一种抗静电塑料母粒及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料，具体地，涉及一种抗静电塑料母粒及其制备方法。

背景技术：

1、塑料性能优良，但塑料本身无防霉抗菌等性能，因而应用领域受限，且塑料本身体积电阻大，极易产生静电危害，如导致精密仪器失真、电子元件报废、失火和爆炸等。

2、目前，为了制备抗静电的塑料，会在塑料母粒中加入抗静电剂。抗静电剂按结构可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型和高分子型。按照使用方法，有外涂型和内添加型两大类。外涂型抗静电剂由于使用溶剂及另外需要增加外涂工序，不仅工序繁杂，且使用时间短。因此，现在越来越多倾向于使用内添加型抗静电剂。但现有技术中内添加型抗静电塑料母粒的抗静电性不稳定，会随着使用时间的延长而逐渐降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种抗静电塑料母粒及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种抗静电塑料母粒，包括如下重量份原料：聚乙烯100份、填料20-30份、助剂4-9份、光稳定剂0.8-1.5份、抗氧剂0.8-1.5份、润滑剂0.5-1份、引发剂0.02-0.05份。

4、进一步地，所述填料为乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、纳米碳酸钙、硅微粉、二氧化硅、纳米二氧化钛、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种。

5、进一步地，所述填料为乙炔黑、硅微粉、纳米二氧化钛、氢氧化镁按照(0.3-0.5):2:2:(1-3)的质量比复配而成的混合物。

6、进一步地，所述助剂通过如下步骤制备：

7、s1、用氮气置换干燥的三口烧瓶内的空气，随后依次加入n,n-二甲基-1,3-二氨基丙烷、环氧丁烯和苯，充分搅拌后，升温至65℃，保温反应6h，反应结束后进行减压蒸馏，柱层析提纯（洗脱液选择苯和甲醇的混合溶剂，苯和甲醇的体积比为9:1），减压蒸馏，得到中间体1；n,n-二甲基-1,3-二氨基丙烷、环氧丁烯和苯的用量比为14.5ml:8.1ml:100ml；

8、控制n,n-二甲基-1,3-二氨基丙烷和环氧丁烯的摩尔比为1.1-1.2:1，n,n-二甲基-1,3-二氨基丙烷的-nh2和环氧丁烯的环氧基在加热条件下发生加成反应，反应过程如下所示：

9、

10、s2、氮气保护下将中间体1、4-氯-1-丁烯和氯仿加入到干燥的三口烧瓶中，混合均匀后再缓慢加入三乙胺，随后搅拌升温至75℃反应2h，反应结束后减压蒸馏，柱层析提纯（洗脱液选择氯仿和甲醇的混合溶剂，氯仿和甲醇的体积比为99:1），减压蒸馏，得到中间体2；中间体1、4-氯-1-丁烯、三乙胺和氯仿的用量比为13.8g:8.7ml:16.7ml:100ml；

11、控制中间体1和4-氯-1-丁烯的摩尔比为1:1.05-1.1，加热下，中间体1的-nh-和4-氯-1-丁烯的-cl发生取代反应，三乙胺作为缚酸剂，反应过程如下所示：

12、

13、s3、氮气鼓吹干燥的三口烧瓶30min，以排除瓶内的空气和水份，随后加入中间体2、氯代十四烷和dmso（二甲基亚砜），搅拌溶解后再缓慢加入吡啶，随后升温至80℃，保温反应3h，反应结束后减压蒸馏，柱层析提纯（洗脱液选择苯和乙醚的混合溶剂，苯和乙醚的体积比为6:4），减压蒸馏，得到中间体3；中间体2、氯代十四烷、吡啶和dmso的用量比为17.2g:44.2ml:15.4ml:120ml；

14、控制中间体2和氯代十四烷的摩尔比为1:2.1-2.2，加热下，中间体2的叔胺基和氯代十四烷的-cl发生取代反应，吡啶作为缚酸剂，反应过程如下所示：

15、

16、s4、将干燥的三口烧瓶用氮气鼓吹30min以排除空气和水分，再依次加入中间体3、双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺、dmso和钛酸四异丙酯，充分搅拌后，升温至90℃下保温反应24h，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，用无水乙醇洗涤3次，80℃干燥12h，整个过程均在氮气保护下进行，得到助剂；中间体3、双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺、钛酸四异丙酯和dmso的用量比为41.5g:28.6ml:0.056g:180ml。

17、控制中间体3和双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺的摩尔比为1:1.05-1.1，则中间体3的羟基和双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺的硅烷氧基在钛酸四异丙酯的催化作用下发生如下化学反应，反应过程如下所示：

18、

19、助剂中含有多个季铵盐结构，且季铵盐的烷基链含有14碳。季铵盐结构在水溶液中解离出含有正电荷的季铵盐阳离子—n+离子，其能够吸附到带有负电的细菌的细胞壁上，进而破坏细菌细胞膜并使其蛋白质变性，阻碍dna的复制繁殖等，从而达到抗菌效果，同时，当季铵盐结构烷基链碳原子数12至16时，抗菌效果较好，尤其是在14时，抗菌效果最佳；另外，季铵盐结构带有正电离子，能中和塑料母粒表面的电荷形成薄的电荷层来发挥作用，从而使电荷能够被轻松地移走，进而赋予塑料母粒抗静电性能；此外，季铵盐结构不仅仅能降低表面电荷，还能防灰尘和油污。因此，本发明助剂不仅具有优异的抗菌效果，还具有良好的抗静电效果和防污性。

20、助剂中含有丰富的硅烷氧基，硅烷氧基能与填料表面羟基形成化学键合，从而大大降低填料的表面能，增加填料与聚乙烯间的界面相容性，助剂中油溶性的长碳链则能更进一步地促进填料与其余有机原料间的界面相容性，从而本发明填料能高度分散于塑料母粒中，充分发挥作用，赋予塑料母粒优异的抗静电性、耐磨性和耐候性等。这种化学键合也会促进助剂的分散与稳定，加之助剂末端的碳碳双键能在引发剂的作用下与聚乙烯末端未反应完全的碳碳双键产生化学作用，因此，本发明助剂能高度分散并稳定于塑料母粒中，同时聚乙烯、助剂、填料间也形成了相互交联的杂化网络结构，这种网络结构使得各原料能发挥长效作用，塑料母粒的抗静电性、抗菌性、耐磨性和耐候性等性能也更加稳定、更加优异。

21、进一步地，所述光稳定剂为光稳定剂am-101、光稳定剂gw-622、紫外线吸收剂uv-531、紫外线吸收剂uv-9中的一种或几种。

22、进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1035、抗氧剂dltp、抗氧剂1076中的一种或几种。

23、进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的一种或几种。

24、进一步地，所述引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或几种。

25、一种抗静电塑料母粒的制备方法，包括以下步骤：

26、按重量份称取各原料并混合均匀，接着加至高速捏合机中捏合并粉碎，再通过双螺杆挤出机挤出造粒，制备得到抗静电塑料母粒。

27、本发明的有益效果：本发明助剂中含有带长碳链（14碳）的季铵盐结构，且聚乙烯与助剂、助剂与填料间均存在化学作用，因此，聚乙烯、助剂和填料间构成杂化交联网络结构，因而填料和助剂均能高度分散并稳定存在于塑料母粒中，充分发挥作用，加之其余原料的协同作用，本发明塑料母粒具备优异且稳定的抗静电性、抗菌性、耐候性和耐磨性等性能。