从而提高材料的力学性能、可加工性以及抗静电效果；所述抗氧剂可有效地抑制或降低塑料大分子的热氧化反应速度，明显地提高塑料材料的耐热性能，延缓塑料材料的降解、老化过程，延长塑料制品使用寿命，提高塑料制品使用价值；所述润滑剂在塑料熔体内部起着降低分子间内聚力的作用，可以减少塑料熔体、抗静电剂、POE等各原料的内摩擦，降低熔体黏度，改善塑化性能。
进一步优选的，所述填料选自CaCO3、滑石粉、硅灰石、BaSO4、高岭土中的至少一种。
更进一步优选的，所述填料为滑石粉。
进一步优选的，所述相容剂选自马来酸醉接枝聚乙烯、PP接枝马来酸酐改性聚烯烃树脂共聚物中的至少一种。
进一步优选的，所述抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯、甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2,4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的至少一种。
进一步优选的，所述润滑剂选自硬脂酸正丁酯、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钾中的至少一种。
优选的，按重量份计，所述PP材料的原料包括：聚丙烯70-90份、非离子型抗静电剂0.05-12份、聚醚型抗静电剂0.05-8份、POE10-20份、填料10-30份、相容剂0-1份、抗氧剂0-2份、润滑剂0-2份。
本发明还提供一种抗静电的PP材料的制备方法。
具体的，所述制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述各组分混合、搅拌，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得的所述混合料进行熔融挤出，得到挤出料；
(3)将步骤(2)所得的所述挤出料经拉条、造粒，得到所述PP材料。
优选的，步骤(1)中所述搅拌的转速为180-230r/min，所述搅拌的时间为2-8min。
进一步优选的，步骤(1)中所述搅拌的转速为190-210r/min，所述搅拌的时间为3-6min。
优选的，步骤(2)中所述的熔融挤出采用双螺杆挤出机。
进一步优选的，步骤(2)中所述双螺杆挤出机的各区的温度设定为：机头温度为190-230℃，机身一区温度为165-215℃，机身二区温度为175-230℃，机身三-九区温度为185-235℃；所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为290～360r/min。
更进一步优选的，步骤(2)中所述双螺杆挤出机的各区的温度设定为：机头温度为200-220℃，机身一区温度为180-200℃，机身二区温度为190-210℃，机身三-九区温度为200-220℃；所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为300～350r/min。
优选的，步骤(3)中所述挤出料经拉条后经过室温冷却，然后进行造粒。
本发明还提供一种PP材料在家电、汽车领域中的应用。
相对于现有技术，本发明提供的技术方案的有益效果如下：
(1)本发明通过在PP材料中添加非离子型抗静电剂和聚醚型的高分子型永久性抗静电剂的复合抗静电剂，兼具非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的优点，可以达到优异的抗静电效果。并且聚丙烯、非离子型抗静电剂和聚醚型抗静电剂以一定的添加比例(7-9):(0.3-1.2):(0.1-0.8)复配，各组分发挥协同作用，使得PP材料具有良好的抗静电性能，可满足机械、家电、汽车等领域对抗静电性能的要求。
(2)本发明还添加POE，可利用其高弹性、高强度、高伸长率等优异的物理机械性能，并且POE可以和PP材料很好地分散混合，其极低的结晶度使其对填充有着极好的包容性和流动性，在加工过程中可以使抗静电剂很好地分散在PP材料中，使得PP材料兼具良好的抗静电性能和力学性能。
(3)另外，本发明还搭配填料、相容剂、润滑剂、抗氧剂，使得材料在具有优良的抗静电性能的基础上，进一步提高材料的力学性能、可加工性能或抗老化性能。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
一种抗静电的PP材料，按重量份计，包括：聚丙烯72份、POE 12份、硬脂酸聚乙二醇酯3份、聚环氧乙烷抗静电剂2份、CaCO3 12份、马来酸醉接枝聚乙烯0.2份、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯0.6份、硬脂酸正丁酯0.5份。
一种抗静电的PP材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份，将各组分混合，在185r/min的转速下搅拌3min，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得的混合料加入双螺杆挤出机，熔融挤出，得到挤出料；
(3)将步骤(2)所得的挤出料经拉条、冷却，造粒，得到抗静电的PP材料。
其中，步骤(2)中双螺杆挤出机的各区的温度设定为：机头温度为195℃，机身一区温度为170℃，机身二区温度为180℃，机身三-九区温度为190℃；双螺杆挤出机的螺杆的转速为300r/min。
实施例2
一种抗静电的PP材料，按重量份计，包括：聚丙烯80份、POE 15份、硬脂酸聚甘油酯8份、聚醚酰胺抗静电剂4份、滑石粉20份、PP接枝马来酸酐改性聚烯烃树脂共聚物0.5份、1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯1.2份、硬脂酸锌1.1份。
一种抗静电的PP材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份，将各组分混合，在200r/min的转速下搅拌5min，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得的混合料加入双螺杆挤出机，熔融挤出，得到挤出料；
(3)将步骤(2)所得的挤出料经拉条、冷却，造粒，得到抗静电的PP材料。
其中，步骤(2)中双螺杆挤出机的各区的温度设定为：机头温度为210℃，机身一区温度为195℃，机身二区温度为200℃，机身三-九区温度为210℃；所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为330r/min。
实施例3
一种抗静电的PP材料，按重量份计，包括：聚丙烯88份、POE 19份、山梨糖醇会乙醇酰胺11份、聚醚酰胺亚胺抗静电剂7份、滑石粉28份、马来酸醉接枝聚乙烯0.8份、甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈1.8份、硬脂酸钙1.9份。
一种抗静电的PP材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份，将各组分混合，在220r/min的转速下搅拌7min，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得的混合料加入双螺杆挤出机，熔融挤出，得到挤出料；
(3)将步骤(2)所得的挤出料经拉条、冷却，造粒，得到抗静电的PP材料。
其中，步骤(2)中双螺杆挤出机的各区的温度设定为：机头温度为220℃，机身一区温度为210℃，机身二区温度为215℃，机身三-九区温度为225℃；所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为350r/min。
实施例4
一种抗静电的PP材料，按重量份计，包括：聚丙烯80份、POE 10份、硬脂酸聚甘油酯8份、聚醚酰胺抗静电剂4份、滑石粉10份、PP接枝马来酸酐改性聚烯烃树脂共聚物0.1份、1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯1.2份、硬脂酸锌1.1份。
一种抗静电的PP材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份，将各组分混合，在200r/min的转速下搅拌5min，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得的混合料加入双螺杆挤出机，熔融挤出，得到挤出料；
(3)将步骤(2)所得的挤出料经拉条、冷却，造粒，得到抗静电的PP材料。
其中，步骤(2)中双螺杆挤出机的各区的温度设定为：机头温度为210℃，机身一区温度为195℃，机身二区温度为200℃，机身三-九区温度为210℃；所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为330r/min。
对比例1
对比例1和实施例2的区别仅在于，对比例1添加等量的磷酸盐阴离子抗静电剂代替硬脂酸聚甘油酯非离子型抗静电剂，其他同实施例2。
对比例2
对比例2和实施例2的区别仅在于，对比例2添加等量的烷基氨基酸盐阳离子抗静电剂代替聚醚酰胺高分子型永久性抗静电剂，其他同实施例2。
对比例3
对比例3和实施例2的区别仅在于，对比例3中聚丙烯、非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的添加比例为8：1.5：1.2，即按重量份计，聚丙烯、非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的添加量分别为80份、15份和12份，其他同实施例2。
性能测试
对实施例1-3及对比例1-3所制得的抗静电PP材料进行性能测试，首先将实施例1-3及对比例1-3制备的抗静电PP材料按照以下标准方法进行性能测试。
拉伸强度根据GB/T1040-1992进行测试，拉伸速率为5mm/min。
弯曲强度、弯曲模量根据GB/T 9341-2008进行测试。
冲击强度根据GB/T1843-1996进行测试。
表面电阻率按GB/T1410-2006标准进行测试，抗静电性能通过表面电阻率测试进行评判。
测试结果见表1：
表1
从表1测试结果可以看出，本发明的导静电的PP材料具有优良的导静电性能和力学性能，能够满足机械、家电、汽车等对静电要求较高的领域的需求。
对比例1与实施例2相比，对比例1因添加等量的磷酸盐阴离子抗静电剂代替非离子型抗静电剂，使得对比例1的表面电阻远大于实施例2，即抗静电性能远低于实施例2。对比例2与实施例2相比，对比例2因添加等量的烷基氨基酸盐阳离子抗静电剂代替高分子型永久性抗静电剂，使得对比例2的表面电阻远大于实施例2，即抗静电性能远低于实施例2。所以本发明采用非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的复合抗静电剂，两者复配，协同作用，兼具非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的优点，可以达到优异的抗静电效果。
对比例3与实施例2相比，对比例3中聚丙烯、非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的添加比例为8：1.5：1.2，此比例不在(7-9):(0.3-1.2):(0.1-0.8)的添加比例范围内，增加了非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂的添加比例，使得对比例2的表面电阻大于实施例2，即抗静电性能低于实施例2。所以，本发明的聚丙烯、非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂以一定的添加比例复配，各组分协同作用，使得PP材料具有良好的抗静电性能，
实施例4和实施2相比，实施例4的抗静电的PP材料中减少了POE、填料、相容剂的添加量，使得实施例4的拉伸强度、弯曲强度等力学性能整体上低于实施例2，说明POE、填料、相容剂使PP材料在具有良好的抗静电效果的同时，兼具良好的力学性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种PP材料，其特征在于，制备所述PP材料的原料包括聚丙烯、复合抗静电剂；
所述复合抗静电剂包括非离子型抗静电剂和高分子型永久性抗静电剂；
所述高分子型永久性抗静电剂为聚醚型抗静电剂；
所述聚丙烯、非离子型抗静电剂和聚醚型抗静电剂的添加比例为(7-9):(0.3-1.2):(0.1-0.8)。
2.根据权利要求1所述的PP材料，其特征在于，所述非离子型抗静电剂选自多元醇脂肪类、硬脂酸聚乙二醇酯、硬脂酸聚甘油酯、山梨糖醇会乙醇酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的PP材料，其特征在于，所述聚醚型抗静电剂选自聚环氧乙烷、聚醚酰胺、聚醚酰胺亚胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的PP材料，其特征在于，按重量份计，所述PP材料的原料包括：聚丙烯70-90份、非离子型抗静电剂0.05-12份、聚醚型抗静电剂0.05-8份。
5.根据权利要求4所述的PP材料，其特征在于，所述PP材料的原料还包括POE、填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂。
6.根据权利要求5所述的PP材料，其特征在于，按重量份计，所述PP材料的原料包括：聚丙烯70-90份、非离子型抗静电剂0.05-12份、聚醚型抗静电剂0.05-8份、POE10-20份、填料10-30份、相容剂0-1份、抗氧剂0-2份、润滑剂0-2份。
7.权利要求1-6任一项所述的PP材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述各组分混合、搅拌，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得的所述混合料进行熔融挤出，得到挤出料；
(3)将步骤(2)所得的所述挤出料经拉条、造粒，得到所述PP材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌的转速为180-230r/min，所述搅拌的时间为2-8min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述熔融挤出采用双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的各区的温度设定为：机头温度为190-230℃，机身一区温度为165-215℃，机身二区温度为175-230℃，机身三-九区温度为185-235℃；所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为290～360r/min。
10.权利要求1-6任一项所述的PP材料在家电、汽车领域中的应用。
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