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CN112341660A - 一种抗静电高分子薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电高分子薄膜及其制备方法 Download PDF

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CN112341660A CN202011217488.5A CN202011217488A CN112341660A CN 112341660 A CN112341660 A CN 112341660A CN 202011217488 A CN202011217488 A CN 202011217488A CN 112341660 A CN112341660 A CN 112341660A
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Abstract

本申请涉及高分子薄膜领域，具体公开了一种抗静电高分子薄膜及其制备方法，所述抗静电高分子薄膜的原料按重量份包括以下组分：高分子材料20‑40份，碳纳米管4‑15份，抗静电剂1‑6份，所述抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6‑己内酰胺2‑8份，烷基磺酸钠1‑6份，6‑氨基己酸2‑7份。本申请在提高抗静电高分子薄膜的抗静电性能的同时，减少对抗静电高分子薄膜自身力学性能的影响。

Description

一种抗静电高分子薄膜及其制备方法
技术领域
本申请涉及高分子薄膜领域，更具体地说，它涉及种抗静电高分子薄膜及其制备方法。
背景技术
高分子材料，指的是由高分子化合物组成的材料，随着我国经济建设水平的快速提升，高分子材料得到了广泛的推广应用。
高分子材料的一个表征特性是绝缘，因此高分子材料在使用过程中会产生静电。而静电在高分子材料使用过程中容易造成设备的隐患，影响设备的正常工作，而且，静电火花非常容易引发火灾或是爆炸，对人们的生命财产安全造成极大的损害。为了避免这种安全隐患，学者专家开发了高分子材料抗静电技术，主要方法是添加抗静电剂或是导电粉末，以提高高分子材料的抗静电性能。
针对上述相关技术，发明人认为，添加抗静电剂或是导电粉末，虽然可以提高高分子材料的抗静电性能，但是会造成高分子的材料本身力学性能的下降。
发明内容
为了在提高抗静电高分子薄膜的抗静电性能的同时，减少对抗静电高分子薄膜自身力学性能的影响，本申请提供一种抗静电高分子薄膜及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种抗静电高分子薄，采用如下的技术方案：
一种抗静电高分子薄膜，原料按重量份包括以下组分：高分子材料20-40份，碳纳米管4-15份，抗静电剂1-6份，所述抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6-己内酰胺2-8份，烷基磺酸钠1-6份，6-氨基己酸2-7份。
通过采取上述技术方案，本申请利用1,6-己内酰胺和6-氨基己酸缩聚得到聚己内酰胺，再使得聚己内酰胺和烷基磺酸钠作用后充分负载在碳纳米管上，不仅使得抗静电高分子薄膜具有良好的抗静电性，而其由于聚己内酰胺和碳纳米管的存在，使得抗静电高分子薄膜具有良好的抗拉伸强度等力学性能，从而本申请在提高抗静电高分子薄膜的抗静电性能的同时，减少对抗静电高分子薄膜自身力学性能的影响。
优选的，原料按重量份包括以下组分：高分子材料26-33份，碳纳米管7-10份，抗静电剂2-4份，所述抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6-己内酰胺2-5份，烷基磺酸钠2-4份，6-氨基己酸3-5份。
通过采取上述技术方案，优化抗静电高分子薄膜中各组分的含量，从而各组分更好地配比，进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
优选的，原料按重量份包括以下组分：高分子材料30份，碳纳米管8份，抗静电剂3份，所述抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6-己内酰胺3.4份，烷基磺酸钠2.8份，6-氨基己酸3.8份。
通过采取上述技术方案，进一步优化抗静电高分子薄膜中各组分的配比，使得各组分更好地配合，大大提高抗静电高分子薄膜的性能。
优选的，所述高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯中的一种或几种。
通过采取上述技术方案，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯均具有良好的成膜性能和力学强度，并且可以很好地与碳纳米管结合在一起，可以进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
优选的，所述碳纳米管的直径为2-4nm，长度为0.5-2μm。
通过采取上述技术方案，对碳纳米管的结构进行优化，从而提高碳纳米管的吸附性，使得聚己内酰胺和烷基磺酸钠更好地负载在碳纳米管上，同时优化碳纳米管自身的性能，进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
优选的，原料按重量份还包括以下组分：甲基纤维素1-4份，二辛基琥珀酸磺酸钠2-9份。
通过采用上述技术方案，甲基纤维素作为非离子表面活性剂，可以提高碳纳米管的分散性；二辛基琥珀酸磺酸钠作为阴离子表面活性剂，与碳纳米管之间发生静电排斥，可以提高碳纳米管的分散性，同时，甲基纤维素和二辛基琥珀酸磺酸钠可以复配，进一步提高碳纳米管的分散性，使得聚己内酰胺和烷基磺酸钠更好地负载在碳纳米管上，同时优化碳纳米管自身的性能，进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
第二方面，本申请提供一种抗静电高分子薄膜的制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗静电高分子薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将1,6-己内酰胺、烷基磺酸钠、6-氨基己酸，通过熔融缩聚得到共聚产物，将共聚产物进行干燥，然后将干燥完成所得固体物，进行球磨，制得抗静电母粒；
取高分子材料，将高分子材料颗粒加热熔融，加热熔融后制得高分子薄膜；
将抗静电母粒与65-75wt％乙醇溶液混合，添加碳纳米管，搅拌均匀，超声，将得到的溶液进行烘干处理，得到纳米复合型抗静电剂；
将纳米复合型抗静电剂均匀的喷覆在高分子薄膜的两侧，得到抗静电高分子薄膜。
通过采取上述技术方案，本申请制备得到抗静电母粒之后，利用碳纳米管承载抗静电母粒，然后使得碳纳米管和抗静电母粒以网状对薄膜进行包覆，既不影响高分子材料本身的结构性能，同时增加高分子薄膜使用的拉伸强度，延长薄膜使用寿命；且在本发明中，抗静电剂因分布状态，添加量少，与高分子材料相容性好。
优选的，所述球磨步骤中，球料比为(25-30)：1，转速为300-400转/min。
通过采取上述技术方案，优化抗静电高分子薄膜的球磨条件，从而可以进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
优选的，所述熔融缩聚步骤中，以120-170转/min的速度搅拌熔融物，加热温度为200-280℃，反应时间为3-4小时。
通过采取上述技术方案，优化抗静电高分子薄膜的熔融缩聚条件，可以进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
优选的，将1,6-己内酰胺、烷基磺酸钠、6-氨基己酸，通过熔融缩聚得到共聚产物，将共聚产物进行干燥，然后将干燥完成所得固体物，进行球磨，制得抗静电母粒；
取高分子材料，将高分子材料颗粒加热熔融，加热熔融后制得高分子薄膜；
将抗静电母粒与65-75wt％乙醇溶液混合，添加碳纳米管，搅拌均匀，加入甲基纤维素和二辛基琥珀酸磺酸钠，超声，将得到的溶液进行烘干处理，得到纳米复合型抗静电剂；
将纳米复合型抗静电剂均匀的喷覆在高分子薄膜的两侧，得到抗静电高分子薄膜。
通过采用上述技术方案，将甲基纤维素和二辛基琥珀酸磺酸钠加入到碳纳米管和抗静电母粒的乙醇溶液中，可以很好地提高碳纳米管的分散性，使得聚己内酰胺和烷基磺酸钠更好地负载在碳纳米管上，进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请将制备得到的抗静电母粒负载在碳纳米管上，使得碳纳米管承载抗静电剂，以网状对薄膜进行包覆，既不影响高分子材料本身的结构性能，同时增加高分子薄膜使用的拉伸强度，延长薄膜使用寿命。
2、本申请，利用碳纳米管负载抗静电母粒以形成纳米复合型抗静电剂，纳米复合型抗静电剂喷涂在薄膜两侧，从而添加量更好少，与高分子材料相容性更好。
3、本申请中优选加入了甲基纤维素和二辛基琥珀酸磺酸钠，可以进一步提高碳纳米管的分散性，从而提高抗静电高分子薄膜的性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
随着高分子材料的研发，高分子材料衍生出了各种各样的产品，其中高分子薄膜得到了广泛的应用，在高分子薄膜的应用中，学者专家开发了高分子材料抗静电技术，以提高高分子材料的抗静电性，主要方法是在材料的内部添加抗静电剂或是导电粉；但是发明人发现，在材料的内部添加抗静电剂或是导电粉，均存在添加量过大和与高聚物相容性差的问题，这会影响到高分子材料本身的一些力学性能；发明人在研究过程中，尝试将抗静电剂或是导电粉附着在高分子材料的表面，虽然可以减小对高分子材料本身性能的影响，但是现有常用的抗静电剂，如抗静电剂ts-500l等，在高分子薄膜上的附着性不好，导致高分子薄膜的抗静电性不好；在发明人进一步的研究中，发明人发现，通过利用碳纳米管承载抗静电剂，以网状对薄膜进行包覆，既不影响高分子材料本身的结构性能，还增加了高分子薄膜使用的拉伸强度，延长薄膜使用寿命。
实施例
在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品，其中，
1,6-己内酰胺，CAS号：105-60-2；
烷基磺酸钠，CAS号：85711-69-9；
6-氨基己酸，CAS号：60-32-2；
碳纳米管使用双壁碳纳米管，CAS号：XFD041333-86-4，直径为2-4nm，长度0.5-2μm。
甲基纤维素，CAS号：9004-67-5
二辛基琥珀酸磺酸钠，CAS号：577-11-7。
实施例1-11
以实施例1为例，实施例1公开了一种抗静电高分子薄膜，其特征在于，原料按重量份包括以下组分：高分子材料20份，碳纳米管5份，抗静电剂2份。
其中抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6-己内酰胺3.4份，烷基磺酸钠2.8份，6-氨基己酸3.8份。
高分子材料为聚苯乙烯。
抗静电高分子薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将1,6-己内酰胺、烷基磺酸钠、6-氨基己酸，通过熔融缩聚得到共聚产物，加热温度为200-280℃，反应时间为3小时，并在反应过程中以150转/min的速度搅拌熔融物，最终得到共聚产物；然后将共聚产物进行干燥，加热温度为60℃，恒温时间为3h。
然后对干燥完成所得固体物进行球磨，球料比为(27)：1，转速为360转/min，制得抗静电母粒，粒径为0.01-0.1nm；
取高分子材料，将高分子材料颗粒加热熔融，加热温度为255-280℃，加热熔融后采用GBT13508-2011型吹塑机，由上而下制得3mm厚的高分子薄膜；
将抗静电母粒与50ml的75wt％乙醇溶液混合，添加碳纳米管，以120转/分钟的转速，搅拌均匀，超声2h，将得到的溶液在60-80℃的温度下进行烘干处理，得到纳米复合型抗静电剂；将纳米复合型抗静电剂采用静电直喷，成网状均匀的喷覆在高分子薄膜的两侧，得到抗静电高分子薄膜。
实施例2-11与实施例1的区别在于，实施例2-11中高分子材料、碳纳米管和抗静电剂之间的配比不同，组分单位为克。具体含量见表1。
表1
实施例 高分子材料 碳纳米管 抗静电剂
实施例1 20 5 2
实施例2 24 6 1
实施例3 26 4 5
实施例4 28 7 5
实施例5 30 8 3
实施例6 33 15 4
实施例7 40 10 6
实施例8 30 8 2
实施例9 30 8 5
实施例10 30 5 3
实施例11 30 12 3
实施例12-19
实施例12-19与实施例5的区别在于，抗静电剂中各组分的含量不同，单位为克，具体数值见表2。
表2
实施例 1,6-己内酰胺 烷基磺酸钠 6-氨基己酸
实施例5 3.4 2.8 3.8
实施例12 2 2 2
实施例13 3 1 3
实施例14 5 4 5
实施例15 7 6 6
实施例16 8 5 7
实施例17 3.4 4 3.8
实施例18 3.4 1 3.8
实施例19 3.4 2.8 5
实施例20 5 2.8 3.8
实施例21
实施例21与实施例5的不同之处在于，实施例21的抗静电高分子薄膜，原料按重量份还包括以下组分：甲基纤维素1份，二辛基琥珀酸磺酸钠3份。
抗静电高分子薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将1,6-己内酰胺、烷基磺酸钠、6-氨基己酸，通过熔融缩聚得到共聚产物，加热温度为200-280℃，反应时间为3小时，并在反应过程中以150转/min的速度搅拌熔融物；将共聚产物进行干燥，热温度为60℃，恒温时间为3h。
然后将干燥完成所得固体物，进行球磨，球料比为(27)：1，转速为360转/min，制得抗静电母粒，粒径为0.01-0.1nm；
取高分子材料，将高分子材料颗粒加热熔融，加热温度255-280℃，加热熔融后采用GBT13508-2011型吹塑机，由上而下制得3mm厚的高分子薄膜；
将抗静电母粒与50ml的75wt％乙醇溶液混合，添加碳纳米管，以120转/分钟的转速，搅拌均匀，加入甲基纤维素和二辛基琥珀酸磺酸钠，超声2h，将得到的溶液在60-80℃的温度下进行烘干处理，得到纳米复合型抗静电剂；
将纳米复合型抗静电剂采用静电直喷，成网状均匀的喷覆在高分子薄膜的两侧，得到抗静电高分子薄膜。
实施例22
实施例22与实施例21的不同之处在于，实施例22的抗静电高分子薄膜，原料按重量份还包括以下组分：甲基纤维素3份，二辛基琥珀酸磺酸钠9份。
实施例23
实施例23与实施例21的不同之处在于，实施例23的抗静电高分子薄膜，原料按重量份还包括以下组分：甲基纤维素4份，二辛基琥珀酸磺酸钠7份。
对比例
对比例1
与实施例5相比，对比例1的抗静电剂为市售抗静电剂ts-500l，制备方法为将所有原料在255-280℃温度下，加热熔融，加热熔融后采用GBT13508-2011型吹塑机，由上而下制得抗静电高分子薄膜，膜厚3mm。
对比例2
与实施例5相比，对比例2的抗静电剂为市售抗静电剂ts-500l。
对比例3
与实施例5相比，对比例3制备方法为将所有原料在255-280℃温度下，加热熔融，加热熔融后采用GBT13508-2011型吹塑机，由上而下制得抗静电高分子薄膜，膜厚3mm。
对比例4
与实施例21相比，对比例4将甲基纤维素替换成等量的乙二醇。
对比例5
与实施例21相比，对比例5将甲基纤维素替换成等量的聚山梨脂80。
对比例6
与实施例21相比，对比例6将二辛基琥珀酸磺酸钠替换成等量的十二烷基硫酸钠。
对比例7
与实施例21相比，对比例7将二辛基琥珀酸磺酸钠替换成等量的十二烷基磺酸钠。
对比例8
与实施例21相比，对比例8不添加甲基纤维素。
对比例9
与实施例21相比，对比例9不添加二辛基琥珀酸磺酸钠。
性能检测试验
按照国家标准《GB/T20417.2–2006》(塑料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)模塑和挤出材料第2部分：试样制备和性能测定)对制备得到的抗静电薄膜进行拉伸强度、电阻率检测实验，得到数据如表3。
表3
Figure BDA0002760658920000081
Figure BDA0002760658920000091
结合实施例1-7和对比例1以及表3可知，本申请准备得到的抗静电高分子薄膜不仅具有优异的抗静电性，而且所得到的抗静电高分子薄膜具有很好的力学性能，其中实施例5的性能最佳。
结合实施例8-11以及表3可知，碳纳米管和抗静电剂的组分含量会影响到抗静电高分子薄膜的性能，其中抗静电剂主要影响到抗静电高分子薄膜的抗静电性，但是抗静电剂的多少也会影响到抗静电高分子薄膜的抗拉伸强度，碳纳米管的含量则是对抗静电高分子薄膜的抗静电性和抗拉伸强度均有影响。
结合实施例12-16以及对比例2以及表3可知，抗静电剂的种类对抗静电高分子薄膜的抗静电性影响较大，但是抗静电剂由于重力不同，而在碳纳米管上的负载效果不同，抗静电剂的重量也会影响到抗静电高分子薄膜的力学性能。由实施例17-20以及表3可知，抗静电剂中6-己内酰胺、烷基磺酸钠和6-氨基己酸也会对抗静电高分子薄膜有所影响。
结合实施例21-23、实施例5和对比例4-9以及表3可知，甲基纤维素和二辛基琥珀酸磺酸钠的加入，可以进一步提高抗静电高分子薄膜的性能。
结合实施例5和对比例1-3以及表3可知，本申请的制备方法可以大大提高抗静电高分子薄膜的性能，同时抗静电剂的种类会影响到抗静电高分子薄膜的性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种抗静电高分子薄膜，其特征在于，原料按重量份包括以下组分：高分子材料20-40份，碳纳米管4-15份，抗静电剂1-6份，所述抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6-己内酰胺2-8份，烷基磺酸钠1-6份，6-氨基己酸2-7份。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子薄膜，其特征在于，原料按重量份包括以下组分：高分子材料26-33份，碳纳米管7-10份，抗静电剂2-4份，所述抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6-己内酰胺2-5份，烷基磺酸钠2-4份，6-氨基己酸3-5份。
3.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子薄膜，其特征在于，原料按重量份包括以下组分：高分子材料30份，碳纳米管8份，抗静电剂3份，所述抗静电剂按重量份包括以下组分：1,6-己内酰胺3.4份，烷基磺酸钠2.8份，6-氨基己酸3.8份。
4.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子薄膜，其特征在于，所述高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子薄膜，其特征在于，所述碳纳米管的直径为2-4nm，长度为0.5-2μm。
6.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子薄膜，其特征在于，原料按重量份还包括以下组分：甲基纤维素1-4份，二辛基琥珀酸磺酸钠2-9份。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种抗静电高分子薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将1,6-己内酰胺、烷基磺酸钠、6-氨基己酸，通过熔融缩聚得到共聚产物，将共聚产物进行干燥，然后将干燥完成所得固体物，进行球磨，制得抗静电母粒；
取高分子材料，将高分子材料颗粒加热熔融，加热熔融后制得高分子薄膜；
将抗静电母粒与65-75wt%乙醇溶液混合，添加碳纳米管，搅拌均匀，超声，将得到的溶液进行烘干处理，得到纳米复合型抗静电剂；
将纳米复合型抗静电剂均匀的喷覆在高分子薄膜的两侧，得到抗静电高分子薄膜。
8.根据权利要求7所述的一种抗静电高分子薄膜的制备方法，其特征在于，所述球磨步骤中，球料比为（25-30）：1，转速为300-400转/min。
9.根据权利要求7所述的一种抗静电高分子薄膜的制备方法，其特征在于，所述熔融缩聚步骤中，以120-170转/min的速度搅拌熔融物，加热温度为200-280℃，反应时间为3-4小时。
10.根据权利要求7所述的一种抗静电高分子薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将1,6-己内酰胺、烷基磺酸钠、6-氨基己酸，通过熔融缩聚得到共聚产物，将共聚产物进行干燥，然后将干燥完成所得固体物，进行球磨，制得抗静电母粒；
取高分子材料，将高分子材料颗粒加热熔融，加热熔融后制得高分子薄膜；
将抗静电母粒与65-75wt%乙醇溶液混合，添加碳纳米管，搅拌均匀，加入甲基纤维素和二辛基琥珀酸磺酸钠，超声，将得到的溶液进行烘干处理，得到纳米复合型抗静电剂；
将纳米复合型抗静电剂均匀的喷覆在高分子薄膜的两侧，得到抗静电高分子薄膜。
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