成核劑與高分子的復(fù)合抗靜電劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種成核劑與高分子抗靜電劑的復(fù)合 抗靜電劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分子材料以其低廉的價格、出色的電絕緣性能、耐化學(xué)性能和良好的加工性能 等已廣泛應(yīng)用于國防及國民經(jīng)濟等領(lǐng)域。通常，高分子材料因其分子結(jié)構(gòu)中的共價鍵難于 電離或傳遞載荷，因而具有較高的表面電阻率（&)或體積電阻率（A)。因此，其在使用過 程中，易于因摩擦、外磁場感應(yīng)等外部環(huán)境影響而積聚靜電荷，導(dǎo)致器件表面吸塵、薄膜閉 合、電子器件擊穿、電擊和爆炸等災(zāi)害。為消除靜電災(zāi)害，工業(yè)上通常通過在高分子基材中 添加抗靜電劑的方法提高其靜電耗散能力。抗靜電劑的作用效果與其本身、高分子材料結(jié) 構(gòu)、抗靜電劑與高分子材料間的相容性以及成型加工條件密切相關(guān)。
[0003] 目前常用的抗靜電劑可分為：低分子量表面活性劑型、導(dǎo)電填料(金屬及金屬氧化 物或碳基材料）及高分子抗靜電劑。低分子量表面活性劑型抗靜電劑是利用自身小分子可 迀移特性，能夠在高分子材料表面吸附水分降低&，達到抗靜電的效果，抗靜電效果與其分 子量、與基體有限相容性以及添加使用量密切相關(guān)。因而，其耐久性差、不耐擦洗、對環(huán)境濕 度的依賴性大、降低材料的耐熱溫度和表面特性等，且易于從高分子基材脫離而對環(huán)境產(chǎn) 生負面影響。導(dǎo)電填料作為高分子材料的抗靜電劑，彌補了小分子表面活性劑型抗靜電劑 的使用缺陷，其抗靜電機理是利用自身在高分子基體中形成滲濾導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以耗散靜電荷， 達到抗靜電的效果。但是，該電荷傳輸通道的形成需要大量的導(dǎo)電填料，這將導(dǎo)致高分子材 料不易著色、填料易脫落或氧化、高分子材料物性下降以及加工成型困難等缺點，使其在高 分子抗靜電領(lǐng)域的應(yīng)用受限。
[0004] 高分子抗靜電劑是一類含親水基團或?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)單元的聚合物，其特點是抗靜電效 果持久且基本不受環(huán)境的影響。高分子抗靜電劑與絕緣高分子基體共混后，利用自身在高 分子基體中形成滲濾導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以耗散靜電荷；其與絕緣基體的復(fù)合材料不僅較好地保持了 基體的基本性能，且抗靜電效果持久、無誘導(dǎo)期、不受擦拭和洗滌等條件影響以及在較寬的 濕度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好、穩(wěn)定的抗靜電能力。這類抗靜電劑的作用效果與其在基體中的分 散程度和狀態(tài)密切相關(guān)，其在基體中主要以微細的層狀或蹄筋狀分布在材料的表面及近表 層，而在材料的中心部分分布較少且主要以顆粒狀存在。研宄表明，該分布狀態(tài)與高分子材 料的結(jié)晶度、結(jié)晶形態(tài)及有序化程度緊密相關(guān)。因此，該抗靜電復(fù)合材料在加工過程中因成 型方法、成型條件、制品的形狀和大小影響，不可避免地出現(xiàn)各種問題，如因局部分散不均 或微細網(wǎng)絡(luò)遭破壞而導(dǎo)致過多的填充使用量，增加了生產(chǎn)成本；并且，其與高分子基體材料 之間的理化性質(zhì)差異將導(dǎo)致高分子材料熱性能和機械性能下降。因此，本發(fā)明的主要目的 在于通過簡單有效的方法控制永久型高分子抗靜電劑的填充使用量，并改善高分子材料的 熱性能和機械性能。
[0005] 本發(fā)明利用復(fù)合抗靜電劑組分中成核劑的成核作用，改變了高分子材料的結(jié)晶行 為，加快結(jié)晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細化、提高有序化程度，從而使得非晶 區(qū)域變小，進一步降低復(fù)合材料中高分子抗靜電劑的填充使用量、有效地降低生產(chǎn)成本；同 時能有效地改善高分子材料的熱性能和機械性能、增強了復(fù)合材料的力學(xué)及加工性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種抗靜電性能持久、價格低廉及生產(chǎn)工藝簡單的成核劑 與高分子抗靜電劑的復(fù)合抗靜電劑，以及該復(fù)合抗靜電劑的制備方法及其在高分子材料中 的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明所提供的成核劑與高分子抗靜電劑的復(fù)合抗靜電劑的制備方法，其具體制 備步驟如下： (1) 成核劑、永久型高分子抗靜電劑的干燥處理 將成核劑和高分子抗靜電劑分別放入真空干燥箱中，在60~120°C溫度下，恒溫干燥 12~48小時； (2) 高分子抗靜電劑溶液的制備 將干燥后的高分子抗靜電劑溶解于有機溶劑中，在超聲分散機中超聲5~60分鐘，工 作頻率50~60kHz，功率100~200W，溫度為25~60°C ;然后，將該混合溶液持續(xù)攪拌并 加熱0. 5~2小時使其完全溶解，加熱溫度為80~120°C，得到高分子抗靜電劑溶液； (3) 復(fù)合抗靜電劑的制備 將干燥后的成核劑加入到高分子抗靜電劑溶液中，在超聲分散機中超聲5~60分鐘， 工作頻率50~60kHz，功率100~200W，溫度為25~60°C ;然后，將該混合溶液持續(xù)攪拌 0. 5~2小時使其完全溶解，攪拌溫度為25~120°C，攪拌速率500~2000rpm，得到成核劑 和高分子抗靜電劑的混合溶液； 將成核劑和高分子抗靜電劑的混合溶液進行分離、洗滌，并于40~80°C溫度下真空干 燥12~72小時，獲得成核劑與高分子的復(fù)合抗靜電劑。
[0008] 本發(fā)明中，步驟（1)中，所述永久型高分子抗靜電劑為包含親油性部分的聚合物 分子鏈段以及含親水基團或?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)單元的聚合物，包括：聚丙烯酸鹽、馬來酸酐和其它不 飽和單體共聚物的鹽以及聚苯乙烯苯磺酸鹽。
[0009] 本發(fā)明中，步驟（1)中，所述成核劑為無機成核劑、有機成核劑或高分子成核劑。 典型的如α晶型有機成核劑，具體如：二亞芐基山梨醇類成核劑（Millad 3988)、取代芳基 雜環(huán)磷酸鹽類成核劑（ADK ΝΑ-21)以及有機羧酸鹽類成核劑（Millad ΝΧ8000Κ)。
[0010] 本發(fā)明中，步驟（2)中，所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮，或者為永久型高分子抗 靜電劑的良溶劑。
[0011] 本發(fā)明中，步驟（3)中，所述分離方法為常壓抽濾、真空減壓干燥去除溶劑；所述 洗滌方法為：將永久型高分子抗靜電劑的良溶劑以其溶解量2~20倍的定量，洗滌1~10 次。
[0012] 本發(fā)明制備的復(fù)合抗靜電劑可用于制備抗靜電高分子材料，具體可采用熔融或溶 液共混后，注塑、模壓或混合溶液刮膜、澆膜成型。其中： 熔融共混加工法具體制備步驟如下： 將復(fù)合抗靜電劑和高分子材料在80~120°C下真空干燥12~48小時，物理混合均 勻后，進行熔融共混，共混溫度為180~250°C，剪切速率為5~120rpm，共混時間為3~15 分鐘； 然后，進行模壓制備測試樣件，模壓溫度為180~250°C，壓力為25~45kg/cm2,測試 樣件規(guī)格為直徑8~12cm、厚度0. 5~3mm的圓盤以及其它測試所需的標(biāo)準(zhǔn)樣條； 溶液共混加工法制備步驟如下： 將復(fù)合抗靜電劑和高分子材料分別在80~120°C溫度下真空干燥12~48小時；將定 量復(fù)合抗靜電劑加入到2~15倍質(zhì)量比的N-甲基吡咯烷酮與二甲苯的混合溶劑中，超聲 分散0. 5~5小時，工作頻率50~60kHz，功率100~200W，溫度25~60°C，得到復(fù)合抗靜 電劑均勻分散混合溶液； 然后，將高分子材料加入到該混合溶液中，持續(xù)攪拌溶解〇. 5~2小時，攪拌溫度25~ 150°C，攪拌速率500~2000rpm，得到復(fù)合抗靜電劑與高分子材料的共混溶液；隨即將該混 合溶液在模具中進行澆膜或刮膜，然后將負載混合液的模具進行真空干燥脫模后即得測試 樣件，真空干燥溫度為60~120°C，干燥時間為2~48小時。
[0013] 本發(fā)明中，復(fù)合抗靜電劑在制備抗靜電高分子材料中的應(yīng)用，其中復(fù)合抗靜電劑 和高分子材料的質(zhì)量比為1:1~1:50。所述的高分子材料可為聚丙烯（PP)。
[0014] 本發(fā)明通過物理共混法將新型已商業(yè)化的永久型高分子抗靜電劑與成核劑共混， 制備成一種新型的復(fù)合抗靜電劑，應(yīng)用于抗靜電高分子材料。該新型復(fù)合抗靜電劑具有高 分子抗靜電劑的永久靜電防護功能、靜電耗散能力受環(huán)境的濕度影響較小等優(yōu)良特性；同 時，該復(fù)合抗靜電劑通過組分中成核劑的成核作用，改變了高分子材料的結(jié)晶行為，加快結(jié) 晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細化，從而有效地降低了非晶區(qū)區(qū)間，因此能夠有 效降低高分子材料中高分子抗靜電劑的填充使用量、進一步降低生產(chǎn)成本。該復(fù)合抗靜電 劑不僅賦予了高分子材料永久抗靜電性能，同時增強了高分子材料的力學(xué)性能、加工性能。 該新型復(fù)合抗靜電劑的成本較低，制備方法簡單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015] 圖 1 中（a)-(f)依次為 PP、U3 以及 U3/PP、U