淀粉基復(fù)合抗靜電劑在聚丙烯中的抗靜電性能研究

成 亮，姜 定，支景鵬，田瑤珠*

（1．貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550003；2．貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550003）

淀粉基復(fù)合抗靜電劑在聚丙烯中的抗靜電性能研究

成 亮1，姜 定2，支景鵬2，田瑤珠2*

（1．貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550003；2．貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550003）

以自制淀粉基抗靜電劑為主，采用熔融共混法制備了抗靜電聚丙烯（PP）材料，并通過(guò)高阻儀對(duì)比研究了非離子型抗靜電劑、離子型抗靜電劑及無(wú)機(jī)鹽單一和復(fù)配后對(duì)PP制品抗靜電效果的影響。結(jié)果表明，淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑復(fù)配后起到協(xié)同抗靜電作用；淀粉基抗靜電劑單一改性PP制品的抗靜電效果及其耐久性能最好。

聚丙烯；淀粉基抗靜電劑；耐久性；協(xié)同作用

0 前言

PP因價(jià)格低廉、力學(xué)性能好而應(yīng)用非常廣泛。但由于PP分子鏈中存在弱極性分子結(jié)構(gòu)，其共價(jià)鍵所構(gòu)成的分子鏈既不能電離，也難以傳遞自由電子，摩擦后產(chǎn)生得失電子而帶電卻很難消除，容易集聚電子而產(chǎn)生靜電荷，限制了PP的應(yīng)用范圍。抗靜電處理一般采用加入抗靜電劑來(lái)降低制品的表面電阻率［1-3］，但不同類型抗靜電劑在不同基體樹(shù)脂中的特點(diǎn)和抗靜電效果不同。決定抗靜電效果的因素很多，如環(huán)境濕度、溫度等［4-7］。本文主要研究了自制淀粉基抗靜電劑與不同類型的抗靜電劑復(fù)配后在PP材料中的應(yīng)用效果。并根據(jù)高分子材料抗靜電機(jī)理對(duì)其抗靜電效果差異進(jìn)行了解釋。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PP，T30S，中國(guó)石化茂名石油化工公司；

玉米淀粉，食品級(jí)，中山市弘欣生物科技有限公司；

二乙醇胺，分析純，武漢欣銀河精細(xì)化工有限公司；

聚乙烯蠟，分析純，昆山鑫葵高分子新材料有限公司；

硬脂酸油脂，分析純，新鄉(xiāng)市陽(yáng)光油脂有限公司；

氧化鋅，分析純，新樂(lè)市金浩森鋅品有限公司；

丙烯酸，分析純，壽光市魯科化工有限責(zé)任公司；

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA），青州化工有限公司；

離子型抗靜電劑（烷基二甲基羥乙基銨硝酸鹽），抗SN，浙江海安縣正達(dá)化工廠；

非離子型抗靜電劑（環(huán)氧乙烷胺類加成物），HDC-103，浙江杭州德昌化學(xué)制品有限公司；

無(wú)機(jī)鹽（NaCl），工業(yè)級(jí)，壽光市海旭化工有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

注塑機(jī)，CJ80MZ-NCⅡ，震德塑料機(jī)械廠有限公司；

雙螺桿擠出機(jī)，TSE-40A/400-4422，南京瑞亞高聚物裝備有限公司；

高阻儀，ZC-36，測(cè)量范圍1×106～1×107Ω，上海精密科學(xué)儀器有限公司；

分析天平，LIBROR AEL-160-21，測(cè)量精度為0．1 mg，日本Shimadzu公司；

臺(tái)式干燥機(jī)，WG2003，溫度范圍為5～200℃，重慶試驗(yàn)設(shè)備廠一分廠。

1.3 樣品制備

淀粉基抗靜電劑的制備［8］：將聚乙烯蠟加熱熔融，先后加入二乙醇胺、硬脂酸油脂，加熱熔融后加入適量的氧化鋅得到中間產(chǎn)物備用；其中聚乙烯蠟為載體，二乙醇胺和硬脂酸油脂均有一定的抗靜電性，氧化鋅能在弱酸中離解出離子，且析出速度適中；中間產(chǎn)物的質(zhì)量配比為：聚乙烯蠟100份（質(zhì)量份，下同）、二乙醇胺50份、硬脂酸油脂50份、氧化鋅20份；另將淀粉和水加熱到60～90℃使玉米糊化，糊化時(shí)間在1 h左右；將糊化的玉米淀粉、丙烯酸和前面制備的中間產(chǎn)物按40∶30∶30的質(zhì)量比混合并加熱熔融后一起加入到30份EVA中，繼續(xù)加熱攪拌均勻后冷卻切粒，得到淀粉類抗靜電劑；該淀粉基抗靜電劑中的淀粉和丙烯酸能部分交聯(lián)，主要起到吸水的作用，而EVA起到提高與聚烯烴相容性的作用；

復(fù)合材料制備：將不同類型抗靜電劑按照一定配比加入到PP中充分?jǐn)嚢杌旌?，分別加入到雙螺桿擠出機(jī)上中擠出，冷卻切粒，粒料干燥后，再于注塑機(jī)上制出圓盤試樣，擠出機(jī)從機(jī)筒至機(jī)頭各段的溫度設(shè)定為160～210℃，注塑機(jī)三段溫度設(shè)定分別為：190、200、210℃。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

表面電阻率的測(cè)試：根據(jù)注塑后樣品放置時(shí)間的不同，用高阻儀按GB 1044—1970測(cè)試樣品的表面電阻率，每個(gè)樣品測(cè)量5次并取平均值；

抗靜電劑耐擦洗實(shí)驗(yàn)：在蒸餾水中使用脫脂棉將制品表面擦拭50次，晾干后放置在恒溫恒濕環(huán)境（相對(duì)濕度50％，溫度20℃）中2 h，測(cè)定樣品的表面電阻率。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉基抗靜電劑改性PP

表1是自制淀粉基抗靜電劑含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）分別為0．5％、1．0％、1．5％和2％時(shí)PP復(fù)合材料注塑后放置不同時(shí)間后的表面電阻率。通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，制品表面表面電阻率均呈下降趨勢(shì)。但90 d后表面電阻率下降變緩。說(shuō)明該類抗靜電劑在90 d后析出已經(jīng)飽和。而當(dāng)抗靜電劑含量較高時(shí)，樣品的表面電阻率也較低，說(shuō)明該抗靜電劑具有一定的抗靜電效果。但該種抗靜電劑達(dá)到含量較高的2％時(shí)，180 d后樣品的表面電阻率仍然處于1011Ω·m數(shù)量級(jí)。說(shuō)明單獨(dú)添加該類抗靜電劑在PP中難以達(dá)到優(yōu)良抗靜電效果的109Ω·m數(shù)量級(jí)。

表1 淀粉基抗靜電劑改性PP復(fù)合材料的表面電阻率Ω·mTab．1 Surface resistivity of PP modified by starch based antistatic agentΩ·m

2.2 淀粉基抗靜電劑與非離子型抗靜電劑復(fù)配改性PP

從表2中可見(jiàn)，相同含量的非離子型抗靜電劑改性PP制品表面電阻率低于淀粉基抗靜電劑，顯示出非離子型抗靜電劑抗靜電效果略好于自制的淀粉基抗靜電劑。但當(dāng)2種抗靜電劑的含量不超過(guò)1％時(shí)，PP材料的表面電阻率只能降到1011Ω·m數(shù)量級(jí)，起不到優(yōu)良抗靜電的作用。而2種抗靜電劑復(fù)配后，PP制品的表面電阻率高于單獨(dú)添加的非離子型抗靜電劑的，更無(wú)法達(dá)到優(yōu)良抗靜電的作用。這是因?yàn)榈矸刍轨o電劑是屬于高分子型抗靜電劑，非離子型抗靜電劑是小分子型的。高分子型抗靜電劑在PP材料中遷移析出到表面的速度較慢，而淀粉基抗靜電劑與非離子型小分子抗靜電劑有一定的親和性，這就影響了非離子型抗靜電劑遷移析出到PP材料表面的速度。所以在注塑后需要放置180 d后，2種復(fù)配抗靜電劑的PP材料其表面電阻率才與非離子型抗靜電劑接近。

表2 淀粉基抗靜電劑與非離子型抗靜電劑復(fù)配改性PP復(fù)合材料的表面電阻率Ω·mTab．2 Surface resistivity of PP modified by starch based antistatic agent and non-ionic antistatic agentΩ·m

2.3 淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑復(fù)配改性PP

從表3中可見(jiàn)，相同含量的離子型抗靜電劑在PP材料中其表面電阻率明顯低于淀粉基抗靜電劑，表明離子型抗靜電劑抗靜電效果好于自制的淀粉基抗靜電劑。而2種抗靜電劑復(fù)配后，其表面電阻率遠(yuǎn)低于單獨(dú)添加的離子型抗靜電劑在PP中的表面電阻率，達(dá)到了109Ω·m，屬于優(yōu)良抗靜電效果的數(shù)量級(jí)。顯示了自制的淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑復(fù)配起到了協(xié)同抗靜電作用。原因在于淀粉基抗靜電劑是通過(guò)吸附水分抗靜電，而離子型抗靜電劑能夠離解出離子。這兩種抗靜電劑混合在一起后，離子型抗靜電劑能在較多的水分子中離解出更多的離子，從而更好地起到疏散靜電荷的作用。

表3 淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑復(fù)配改性PP材料的表面電阻率Ω·mTab．3 Surface resistivity of PP modified by starch based antistatic agent and ionic antistaticΩ·m

2.4 淀粉基抗靜電劑與無(wú)機(jī)鹽復(fù)配改性PP

從表4中可見(jiàn)，相同含量的無(wú)機(jī)鹽在PP材料中其表面電阻率明顯低于淀粉基抗靜電劑，顯示無(wú)機(jī)鹽能降低PP材料的表面電阻率。而當(dāng)無(wú)機(jī)鹽和淀粉基抗靜電劑復(fù)配后，其表面電阻率低于單獨(dú)添加的無(wú)機(jī)鹽在PP中的表面電阻率，也達(dá)到了109Ω·m的優(yōu)良抗靜電效果的數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽比離子型抗靜電劑更容易離解離子，且該氯化鈉無(wú)機(jī)鹽也容易吸附水分。

表4 淀粉基抗靜電劑與無(wú)機(jī)鹽復(fù)配改性PP材料的表面電阻率Ω·mTab．4 Surface resistivity of PP modified by starch based antistatic agent and inorganic saltΩ·m

2.5 不同PP制品的耐擦洗性能

從表5可以看出，無(wú)論是單一的淀粉基抗靜電劑還是復(fù)合抗靜電劑制備的PP，在擦洗后其表面電阻率明顯上升，即抗靜電性能下降。單一淀粉基抗靜電PP材料擦洗后表面電阻率下降倍數(shù)最小。說(shuō)明了淀粉基耐擦洗能力最強(qiáng)。這是因?yàn)榈矸刍歉叻肿有偷?，與基體樹(shù)脂結(jié)合強(qiáng)，不容易被擦洗掉，說(shuō)明該類抗靜電劑的耐久性最好；而無(wú)機(jī)鹽和淀粉的復(fù)配抗靜電劑PP其擦洗前后表面電阻相差達(dá)104數(shù)量級(jí)倍數(shù)。說(shuō)明無(wú)機(jī)鹽雖然能短時(shí)間降低PP材料的表面電阻，但其耐擦洗能力很差，達(dá)不到抗靜電劑需要的耐久性要求；而淀粉基與非離子型的復(fù)合抗靜電劑耐久性也很好，擦洗前后其表面電阻率仍在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)；淀粉基與離子型的復(fù)合抗靜電劑耐久性較其次之，擦洗前后相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，但仍能使PP材料的表面電阻率在1012Ω·m數(shù)量級(jí)內(nèi)。

表5 抗靜電PP樣品擦洗前后的表面電阻率Tab．5 Surface resistivity of antistatic PP composites before and after scrubbing

3 結(jié)論

（1）淀粉基抗靜電在PP材料中具有一定的抗靜電效果，但難以達(dá)到優(yōu)良的抗靜電水平；

（2）淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑和無(wú)機(jī)鹽復(fù)配均能能起到協(xié)同抗靜電作用，與非離子型抗靜電劑復(fù)配則不能起到協(xié)同抗靜電作用；

（3）淀粉基類抗靜電劑在PP材料中耐久性最好，無(wú)機(jī)鹽類沒(méi)有耐久性，而淀粉基類抗靜電劑與離子型和非離子型抗靜電劑復(fù)配后均具有較好的耐久性。

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Study on Antistatic Properties of Starch-Based Antistatic Agent for Polypropylene

CHENG Liang1，JIANG Ding2，ZHI Jingpeng2，TIAN Yaozhu2*
（1．College of Electrical Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，China；2．College of Materials and Metallurgy，Guizhou University，Guiyang 550003，China）

A starch-based antistatic agent was first prepared，and then the antistatic polypropylene（PP）compounds were prepared by melt-blending of PP with the antistatic agent．The effects of the antistatic agent on the surface resistivity of PVC compounds were investigated when being used individually or combined with non-ionic antistatic agent，ionic antistatic agent and inorganic salt．The results indicated that the combination of the starch-based antistatic agent with the ionic antistatic agent could lead to a synergistic effect on PP and thus resulted in excellent antistatic performance and durability．

polypropylene；starch-based antistatic agent；durability；synergistic effect

TQ325．3

B

1001-9278（2017）01-0025-04

10．19491/j．issn．1001-9278．2017．01．005

2016-08-04

*聯(lián)系人，yao_zhutian＠126．com