CN117888230B - 一种具有防水抗静电作用的箱包布材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于箱包布材料技术领域，本发明具体公开了一种具有防水抗静电作用的箱包布材料及其制备方法，所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：50~60份基体树脂、15~20份相容剂、5~15份SAN树脂、6~10份改性石墨烯、3~6份改性碱式硫酸镁晶须、0.5~3份壳聚糖、0.5~2份乙烯基双硬脂酰胺、0.2~1份抗氧剂。本发明创造性的将上述原料按照特定的重量比进行组合，在各组分的协调配合下，得到了具有优异的防水抗静电作用，并具有优异的力学性能的箱包布材料。
Description
技术领域
本发明涉及箱包布材料技术领域，具体涉及一种具有防水抗静电作用的箱包布材料及其制备方法。
背景技术
在日常生活中，箱包是人们经常使用的物品，用于存储和携带物品。随着科技的发展和人们生活水平的提高，电子设备在人们的生活中越来越普及。然而，电子设备在使用过程中容易受到静电的影响，导致性能下降甚至损坏。同时由于静电的产生，箱包内的物品可能会吸附在一起，导致取物不便和使用体验的下降。因此，抗静电箱包布材料的研究和开发对于提高使用体验和保护内部物品具有重要意义。
目前，市场上已经存在一些抗静电箱包布材料，但它们通常采用涂层或添加抗静电剂的方法来实现抗静电效果，这些方法可能会影响箱包布材料的透气性和耐用性。因此，如何研发一种既具有良好抗静电性能又具有优良的力学性能的箱包布材料是当前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种具有防水抗静电作用的箱包布材料及其制备方法，所述的箱包布材料具有优异的防水抗静电作用，并具有优异的力学性能。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案：
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：50~60份基体树脂、15~20份相容剂、5~15份SAN树脂、6~10份改性石墨烯、3~6份改性碱式硫酸镁晶须、0.5~3份壳聚糖、0.5~2份乙烯基双硬脂酰胺、0.2~1份抗氧剂。
其中，所述基体树脂为聚丙烯树脂，本发明之所以选择聚丙烯树脂是因为其本身就具有优异的防水性能。
本发明创造性的将上述原料按照特定的重量比进行组合，在各组分的协调配合下，得到了具有优异的防水抗静电作用，并具有优异的力学性能的箱包布材料，本发明的箱包布中无需加入传统的抗静电剂即可实现优异的抗静电效果，具有广泛的应用前景。
其中，所述的改性石墨烯具有很高的张力和弹性，使得石墨烯能够在任何物体表面保持平整，有效地阻止水分子的通过，此外，石墨烯的表面效应也使其与水的接触角很大，水分子很难被石墨烯吸收，这也增强了石墨烯的防水性能，能够有效的提高体系的防水作用，同时，石墨烯还具有优异的耐化学腐蚀、耐高温、耐磨损等性能，能够在长期使用中保持防水性能不变，所述的石墨烯电阻率低，能够抑制和减少静电荷的产生，当静电荷产生时，石墨烯的高电子迁移率能够使静电荷迅速传导，避免电荷的积累。
其中，所述的碱式硫酸镁晶须具有良好的增强、增刚作用，具有高温稳定性，能够在较高温度下保持其结构和性能的稳定性，碱式硫酸镁晶须特定的纤维状结构和单晶结构以及高比表面积，具有优异的导电性能，能够提供连续的导电通道，使静电荷迅速传导并释放。这种导电性能有助于减少和防止静电荷的积累，具有优异的抗静电作用。
作为本发明的优选实施方案，包括以下重量份的制备原料：52~56份基体树脂、16~20份相容剂、8~12份SAN树脂、7~10份石墨烯、4~6份改性碱式硫酸镁晶须、1~3份壳聚糖、0.8~2份乙烯基双硬脂酰胺、0.2~0.8份抗氧剂。
作为本发明的优选实施方案，包括以下重量份的制备原料：55份基体树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份改性石墨烯、5份改性碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂。
作为本发明的优选实施方案，所述相容剂包括POE接枝GMA和端羧基超支化聚酯；
所述POE接枝GMA、端羧基超支化聚酯的重量比为1：（0.2~0.6）。
本发明的发明人发现，由于本发明的体系中加入了大量的SAN树脂、改性石墨烯、改性碱式硫酸镁晶须、壳聚糖，导致体系的相容性不佳，若体系的相容性不佳，将导致各原料的作用无法充分发挥，本发明创造性的以POE接枝GMA、端羧基超支化聚酯作为相容剂，能够有效的改善SAN树脂、改性石墨烯、改性碱式硫酸镁晶须、壳聚糖在体系中的相容剂，所述的POE接枝GMA和端羧基超支化聚酯不仅能够和基体树脂反应，还能够与改性石墨烯和改性碱式硫酸镁晶须表面的官能团反应，形成致密的交联网络，相容性得到提高的同时，力学性能得到显著的改善。
作为本发明的优选实施方案，所述端羧基超支化聚酯的分子量为2600~3400g/mol，所述端羧基超支化聚酯的羧基数为8~12个/ mol；和/或
所述POE接枝GMA在190℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为8~16g/10min。
作为本发明的优选实施方案，所述改性石墨烯的制备方法为：
（1）在氮气保护下，将0.1~0.5重量份二月桂酸二丁基锡、0.5~2重量份含乙烯基的偶联剂、0.5~1重量份乙二胺、2~5重量份超支化环氧树脂、2~6重量份乙烯基硅油加入到20~50重量份磷酸水溶液中，在70~85℃下搅拌均匀，得到改性液；
（2）将8~12重量份石墨烯、0.5~2重量份酒石酸、1~4重量份苯甲酸加入到20~50重量份水中，在60~85℃下搅拌均匀，得到石墨烯分散液；
（3）将2~6重量份改性液滴入8~15重量份石墨烯分散液中，搅拌均匀，超声处理，干燥，得到改性石墨烯。
本发明创造性的采用含乙烯基的偶联剂、超支化环氧树脂和乙烯基硅油对石墨烯进行改善，超支化环氧树脂提供的官能团部分用于和体系交联，部分和乙烯基反应，剩下的乙烯基用于和改性碱式硫酸镁晶须的巯基在混合和熔融过程中发生点击反应，有效的改善相容性，同时形成更加致密的交联结构，形成“栅栏”效应，有效的抗静电防水的同时，提高力学性能。
本发明的发明人研究发现，不同的方法制备得到的改性石墨烯对于抗静电作用和力学性能的提高是不同的，采用本发明的方法制备得到的改性石墨烯相比于其他的方法具有更优的效果。
其中，本发明对于石墨烯的来源不限，本发明的主要贡献在于对石墨烯进行改性，其中，具有代表性的石墨烯牌号：XFSG05，来源于先丰纳米。
作为本发明的优选实施方案，所述含乙烯基的偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷；和/或
所述乙烯基硅油在25℃下的粘度为270~330mPa·s，所述乙烯基硅油中的乙烯基含量为1.2wt%；
所述超支化环氧树脂的环氧值为0.15mol/100g，分子量为3200~3600g/mol。
作为本发明的优选实施方案，所述改性碱式硫酸镁晶须的制备方法为：
（1）将8~15重量份碱式硫酸镁晶须、1~3重量份柠檬酸加入到20~50重量份盐酸水溶液中，搅拌均匀，得到前驱液；
（2）将0.1~0.5重量份含巯丙基的偶联剂加入到2~10重量份前驱液中，在60~80℃下搅拌均匀，干燥，得到改性碱式硫酸镁晶须。
其中，本发明对于碱式硫酸镁晶须的来源不限，本发明的主要贡献在于对碱式硫酸镁晶须进行改性，其中，具有代表性的碱式硫酸镁晶须牌号，NP-YW2，来源于上海峰竺。
作为本发明的优选实施方案，所述含巯丙基的偶联剂为3-巯丙基三乙氧基硅烷。
本发明还提供了一种具有防水抗静电作用的箱包布材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比将各原料混合均匀，并熔融，得到熔体；
（2）将熔体置于纺丝机中进行纺丝，得到纺丝物；
（3）将纺丝物用成网机进行成网，得到网状物；
（4）将网状物进行热轧，卷绕，分切，得到具有防水抗静电作用的箱包布材料。
本发明的有益效果：本发明创造性的将上述原料按照特定的重量比进行组合，在各组分的协调配合下，得到了具有优异的防水抗静电作用，并具有优异的力学性能的箱包布材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
在本发明中，具体的分散、搅拌处理方式没有特别限制。
实施例及对比例所用原料说明如下：
聚丙烯树脂：牌号：Z30S，来源于抚顺石化。
SAN树脂：牌号：SAN-2437，来源于吉林石化。
POE接枝GMA-1：按照ASTM D1238-13的方法，在190℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为13~16g/10min，牌号：W5F，来源于科艾斯化学有限公司。
POE接枝GMA-2：按照ASTM D1238-13的方法，在190℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为8~15g/10min，牌号：W5D，来源于科艾斯化学有限公司。
POE接枝GMA-3按照ASTM D1238-13的方法，在190℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为3~5g/10min，牌号：W5A，来源于科艾斯化学有限公司。
端羧基超支化聚酯-1：分子量为2600g/mol，所述端羧基超支化聚酯的羧基数为12个/ mol，牌号：C102，来源于武汉超支化。
端羧基超支化聚酯-2：分子量为3400g/mol，所述端羧基超支化聚酯的羧基数为8个/ mol，牌号：C402，来源于武汉超支化。
端羧基超支化聚酯-3：分子量为1000g/mol，所述端羧基超支化聚酯的羧基数为6个/ mol，牌号：C101，来源于武汉超支化。
端羧基超支化聚酯-4：分子量为6400g/mol，所述端羧基超支化聚酯的羧基数为24个/ mol，牌号：C103，来源于武汉超支化。
乙烯基硅油：在25℃下的粘度为270~330mPa·s，乙烯基含量为1.2wt%，牌号：JV-02V-300，来源于深圳市吉鹏硅氟材料有限公司。
超支化环氧树脂：环氧值为0.15mol/100g，分子量为3200~3600g/mol，牌号：HyPerE102。
碱式硫酸镁晶须：牌号，NP-YW2，来源于上海峰竺。
石墨烯：牌号：XFSG05，来源于先丰纳米。
本发明各实施例及对比例所用组分原料或仪器除非特别说明，否则均为市售原料或仪器，且各平行实验中所使用的组分原料均为同种。
实施例1
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：55份聚丙烯树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份改性石墨烯、5份改性碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂1010。
所述相容剂包括POE接枝GMA-1、端羧基超支化聚酯-1，所述POE接枝GMA-1、端羧基超支化聚酯-1的重量比为1：0.5。
所述改性石墨烯的制备方法为：
（1）在氮气保护下，将0.3重量份二月桂酸二丁基锡、1重量份乙烯基三乙酰氧基硅烷、0.8重量份乙二胺、4重量份超支化环氧树脂、5重量份乙烯基硅油加入到38.9重量份磷酸水溶液中，在80℃下以800rpm转速搅拌5h，得到改性液；所述磷酸水溶液的质量浓度为20wt%；
（2）将10重量份石墨烯、1重量份酒石酸、3重量份苯甲酸加入到36重量份水中，在80℃下以800rpm转速搅拌均匀2h，得到石墨烯分散液；
（3）将5重量份改性液滴入10重量份石墨烯分散液中，以800rpm转速搅拌4h，再以500W超声处理30min，干燥，得到改性石墨烯。
所述改性碱式硫酸镁晶须的制备方法为：
（1）将10重量份碱式硫酸镁晶须、2重量份柠檬酸加入到38重量份盐酸水溶液中，以800rpm转速搅拌均匀5h，得到前驱液；所述盐酸水溶液的摩尔浓度为5mol/L；
（2）将0.4重量份3-巯丙基三乙氧基硅烷加入到4重量份前驱液中，在70℃下以800rpm转速搅拌2h，干燥，得到改性碱式硫酸镁晶须。
所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配比将各原料在反应釜中以300rpm转速混合均匀，置于螺杆挤压机中于160℃下熔融，得到熔体；
（2）将熔体置于纺丝机中，以20rpm转速于160℃下进行纺丝，得到纺丝物；
（3）将纺丝物用成网机进行成网（成网时的风温为10℃，风压为1.2KPa），得到网状物；
（4）将网状物进行热轧，卷绕，分切，得到具有防水抗静电作用的箱包布材料。
实施例2
实施例2与实施例1不同之处在于，原料的用量不同，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：50份聚丙烯树脂、20份相容剂、5份SAN树脂、6份改性石墨烯、6份改性碱式硫酸镁晶须、0.5份壳聚糖、2份乙烯基双硬脂酰胺、0.2份抗氧剂。
实施例3
实施例3与实施例1不同之处在于，原料的用量不同，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：60份聚丙烯树脂、15份相容剂、15份SAN树脂、10份改性石墨烯、3份改性碱式硫酸镁晶须、3份壳聚糖、0.5份乙烯基双硬脂酰胺、1份抗氧剂。
实施例4
实施例4与实施例1不同之处在于，相容剂不同，其他都相同。
所述相容剂包括POE接枝GMA-2、端羧基超支化聚酯-2，所述POE接枝GMA-2、端羧基超支化聚酯-2的重量比为1：0.5。
实施例5
实施例5与实施例1不同之处在于，相容剂不同，其他都相同。
所述相容剂包括POE接枝GMA-3、端羧基超支化聚酯-3，所述POE接枝GMA-3、端羧基超支化聚酯-3的重量比为1：0.5。
实施例6
实施例6与实施例1不同之处在于，相容剂不同，其他都相同。
所述相容剂包括POE接枝GMA-3、端羧基超支化聚酯-4，所述POE接枝GMA-3、端羧基超支化聚酯-4的重量比为1：0.5。
对比例1
对比例1与实施例1不同之处在于，对比例1未加入改性石墨烯，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：55份聚丙烯树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、5份改性碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂1010。
对比例2
对比例2与实施例1不同之处在于，对比例2采用石墨烯替换改性石墨烯，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：55份聚丙烯树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份石墨烯、5份改性碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂1010。
对比例3
对比例3与实施例1不同之处在于，对比例3的改性石墨烯的制备方法不同于实施例1，对比例3未加入乙烯基三乙酰氧基硅烷和乙烯基硅油，其他都相同。
所述改性石墨烯的制备方法为：
（1）在氮气保护下，将0.3重量份二月桂酸二丁基锡、0.8重量份乙二胺、4重量份超支化环氧树脂加入到38.9重量份磷酸水溶液中，在80℃下以800rpm转速搅拌5h，得到改性液；所述磷酸水溶液的质量浓度为20wt%；
（2）将10重量份石墨烯、1重量份酒石酸、3重量份苯甲酸加入到36重量份水中，在80℃下以800rpm转速搅拌均匀2h，得到石墨烯分散液；
（3）将5重量份改性液滴入10重量份石墨烯分散液中，以800rpm转速搅拌4h，再以500W超声处理30min，干燥，得到改性石墨烯。
对比例4
对比例4与实施例1不同之处在于，对比例4不含有改性碱式硫酸镁晶须，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：55份聚丙烯树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份石墨烯、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂1010。
对比例5
对比例5与实施例1不同之处在于，对比例5采用碱式硫酸镁晶须替换改性碱式硫酸镁晶须，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：55份聚丙烯树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份石墨烯、5份碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂1010。
对比例6
对比例6与实施例1不同之处在于，对比例6的相容剂为单一的POE接枝GMA-1，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：55份聚丙烯树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份改性石墨烯、5份改性碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂1010。
所述相容剂为POE接枝GMA-1。
对比例7
对比例7与实施例1不同之处在于，对比例7的相容剂为单一的端羧基超支化聚酯-1，其他都相同。
一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，包括以下重量份的制备原料：55份聚丙烯树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份改性石墨烯、5份改性碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂1010。
所述相容剂为端羧基超支化聚酯-1。
测试例
按照GB/T 12014-2009的方法测试摩擦电压，按照GB/T 24218.3-2010的方法测量断裂强度。
表1
从表1中可看出，本发明所述的箱包布材料具有优异的力学性能和抗静电作用。
其中，实施例1为本发明的最佳实施方式，当个原料的用量在实施例1下时，性能最佳，且显著的优于其他对比例。
对比实施例1、4~6可知，本发明通过采用特定的分子量、羧基数量的端羧基超支化聚酯以及采用特定熔体流动速率的POE接枝GMA，进一步提高了力学性能和抗静电作用。
对比实施例1与对比例1~3可知，本发明所述的改性石墨烯能够显著提高抗静电作用和力学性能，且不同的方法制备得到的改性石墨烯对于抗静电作用和力学性能的提高是不同的，采用本发明的方法制备得到的改性石墨烯相比于其他的方法具有更优的效果。
对比实施例1与对比例4~5可知，本发明通过对碱式硫酸镁晶须进行改性，显著提高了力学性能和抗静电作用。
对比实施例1与对比例6~7可知，采用本发明特定的端羧基超支化聚酯和POE接枝GMA组成的相容剂，进一步提高了力学性能和抗静电作用。
最后应当说明的是，以上实施例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 (7)
1.一种具有防水抗静电作用的箱包布材料，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：50~60份基体树脂、15~20份相容剂、5~15份SAN树脂、6~10份改性石墨烯、3~6份改性碱式硫酸镁晶须、0.5~3份壳聚糖、0.5~2份乙烯基双硬脂酰胺、0.2~1份抗氧剂；
所述相容剂包括POE接枝GMA和端羧基超支化聚酯；所述POE接枝GMA、端羧基超支化聚酯的重量比为1：（0.2~0.6）；
其中，所述改性石墨烯的制备方法为：
（1）在氮气保护下，将0.1~0.5重量份二月桂酸二丁基锡、0.5~2重量份含乙烯基的偶联剂、0.5~1重量份乙二胺、2~5重量份超支化环氧树脂、2~6重量份乙烯基硅油加入到20~50重量份磷酸水溶液中，在70~85℃下搅拌均匀，得到改性液；
（2）将8~12重量份石墨烯、0.5~2重量份酒石酸、1~4重量份苯甲酸加入到20~50重量份水中，在60~85℃下搅拌均匀，得到石墨烯分散液；
（3）将2~6重量份改性液滴入8~15重量份石墨烯分散液中，搅拌均匀，超声处理，干燥，得到改性石墨烯；
所述改性碱式硫酸镁晶须的制备方法为：
S1.将8~15重量份碱式硫酸镁晶须、1~3重量份柠檬酸加入到20~50重量份盐酸水溶液中，搅拌均匀，得到前驱液；
S2.将0.1~0.5重量份含巯丙基的偶联剂加入到2~10重量份前驱液中，在60~80℃下搅拌均匀，干燥，得到改性碱式硫酸镁晶须。
2.根据权利要求1所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：52~56份基体树脂、16~20份相容剂、8~12份SAN树脂、7~10份石墨烯、4~6份改性碱式硫酸镁晶须、1~3份壳聚糖、0.8~2份乙烯基双硬脂酰胺、0.2~0.8份抗氧剂。
3.根据权利要求1所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：55份基体树脂、18.5份相容剂、10份SAN树脂、8份改性石墨烯、5份改性碱式硫酸镁晶须、2份壳聚糖、1份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份抗氧剂。
4.根据权利要求1所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料，其特征在于，所述端羧基超支化聚酯的分子量为2600~3400g/mol，所述端羧基超支化聚酯的羧基数为8~12个/ mol；和/或
所述POE接枝GMA在190℃/2.16kg条件下的熔体流动速率为8~16g/10min。
5.根据权利要求1所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料，其特征在于，所述含乙烯基的偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷；和/或所述乙烯基硅油在25℃下的粘度为270~330mPa·s，所述乙烯基硅油中的乙烯基含量为1.2wt%；
所述超支化环氧树脂的环氧值为0.15mol/100g，分子量为3200~3600g/mol。
6.根据权利要求1所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料，其特征在于，所述含巯丙基的偶联剂为3-巯丙基三乙氧基硅烷。
7.权利要求1~6任一所述的具有防水抗静电作用的箱包布材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照配比将各原料混合均匀，并熔融，得到熔体；
（2）将熔体置于纺丝机中进行纺丝，得到纺丝物；
（3）将纺丝物用成网机进行成网，得到网状物；
（4）将网状物进行热轧，卷绕，分切，得到具有防水抗静电作用的箱包布材料。
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