CN117447784A - 一种永久抗静电塑料包装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永久抗静电塑料包装材料及其制备方法，属于抗静电复合材料领域。本发明利用可膨胀导电微球独特的导电性与发泡性能，与聚烯烃树脂熔融共混并通过吹塑制备得到了永久抗静电塑料包装材料；该复合材料具有发泡性能可控、导电性良好、生产成本低、填充量低等优点，除了单独用作包装薄膜外，还可以采用多层共挤作为外层导电层制备多层复合包装薄膜，可用于航空航天、电子包装、缓冲材料、建筑建材、信息通讯等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种永久抗静电塑料包装材料及其制备方法，属于抗静电复合材料技术领域。
背景技术
随着电子工业的飞速发展，对高效的导电或抗静电复合材料有了更高的要求。其中，将导电填料与基体材料熔融共混是一种简便可行的制备导电材料的方法。而导电填料添加量通常较大，极易发生团聚，导致材料力学性能下降等问题。为了解决这一难点，有许多通过制备核壳结构的导电粒子来增大外层导电材料的比表面积，从而降低添加量。然而，大多数核壳导电粒子是不可膨胀的，或者膨胀过程中会使导电性发生大幅变化；而传统的发泡剂则会导致泡孔不均匀，出现串孔现象；超临界发泡技术虽然能获得孔径均匀的发泡材料，但对生产设备要求较高，成本偏高。
因此，本发明通过添加可膨胀导电微球作为发泡剂与导电填料，并通过挤出、吹膜等工艺制备出了一种质量轻、导电性好且填充含量低的永久抗静电塑料包装材料。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种填充含量低、导电性好且制备方法简单的永久抗静电塑料包装材料的方法。
本发明提供一种永久抗静电塑料包装材料，所述的包装材料，按质量份计，包含以下组分：
进一步的，所述聚烯烃树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、POE等非极性材料中的至少一种。
进一步的，相容剂为马来酸酐与聚烯烃的接枝共聚物，包括但不限于聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、聚苯乙烯接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐。
进一步的，交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)、二叔丁基过氧化二异丙苯(BIBP)中的至少一种。
进一步的，可膨胀导电微球由热塑性丙烯酸可膨胀微球以及吸附在微球表面的碳纳米管以及氧化石墨烯组成。
进一步的，可膨胀微球为中空结构，其内部为包裹的气体，外壳为热塑性树脂，初始膨胀温度为130-190℃，终止膨胀温度为180-240℃，膨胀前粒径为5-40μm。
进一步的，可膨胀导电微球的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化石墨烯加入到水中，超声分散，得到氧化石墨烯分散液；
(b)将碳纳米管加入到步骤(a)中的氧化石墨烯分散液中，超声分散，得到黑色悬浮液；
(c)将可膨胀微球加至步骤(b)所得的黑色悬浮液，机械搅拌，后过滤并收集黑色混凝物，干燥后得到可膨胀导电微球。
在本发明的一项实施方式中，步骤(a)中氧化石墨烯分散液浓度为0.5-5mg/mL。
在本发明的一项实施方式中，步骤(b)中碳纳米管与氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的质量份数比为1:1-1:4。
在本发明的一项实施方式中，步骤(c)中可膨胀微球和黑色悬浮液中的氧化石墨烯的质量比为1:0.1-1:0.5。
本发明提供的永久抗静电塑料包装材料在电磁屏蔽，缓冲材料、电子包装、航空航天领域的应用。
本发明还提供一种永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将上述原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在110-170℃下造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
(2)将步骤(1)得到的永久抗静电塑料包装母粒进行发泡吹膜，吹膜温度设置为170-230℃，螺杆转速10-30rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了新的永久抗静电塑料包装材料。相较于传统的聚烯烃发泡材料，利用了一种可膨胀导电微球，它既是发泡剂也是导电填料，在膨胀过程中石墨烯层之间的滑移以及与碳纳米管之间的互锁关系使得微球在膨胀后仍能保持良好的导电通路，在聚烯烃材料中加入少量的可膨胀导电微球即可得到良好的导电性。不仅如此，可以通过控制加工温度从而控制发泡过程，且制得的塑料包装材料力学性能优异，导电性不衰减，除了单独用作包装薄膜外，还可以采用多层共挤作为外层导电层制备多层复合包装薄膜，在电磁屏蔽，缓冲材料、电子包装、航空航天等领域有着很好的应用价值。
附图说明
图1为本发明中使用的可膨胀导电微球的结构示意图。
图2为本发明中使用的包覆前的可膨胀微球的SEM图。
图3为本发明中使用的包覆后的可膨胀导电微球的SEM图
具体实施方式
在此公开的实施例是本发明的示例，其可以以不同的形式体现。因此，包括具体结构和功能细节的公开的详细内容无意限制本发明，而仅仅是作为权利要求的基础。应该理解本发明的详细的说明书不是为了限制而是为了覆盖落入如所附权利要求定义的本发明范围内的所有可能的修改、等价物和替换物。本申请通篇以允许的意义来使用词语“可以”而非强制的意义。相似地，除非另有说明，词语“包括”、“包含”以及“组成为”表示“包括但不限于”。词语“一”或者“一个”表示“至少一个”，词语“多个”表示一个以上。当使用缩略语或技术术语时，这些术语表示所述技术领域中已知的被普遍接受的含义。
原料来源
实施例1-4中所使用的可膨胀微球购自美国POLYCHEM；
实施例1-4中所使用的聚烯烃树脂为LDPE；
实施例1-4中所使用的聚乙烯接枝马来酸酐购自法国阿科玛，牌号18341。
实施例1-4中所使用的BIBP购自诺力昂化学品(宁波)有限公司，商品名称为PERKADOX 14S-FL。
实施例1-4中所使用的DCP购自国药集团化学试剂有限公司，纯度98％。
实施例1-4中所述可膨胀导电微球的制备，包括以下步骤：
(a)将0.3g氧化石墨烯加入到100mL水中，超声分散，得到3mg/mL的氧化石墨烯分散液；
(b)将0.1g碳纳米管加入到步骤(a)中的氧化石墨烯分散液中，超声分散，得到均匀的黑色悬浮液；
(c)将1g可膨胀微球加至步骤(b)所得的黑色悬浮液，机械搅拌，后过滤并收集黑色混凝物，干燥后得到可膨胀导电微球。
其中，所使用的碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管，购自先锋纳米材料科技有限公司，编号为XFM32；所使用的氧化石墨烯为hummer法冷冻干燥制备的氧化石墨烯，购自碳丰石墨烯科技有限公司。
测试方法
本发明中塑料包装材料的发泡密度根据ASTM D792-08测定。
发泡倍率计算公式：
其中，n：发泡倍率；ρp：树脂基体的密度；ρf：发泡粒子的密度。
本发明中塑料包装材料的拉伸强度根据GB/T 1040.2-2006测定。
本发明中塑料包装材料的表面电阻根据GB/T 33398-2016测定。
实施例1
一种永久抗静电塑料包装材料，通过以下质量份配比的原料制成：98份LDPE、2份可膨胀导电微球、3份聚乙烯接枝马来酸酐、0.5份DCP。
含有上述原料的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将所有原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在150℃下通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
2)将步骤(1)得到的母粒通过吹膜机进行发泡吹膜，吹膜温度设置为190℃，螺杆转速20rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
实施例2
一种永久抗静电塑料包装材料，通过以下质量份配比的原料制成：98份LDPE、2份可膨胀导电微球、2份聚乙烯接枝马来酸酐、0.5份BIBP。
含有上述原料的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将所有原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在140℃下通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
2)将步骤(1)得到的母粒通过吹膜机进行发泡吹膜，吹膜温度设置为200℃，螺杆转速25rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
实施例3
一种永久抗静电塑料包装材料，通过以下质量份配比的原料制成：97份LDPE、3份可膨胀导电微球、3份聚乙烯接枝马来酸酐、0.5份BIBP。
含有上述原料的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将所有原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在155℃下通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
2)将步骤(1)得到的母粒通过吹膜机进行发泡吹膜，吹膜温度设置为200℃，螺杆转速22rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
实施例4
一种永久抗静电塑料包装材料，通过以下质量份配比的原料制成：98份LDPE、2份可膨胀导电微球、4份聚乙烯接枝马来酸酐、0.2份BIBP。
含有上述原料的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将所有原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在140℃下通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
2)将步骤(1)得到的母粒通过吹膜机进行发泡吹膜，吹膜温度设置为210℃，螺杆转速30rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
对比例1
一种永久抗静电塑料包装材料，通过以下质量份配比的原料制成：95份LDPE、5份可膨胀导电微球、3份聚乙烯接枝马来酸酐、0.5份DCP。
含有上述原料的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将所有原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在150℃下通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
2)将步骤(1)得到的母粒通过吹膜机进行发泡吹膜，吹膜温度设置为190℃，螺杆转速20rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
对比例2
一种永久抗静电塑料包装材料，通过以下质量份配比的原料制成：90份LDPE、2份未经处理的可膨胀微球、10份导电炭黑、2份聚乙烯接枝马来酸酐、0.5份BIBP。
含有上述原料的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将所有原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在140℃下通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
2)将步骤(1)得到的母粒通过吹膜机进行发泡吹膜，吹膜温度设置为200℃，螺杆转速25rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
对比例3
一种塑料包装材料，通过以下质量份配比的原料制成：100份LDPE、3份未经处理的可膨胀微球、3份聚乙烯接枝马来酸酐、0.5份BIBP。
含有上述原料的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将所有原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在155℃下通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
2)将步骤(1)得到的母粒通过吹膜机进行发泡吹膜，吹膜温度设置为200℃，螺杆转速22rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜；
对实施例1-4以及对比例1-3获得的抗静电塑料包装材料进行各项测试，测试结果总结如表1所示。
表1实施例与对比例相关产物各项性能
实施例1-4制备的永久抗静电塑料包装材料均表现出较好的导电性，表面电阻最低能降至3.3×104Ω。而通过实施例1与对比例1可明显看出，当可膨胀导电微球添加量到5份时力学性能下降明显，而导电性能却无显著变化，且相对于添加两份可膨胀导电微球，成本偏高，说明该微球最佳的添加含量为2％。
由实施例2与对比例2、对比例3也可以看出，将抗静电塑料包装材料的导电物质换成传统导电炭黑后，与纯样相比电阻虽有所降低，但与改性后的可膨胀微球制备的材料相比，不论是在表面电阻还是在力学性能上都有很大差距。
而通过对比例3与实施例1-4则可发现，使用未经改性的可膨胀微球制备包装材料，其发泡倍率略大于改性后制备的抗静电塑料包装材料，这是由于所使用的微球经氧化石墨烯以及碳纳米管包覆，且碳纳米管与石墨烯之间有着一定的机械互锁效果，从而一定程度上限制了微球的发泡倍率；而同样的，在实施例3与对比例3的对比下可发现，可膨胀导电微球的加入显著改善了薄膜的导电性，相较于未改性的可膨胀微球，薄膜的力学性能也无显著变化，这是由于在膨胀过程中，外层的氧化石墨烯发生片层间的滑移，而碳纳米管则作为架桥剂连接氧化石墨烯片共同构筑导电通路。而在制备可膨胀导电微球的时候，氧化石墨烯分散液则作为碳纳米管的分散剂，通过插层隔离碳纳米管实现均匀分散，因此不需要借助任何表面活性剂辅助分散。
所属领域的技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种永久抗静电塑料包装材料，其特征在于，所述的包装材料，按质量份计，包含以下组分：
2.根据权利要求1中所述的永久抗静电塑料包装材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、POE等非极性材料中的至少一种。
3.根据权利要求1中所述的永久抗静电塑料包装材料，其特征在于，相容剂为马来酸酐与聚烯烃的接枝共聚物，包括但不限于聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、聚苯乙烯接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐。
4.根据权利要求1中所述的永久抗静电塑料包装材料，其特征在于，交联剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化二异丙苯中的至少一种。
5.根据权利要求1中所述的永久抗静电塑料包装材料，其特征在于，可膨胀导电微球的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化石墨烯加入到水中，超声分散，得到氧化石墨烯分散液；
(b)将碳纳米管加入到步骤(a)中的氧化石墨烯分散液中，超声分散，得到黑色悬浮液；
(c)将可膨胀微球加至步骤(b)所得的黑色悬浮液，机械搅拌，后过滤并收集黑色混凝物，干燥后得到可膨胀导电微球。
6.根据权利要求5中所述的永久抗静电塑料包装材料，其特征在于，步骤(a)中氧化石墨烯分散液浓度为0.5-5mg/mL。
7.根据权利要求5中所述的永久抗静电塑料包装材料，步骤(b)中碳纳米管与氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的质量份数比为1:1-1:4。
8.根据权利要求5中所述的永久抗静电塑料包装材料，步骤(c)中可膨胀微球和黑色悬浮液中的氧化石墨烯的质量比为1:0.1-1:0.5。
9.权利要求1～8任一项所述的永久抗静电塑料包装材料在电磁屏蔽，缓冲材料、电子包装、航空航天领域的应用。
10.一种权利要求1中所述的永久抗静电塑料包装材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将上述原料按照质量份配比称取后通过高速共混机共混均匀，将均匀混合后的原料在110-170℃下造粒，制得永久抗静电塑料包装母粒；
(2)将步骤(1)得到的永久抗静电塑料包装母粒进行发泡吹膜，吹膜温度设置为170-230℃，螺杆转速10-30rpm，制备永久抗静电塑料包装薄膜。
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