專利名稱：一種防靜電聚氯乙烯復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于功能性高分子材料，主要涉及的是一種新型防靜電聚氯乙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚氯乙烯(PVC)是世界塑料工業(yè)中用量最大的樹脂品種之一，其電阻高達1015Ω或更高。良好的電絕緣性能導致材料在某些場合下使用易出現(xiàn)靜電荷積聚而造成損失甚至釀成災害，如塑料輸送帶或塑料管在輸送易燃易爆物料時，常因物料的流動產(chǎn)生靜電放電或爆炸；在精密儀器控制室及大型計算機房中，由于塑料靜電往往會引起儀器、儀表的誤差；塑料薄膜在加工中由于靜電，造成粉塵的沾污，致使塑料袋熱合牢度差，破損率高且印刷不良。近年來，隨著塑料制品的大量使用，如聚氯乙烯門窗、塑料百葉窗等，因靜電引起吸塵，不易清洗，造成美觀受損，降低了使用價值。雖然聚氯乙烯的應用日益廣泛，因靜電引起的損失也在增加。因此對PVC抗靜電材料的研究開發(fā)已成為我國PVC科研與生產(chǎn)的重要課題。
通過提高高分子材料表面電導率或體積電導率使高聚物材料迅速放電可防止靜電的積聚；添加抗靜電劑也是提高高分子材料表面電導率的有效方法之一，而提高高聚物體積電導率可采用添加導電填料或與其它導電分子共混的技術。
根據(jù)添加方式不同，PVC抗靜電劑的使用可分為外涂型和內(nèi)加型兩類。外涂型抗靜電劑是通過刷涂、噴涂或浸涂等方法涂敷于制品表面，它們見效快，適用廣，但容易因摩擦、洗滌而脫失。因此只能提供暫時的或短期的抗靜電效應。內(nèi)加型抗靜電劑是在配料時加入到樹脂中，使其均勻地分散于整個聚合物內(nèi)，它可從高分子材料內(nèi)部向表面遷移，在表面形成均勻的抗靜電層，它耐摩擦、耐洗滌，效能持久，是高分子材料中廣泛使用的抗靜電劑類型。
導電復合技術通常是將各種無機導電填料摻入到基體高分子中加工成型。目前以該種技術制得的高分子材料最具使用價值，其中不少在國外已經(jīng)實現(xiàn)商品化。導電PVC材料目前主要應用于具有屏蔽電磁波的地板、墻壁和天花板；也可以用來制作導電油膏，應用于電子工業(yè)中；還可以作為導電薄膜的基材，在PVC薄膜上，通過涂層、蒸鍍、濺射、電鍍等方法，在其表現(xiàn)產(chǎn)生一層導電的薄膜材料，用來作為電極材料；還可應用于防電磁波和通訊領域。導電粉末可以用導電炭黑、石墨、金屬銀銅、鎳等粉末，導電纖維有碳纖維、石墨纖維、各種金屬纖維。但采用金屬粉末填充時存在添加量大、易發(fā)生熱氧化和對基體老化有催化作用等缺點，其較大的加入量對基體的力學性能也產(chǎn)生較大的影響，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。采用纖維填充時，由于纖維狀填料彼此接觸幾率更大，因此在填充量很少的情況下便可獲得較高的導電率，但是纖維在加工時易折斷，也容易發(fā)生氧化，同時價格也較高。采用常規(guī)的金屬氧化物(如SnO、CuO)填充時雖然不存在使用過程中由于發(fā)生氧化而導致材料性能下降的可能，但同樣存在添加量大，影響材料力學性能等缺點。
而采用納米級的無機導電粉末進行填充是當前制備聚合物基抗靜電復合材料的另一個發(fā)展趨勢。基于量子效應、小尺寸效應、表面效應和量子隧道效應的某些金屬氧化物納米粒子具有優(yōu)異的導電性能、阻燃性能、透明性(粒徑為幾十納米，小于可見光波長)及高強度、高韌性等良好的力學性能，是傳統(tǒng)的抗靜電添加材料無法比擬的。但由于納米粉體的比表面積大，表面能高，粉體處于高度的熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，粉體顆粒之間極易產(chǎn)生團聚。團聚的產(chǎn)生對納米粉體材料的性能發(fā)揮有很大的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足之處，結合導電填料和納米材料的優(yōu)點提供一種防靜電聚氯乙烯復合材料及其制備方法，它復合使用了導電云母粉和經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑(型號為KR 238T)處理的銀納米線粉體作為導電填料，涂膜表面電阻率達106～107Ω。并選用的鈦酸酯偶聯(lián)劑對銀納米線粉體作預處理使納米銀線均勻地分散在PVC樹脂基體中，有效解決了納米粉體的團聚問題。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供的一種防靜電聚氯乙烯復合材料，其特征在于，具體包括PVC糊樹脂、增塑劑DOTP、穩(wěn)定劑和填料。其中穩(wěn)定劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鋇或硬脂酸鈣中的一種，其特征在于配方中還包括了導電云母粉、鈦酸酯偶聯(lián)劑和少量納米銀線粉體。具體組成(重量百分比)是PVC糊樹脂45～50增塑劑20～30穩(wěn)定劑1～3.5導電云母粉8～12銀納米線粉體0.01～0.5鈦酸酯偶聯(lián)劑0.01～0.02，余量為重質碳酸鈣填料。
在目前所使用的高分子聚合物中，PVC塑料由于原料豐富，制造方便以及品種和性能的多樣化，因而應用范圍廣，產(chǎn)量大，在國內(nèi)外均為最重要的塑料品種之一。本發(fā)明中所用PVC糊樹脂為上海氯堿有限公司生產(chǎn)，聚合度為1300。
本發(fā)明中復合使用了導電云母粉和經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑處理的納米銀線粉體作為導電填料，所用銀納米線長度在25～40μm，直徑在15～35nm。導電云母粉和納米銀線粉體復合使用后可對PVC改性，不僅大大提高了PVC材料的延展性，改善了其力學性能，而且使PVC的表面電阻降低了8～9個數(shù)量級，符合抗靜電要求。
與現(xiàn)有導電填料相比，本復合導電填料具有以下優(yōu)勢1.賦予PVC高效、持久的導電性能。導電云母粉是在云母表面包覆一層或幾層微米導電物質復合而成，其粉體電阻率在3000Ω左右，分散到基材而達到抗靜電要求通常需要較大添加量(25～35wt％)。本發(fā)明通過導電云母粉和極少量針狀納米ATO粉體的復合使用，使其產(chǎn)生協(xié)同作用而降低PVC電阻率，大大減少了導電云母粉的用量而使其達到防靜電要求，比各自單獨使用效果更優(yōu)，且穩(wěn)定持久。
2.易調(diào)色性。導電云母粉體本身呈淺灰色，而納米銀線粉體為白色粉末，兩者復合使用，可與顏料調(diào)和成其他各種顏色。
3.由于該體系的高強度和高模量，不僅不會影響PVC的力學性能，反而能增強PVC的耐沖擊性、耐候性和附著力。
4.該體系避免了大量使用導電云母粉，引入的對人體和環(huán)境有害的重金屬量相對減少，有利于環(huán)保。
由于納米粉體的比表面積大，表面能高，粉體處于高度的熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，粉體顆粒之間極易產(chǎn)生團聚。團聚的產(chǎn)生對納米粉體材料的性能發(fā)揮有很大的影響。因此，如果將納米銀線粉體直接分散在PVC中，制成導電復合材料，一方面粉體不能在PVC中分散均勻，另一方面團聚的粉體顆粒很難打開，從而無法體現(xiàn)納米粉體的特性。為了解決這個問題，本發(fā)明中使用了鈦酸酯偶聯(lián)劑，噴灑于納米銀線粉體中作預處理，用量較少，為總體配方的0.01％～0.02％。偶聯(lián)劑分子一端通過化學鍵進入PVC樹脂中，另一端與粉體形成較強的氫鍵，在基體與無機粉體之間形成有效界面層，使納米銀線均勻的分散在PVC樹脂中，有效解決了納米粉體的團聚問題，并使其與導電云母粉產(chǎn)生協(xié)同作用，有效降低了PVC的電阻率。
此外，本發(fā)明中還采用了硬脂酸鋅、硬脂酸鋇和硬脂酸鈣中一種作為穩(wěn)定劑，有助于PVC材料生成穩(wěn)定的結構；吸收并中和PVC加工過程中放出的氯化氫，消除氯化氫的催化降解作用；中和或鈍化對降解起催化作用的金屬離子及其它有害雜質。本發(fā)明產(chǎn)品抗靜電效果優(yōu)良、持久，不受時間、溫度、濕度等影響；耐磨、耐壓、耐沖擊，有一定彈性；耐化學腐蝕，特別是耐堿性能好；重金屬相對較少，有利于環(huán)保。
本發(fā)明新型防靜電聚氯乙烯復合材料，其制備方法如下將PVC糊樹脂、增塑劑DOTP、穩(wěn)定劑和導電云母粉按配比重量加入攪拌裝置中，高速(1200～1500轉/分)攪拌30～45分鐘。攪拌均勻后加入經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑預處理的銀納米線粉體，低速攪拌10～15分鐘。然后將導電PVC混合料注入模具，150～160℃下凝膠化20～25分鐘，最后在180～185℃下塑化10～15分鐘即可。
四、具體實施例實施例1配方為PVC糊樹脂45％，(重量，下同)增塑劑30％，硬脂酸鋅穩(wěn)定劑2.8％，余量為重質碳酸鈣填料。導電云母粉9％，銀納米線粉體0.2％，鈦酸酯偶聯(lián)劑0.01％，按上述制備方法得到樣膜。干燥48小時后測試該樣膜表面電阻率為106～107Ω，符合抗靜電要求。
實施例2配方為PVC糊樹脂50％，(重量，下同)增塑劑25％，硬脂酸鋇或硬脂酸鈣穩(wěn)定劑1.2％，導電云母粉12％，銀納米線粉體0.4％，鈦酸脂偶聯(lián)劑0.02％，余量為重質碳酸鈣填料，與實施例1相同方法測該膜表面電阻率為接近107Ω。
權利要求
1.一種防靜電聚氯乙烯復合材料，其特征在于它復合使用了導電云母粉和經(jīng)鈦酸脂偶聯(lián)劑處理的銀納米線粉體作為導電填料，涂膜的表面電阻率達106-107Ω；均勻分散在聚氯乙烯樹脂基體中。
2.按權利要求1所述的一種防靜電聚氯乙烯復合材料，其特征在于所述的復合材料的重量百分組成為聚氯乙烯糊樹脂 45-50增塑劑 25-30穩(wěn)定劑 1-3.5導電云母粉 8-12銀納米線粉體 0.01-0.5鈦酸脂偶聯(lián)劑 0.01-0.02重質碳酸鈣填料 余量。
3.按權利要求1或2所述的一種防靜電聚氯乙烯復合材料，其特征在于所述的銀納米線粉體的長度25-40μm，直徑15-35nm。
4.按權利要求2所述的一種防靜電聚氯乙烯復合材料，其特征在于所述的穩(wěn)定劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鋇或硬脂酸鈣中一種。
5.按權利要求1或2所述的一種防靜電聚氯乙烯復合材料，其特征在于導電云母粉是在云母表面包覆一層或多層微米級導電物質復合而成。
6.按權利要求2所述的一種防靜電聚氯乙烯復合材料，其特征在于所述的聚氯乙烯糊樹脂的聚合度為1300。
7.制備如權利要求1或2所述的一種防靜電聚氯乙烯復合材料的方法，其特征在于將聚氯乙烯糊樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑和導電云母粉按權利要求2所述的組分比例，稱重后依次加入攪拌器中，高速下攪拌30-45分鐘，攪拌均勻后加入經(jīng)鈦酸脂偶聯(lián)劑預處理過的銀納米線粉體，攪拌10-15分鐘，最后將混合料注入模具，150-160℃凝膠化20-25分鐘，組后在180-185℃塑化10-15分鐘。
8.按權利要求7所述的一種防靜電聚氯乙烯復合材料的制備方法，其特征在于所述的高速攪拌的速度為1200-1500轉/分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防靜電聚氯乙烯復合材料及其制備方法。其配方包括PVC糊樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑和填料。其特征在于配方中還包括了導電云母粉、鈦酸酯偶聯(lián)劑和少量納米銀線粉體，它復合使用了導電云母粉和經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑處理的納米銀線粉體作為導電填料，涂膜后表面電阻率達10
文檔編號C08K3/36GK1861676SQ20051002582
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權日2005年5月13日
發(fā)明者熊玲鳳 申請人:上海君江科技有限公司