成核剂与高分子的复合抗静电剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种成核剂与高分子抗静电剂的复合 抗静电剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 高分子材料以其低廉的价格、出色的电绝缘性能、耐化学性能和良好的加工性能 等已广泛应用于国防及国民经济等领域。通常，高分子材料因其分子结构中的共价键难于 电离或传递载荷，因而具有较高的表面电阻率（&)或体积电阻率（A)。因此，其在使用过 程中，易于因摩擦、外磁场感应等外部环境影响而积聚静电荷，导致器件表面吸尘、薄膜闭 合、电子器件击穿、电击和爆炸等灾害。为消除静电灾害，工业上通常通过在高分子基材中 添加抗静电剂的方法提高其静电耗散能力。抗静电剂的作用效果与其本身、高分子材料结 构、抗静电剂与高分子材料间的相容性以及成型加工条件密切相关。
[0003] 目前常用的抗静电剂可分为：低分子量表面活性剂型、导电填料(金属及金属氧化 物或碳基材料）及高分子抗静电剂。低分子量表面活性剂型抗静电剂是利用自身小分子可 迀移特性，能够在高分子材料表面吸附水分降低&，达到抗静电的效果，抗静电效果与其分 子量、与基体有限相容性以及添加使用量密切相关。因而，其耐久性差、不耐擦洗、对环境湿 度的依赖性大、降低材料的耐热温度和表面特性等，且易于从高分子基材脱离而对环境产 生负面影响。导电填料作为高分子材料的抗静电剂，弥补了小分子表面活性剂型抗静电剂 的使用缺陷，其抗静电机理是利用自身在高分子基体中形成渗滤导电网络以耗散静电荷， 达到抗静电的效果。但是，该电荷传输通道的形成需要大量的导电填料，这将导致高分子材 料不易着色、填料易脱落或氧化、高分子材料物性下降以及加工成型困难等缺点，使其在高 分子抗静电领域的应用受限。
[0004] 高分子抗静电剂是一类含亲水基团或导电结构单元的聚合物，其特点是抗静电效 果持久且基本不受环境的影响。高分子抗静电剂与绝缘高分子基体共混后，利用自身在高 分子基体中形成渗滤导电网络以耗散静电荷；其与绝缘基体的复合材料不仅较好地保持了 基体的基本性能，且抗静电效果持久、无诱导期、不受擦拭和洗涤等条件影响以及在较宽的 湿度范围内表现出良好、稳定的抗静电能力。这类抗静电剂的作用效果与其在基体中的分 散程度和状态密切相关，其在基体中主要以微细的层状或蹄筋状分布在材料的表面及近表 层，而在材料的中心部分分布较少且主要以颗粒状存在。研宄表明，该分布状态与高分子材 料的结晶度、结晶形态及有序化程度紧密相关。因此，该抗静电复合材料在加工过程中因成 型方法、成型条件、制品的形状和大小影响，不可避免地出现各种问题，如因局部分散不均 或微细网络遭破坏而导致过多的填充使用量，增加了生产成本；并且，其与高分子基体材料 之间的理化性质差异将导致高分子材料热性能和机械性能下降。因此，本发明的主要目的 在于通过简单有效的方法控制永久型高分子抗静电剂的填充使用量，并改善高分子材料的 热性能和机械性能。
[0005] 本发明利用复合抗静电剂组分中成核剂的成核作用，改变了高分子材料的结晶行 为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化、提高有序化程度，从而使得非晶 区域变小，进一步降低复合材料中高分子抗静电剂的填充使用量、有效地降低生产成本；同 时能有效地改善高分子材料的热性能和机械性能、增强了复合材料的力学及加工性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种抗静电性能持久、价格低廉及生产工艺简单的成核剂 与高分子抗静电剂的复合抗静电剂，以及该复合抗静电剂的制备方法及其在高分子材料中 的应用。
[0007] 本发明所提供的成核剂与高分子抗静电剂的复合抗静电剂的制备方法，其具体制 备步骤如下： (1) 成核剂、永久型高分子抗静电剂的干燥处理 将成核剂和高分子抗静电剂分别放入真空干燥箱中，在60~120°C温度下，恒温干燥 12~48小时； (2) 高分子抗静电剂溶液的制备 将干燥后的高分子抗静电剂溶解于有机溶剂中，在超声分散机中超声5~60分钟，工 作频率50~60kHz，功率100~200W，温度为25~60°C ;然后，将该混合溶液持续搅拌并 加热0. 5~2小时使其完全溶解，加热温度为80~120°C，得到高分子抗静电剂溶液； (3) 复合抗静电剂的制备 将干燥后的成核剂加入到高分子抗静电剂溶液中，在超声分散机中超声5~60分钟， 工作频率50~60kHz，功率100~200W，温度为25~60°C ;然后，将该混合溶液持续搅拌 0. 5~2小时使其完全溶解，搅拌温度为25~120°C，搅拌速率500~2000rpm，得到成核剂 和高分子抗静电剂的混合溶液； 将成核剂和高分子抗静电剂的混合溶液进行分离、洗涤，并于40~80°C温度下真空干 燥12~72小时，获得成核剂与高分子的复合抗静电剂。
[0008] 本发明中，步骤（1)中，所述永久型高分子抗静电剂为包含亲油性部分的聚合物 分子链段以及含亲水基团或导电结构单元的聚合物，包括：聚丙烯酸盐、马来酸酐和其它不 饱和单体共聚物的盐以及聚苯乙烯苯磺酸盐。
[0009] 本发明中，步骤（1)中，所述成核剂为无机成核剂、有机成核剂或高分子成核剂。 典型的如α晶型有机成核剂，具体如：二亚苄基山梨醇类成核剂（Millad 3988)、取代芳基 杂环磷酸盐类成核剂（ADK ΝΑ-21)以及有机羧酸盐类成核剂（Millad ΝΧ8000Κ)。
[0010] 本发明中，步骤（2)中，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，或者为永久型高分子抗 静电剂的良溶剂。
[0011] 本发明中，步骤（3)中，所述分离方法为常压抽滤、真空减压干燥去除溶剂；所述 洗涤方法为：将永久型高分子抗静电剂的良溶剂以其溶解量2~20倍的定量，洗涤1~10 次。
[0012] 本发明制备的复合抗静电剂可用于制备抗静电高分子材料，具体可采用熔融或溶 液共混后，注塑、模压或混合溶液刮膜、浇膜成型。其中： 熔融共混加工法具体制备步骤如下： 将复合抗静电剂和高分子材料在80~120°C下真空干燥12~48小时，物理混合均 匀后，进行熔融共混，共混温度为180~250°C，剪切速率为5~120rpm，共混时间为3~15 分钟； 然后，进行模压制备测试样件，模压温度为180~250°C，压力为25~45kg/cm2,测试 样件规格为直径8~12cm、厚度0. 5~3mm的圆盘以及其它测试所需的标准样条； 溶液共混加工法制备步骤如下： 将复合抗静电剂和高分子材料分别在80~120°C温度下真空干燥12~48小时；将定 量复合抗静电剂加入到2~15倍质量比的N-甲基吡咯烷酮与二甲苯的混合溶剂中，超声 分散0. 5~5小时，工作频率50~60kHz，功率100~200W，温度25~60°C，得到复合抗静 电剂均匀分散混合溶液； 然后，将高分子材料加入到该混合溶液中，持续搅拌溶解〇. 5~2小时，搅拌温度25~ 150°C，搅拌速率500~2000rpm，得到复合抗静电剂与高分子材料的共混溶液；随即将该混 合溶液在模具中进行浇膜或刮膜，然后将负载混合液的模具进行真空干燥脱模后即得测试 样件，真空干燥温度为60~120°C，干燥时间为2~48小时。
[0013] 本发明中，复合抗静电剂在制备抗静电高分子材料中的应用，其中复合抗静电剂 和高分子材料的质量比为1:1~1:50。所述的高分子材料可为聚丙烯（PP)。
[0014] 本发明通过物理共混法将新型已商业化的永久型高分子抗静电剂与成核剂共混， 制备成一种新型的复合抗静电剂，应用于抗静电高分子材料。该新型复合抗静电剂具有高 分子抗静电剂的永久静电防护功能、静电耗散能力受环境的湿度影响较小等优良特性；同 时，该复合抗静电剂通过组分中成核剂的成核作用，改变了高分子材料的结晶行为，加快结 晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，从而有效地降低了非晶区区间，因此能够有 效降低高分子材料中高分子抗静电剂的填充使用量、进一步降低生产成本。该复合抗静电 剂不仅赋予了高分子材料永久抗静电性能，同时增强了高分子材料的力学性能、加工性能。 该新型复合抗静电剂的成本较低，制备方法简单，适用于工业化生产。
【附图说明】
[0015] 图 1 中（a)-(f)依次为 PP、U3 以及 U3/PP、U