专利名称：十八烷基二羟乙基甲基溴化铵的用途、一种抗静电聚丙烯材料及其制品和制备方法
技术领域：
本发明涉及十八烷基二羟乙基甲基溴化铵的用途，本发明还涉及一种利用十八烷基二羟乙基甲基溴化铵作为抗静电剂的抗静电聚丙烯材料及其制品和制备方法，属于抗静电聚丙烯材料领域。
背景技术：
聚丙烯(PP)制品因具有优良的绝缘性，而被广泛应用于家用电器、交通运输、电子电气等各个领域。由于PP的高绝缘特性，使其在应用中因摩擦、剥离过程而产生和积累电荷，给生产和应用带来很多隐患。如何消除积聚在PP制品表面的静电，以及防止其表面产生静电，已成为当今高分子材料研究领域的一个热门课题。抗静电剂品种繁多，用作PP的 抗静电剂主要有非离子表面活性剂和两性表面活性剂，季铵盐型表面活性剂用于PP制品的抗静电还鲜少报道。本发明将一种季铵盐型表面活性剂以粉粒形式通过熔融共混的方法添加到PP中，研究了其对PP抗静电性能和抗静电剂的耐久性、耐擦洗性、对环境温度和湿度的依赖性及对PP结晶行为和热稳定性的影响，为PP用抗静电剂的研究开辟了一个新的方向。
发明内容
本发明的第一个目在于提供一种十八烷基二羟乙基甲基溴化铵(OMDAB)的用途。本发明的第二个目的在于提供一种利用十八烷基二羟乙基甲基溴化铵作为添加剂的抗静电聚丙烯材料。本发明的第三个目的在于提供一种抗静电聚丙烯材料制品。本发明的第四个目的在于提供一种利用十八烷基二羟乙基甲基溴化铵作为添加剂的抗静电聚丙烯材料的制备方法。本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现十八烷基二羟乙基甲基溴化铵在抗静电聚丙烯材料中作为抗静电剂的用途。本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯100份、抗静电剂O. I 2份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵。它还包括按重量份计算的抗氧化剂O. I份。本发明的第三个目的通过以下技术方案予以实现一种抗静电聚丙烯材料制品，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯100份、抗静电剂O. I 2份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵。它还包括按重量份计算的抗氧化剂O. I份。本发明的第四个目的通过以下技术方案予以实现一种抗静电聚丙烯材料制品的制备方法，它包括以下步骤
将重量份为100的聚丙烯，重量份为O. I 2的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为O. I的抗氧化剂。将混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到所述的抗静电聚丙烯材料制品。所述挤出处理中的一段温度为80°C，二段温度为90°C，三段温度为170°C，四段温度为170°C，五段温度为180°C，六段温度为180°C，七段温度为180°C，八段温度为170°C，九段温度为160°C。所述所述注塑处理中的一段温度为220°C，二段温度为200°C，三段温度为190°C，四段温度为185°C，射一压力为60bar，射二压力为50bar。与现有技术相比，本发明具有的有益效果为以十八烷基二羟乙基甲基溴化铵作为抗静电剂的PP制品吸湿性优良，耐久性优异，抗静电性和耐擦洗性能较好，受外界环境温度影响较小。
图I为制备抗静电聚丙烯材料制品的流程图；图2为OMDAB的吸湿效果曲线图；图3为季铵盐热分解机理示意图；图4为OMDAB的TG和DTG曲线图；图5为OMDAB添加量对PP表面电阻率影响曲线图；图6为PP/0MDAB (O. 3份)共混材料表面电阻率随时间变化关系曲线图；图7为抗静电剂缺失及补充过程；图8为PP/0MDAB共混材料XRD图曲线图；图9为纯PP材料DSC曲线图；图10为PP/0MDAB (O. 3份)共混材料DSC曲线图；图11为PP/0MDAB (O. 5份)共混材料DSC曲线图；图12为纯PP的TG和DTG曲线图；图13为PP/0MDAB (O. 3份)共混材料TG和DTG曲线图；图14为PP/0MDAB (O. 5份)共混材料TG和DTG曲线具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但并不对本发明造成任何限制。实施例I本实施例的一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯(PP) 100份、抗静电剂2份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵(OMDAB)。如图I所示，所述的抗静电聚丙烯材料制品的制备方法包括以下步骤将重量份为100的聚丙烯，重量份为2的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为O. I的抗氧化剂；然后将上述混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到抗静电聚丙烯材料制
品O所述挤出处理中的一段温度为80°C，二段温度为90°C，三段温度为170°C，四段温度为170°C，五段温度为180°C，六段温度为180°C，七段温度为180°C，八段温度为170°C，九段温度为160°C。所述注塑处理中的一段温度为220°C，二段温度为200°C，三段温度为190°C，四段温度为185°C，射一压力为60bar，射二压力为50bar。所述的PP没有特殊限制，本实施例中暂选用茂名石化的T30S。所述的OMDAB用常规方法自制。所述的抗氧化剂没有特殊限制，暂选用市售工业级的抗氧化剂1010、168。实施例2
本实施例的一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯(PP) 100份、抗静电剂O. I份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵(OMDAB)。所述的抗静电聚丙烯材料制品的制备方法包括以下步骤将重量份为100的聚丙烯，重量份为O. I的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为O. I的抗氧化剂；然后将上述混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到抗静电聚丙稀材料制品。实施例3本实施例的一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯(PP) 100份、抗静电剂O. 3份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵(OMDAB)。如图I所示，所述的抗静电聚丙烯材料制品的制备方法包括以下步骤将重量份为100的聚丙烯，重量份为O. 3的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为O. I的抗氧化剂；然后将上述混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到抗静电聚丙烯材料制品。实施例4本实施例的一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯(PP) 100份、抗静电剂O. 5份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵(OMDAB)。如图I所示，所述的抗静电聚丙烯材料制品的制备方法包括以下步骤将重量份为100的聚丙烯，重量份为O. 5的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为O. I的抗氧化剂；然后将上述混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到抗静电聚丙烯材料制品。实施例5本实施例的一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯(PP) 100份、抗静电剂I份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵(OMDAB)。如图I所示，所述的抗静电聚丙烯材料制品的制备方法包括以下步骤将重量份为100的聚丙烯，重量份为I的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为O. I的抗氧化剂；然后将上述混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到抗静电聚丙烯材料制品。实施例6本实施例的一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯(PP) 100份、抗静电剂I. 5份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵(OMDAB)。如图I所示，所述的抗静电聚丙烯材料制品的制备方法包括以下步骤将重量份为100的聚丙烯，重量份为I. 5的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为O. I的抗氧化剂；然后将上述混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到抗静电聚丙烯材料。对用实施例I到5的抗静电聚丙烯材料制成的塑料制品进行性能测定吸湿率测定表面电阻测定按GB/T 1040-2006进行。耐久性测定将试样放置在室温的条件下，每相隔一定的时间测试一次试样的表面电阻。耐擦洗性测定将试样用蒸馏水冲洗,使用脱脂棉擦拭试样两分钟后,恒定条件下自然风干水份，48h后测定试样的表面电阻。 X射线衍射广角X射线衍射法(WAXD)，Cu Ka辐射，衍射范围2 Θ角为5ο 40ο。热重TG:氮气保护下，气体流速为20mL/min，升温速率为10°C/min，升温至600。。。差热DSC :氮气保护下从50°C开始，以15°C /min升温至210°C。恒温5min后，再以5°C /min等速降温。其结果具体如下I)抗静电剂的吸湿性一般来说，吸湿性越好，抗静电的能力越大。由图2可知，OMDAB的吸湿率随着时间延长而呈增长趋势，最终4h时达到极值。随后曲线呈水平趋势，达到饱和状态。其吸湿率大，短时间内即吸附饱和，吸湿性优良。OMDAB表面能大于PP，为降低PP表面能，OMDAB分子通常在PP表面相互团聚，形成宏观均匀而微观独立的一个个小岛。当OMDAB吸附环境中的水分后，就会形成以一个个小岛为中心的小液膜，可被看为相互隔离的导电点。小液膜相互间所形成的导电通路数量与OMDAB的吸湿性有关。吸湿性越好，导电通路数量越多，抗静电性就越好。2)抗静电剂热失重季铵盐热分解机理如图3所示，一方面由于邻近碳原子的电子云密度向N原子方向偏移，增大了 β位上的质子活性，β位上的质子一旦脱掉后，就难以形成热稳定的结构。另一方面，季铵盐的阴离子易于电离而与阳离子脱离，从而使季铵盐发生热分解。由图3可知，OMDAB初始分解温度为240°C，最大分解速率温度为260°C，400°C以后完全分解。PP的最高加工温度为220°C，明显小于OMDAB的初始分解温度。因此在加工过程中，不会因OMDAB分解而降低对PP的抗静电效果。3)抗静电剂不同添加量对PP抗静电性的影响抗静电剂在聚合物表面达到一定浓度时(10个分子层以上)，才能发挥其抗静电效果。将PP表面电阻值Rs换算成表面电阻率P S，由IogP S对OMDAB添加量作图。由图5可知，纯PP表面电阻率为1.35Χ1016Ω。随着OMDAB添加量的增加，PP的表面电阻率逐渐降低。O. 3份时抗静电效果最好，表面电阻率降到最低，为I. 05 X 1011 Ω，与纯PP相比下降了约5个数量级。这是由于OMDAB的分子浓度越高，就越易向PP的表面迁移。能够更多吸附空气当中的水分子，从而依靠水和水中的微量杂质疏导表面的剩余电荷，降低PP表面电阻率。
由图5还可知，OMDAB添加量大于O. 3份时，PP表面电阻率呈缓慢的上升趋势。添加量大于I份以后，曲线呈水平趋势。这与OMDAB和PP的相容性及OMDAB的分散性有关。OMDAB多存在于PP的非晶区内。当添加量较少时，主要以游离态分散于PP的非结晶区内，彼此之间不发生相互作用，易于向PP表面迁移。添加量增加后，OMDAB分子易在PP非晶区内发生局部聚集，缔合成亲水基为内核、亲油基为外层的逆胶束。这些缔合的逆胶束失去了迁移能力，并且阻碍了其它游离态OMDAB分子向PP表面迁移，致使PP表面电阻率增大。继续增大添加量，OMDAB分子浓度增加，向PP表面迁移能力增大。当表面的OMDAB分子达到饱和状态时，PP表面电阻率不再变化。4)抗静电剂耐久性OMDAB由于亲油基结构的存在而与PP具有一定相容性。加入PP后会从加入层逐步迁移到未加入层，并逐步在表面达到一定的浓度，从而疏导PP表面积累的剩余电荷。本节选取抗静电效果最佳的PP/0MDAB (O. 3份)共混材料研究OMDAB的抗静电耐久性。由图 6可知，共混材料加工成型2天后表面电阻率突降，7天时表面的OMDAB分子浓度达到饱和，PP表面电阻率达到最低，为1.04Χ1011Ω。90天时，表面电阻率仍可达到1.58Χ1011Ω，抗静电耐久性优异。抗静电剂的耐久性主要取决于其迁移率。迁移率与共混材料的相容性有关。相容性差，则抗静电剂向材料表面的迁移率大，易于析出。促使材料加工成型后短时间内即发挥出抗静电效果。但两者相互作用性弱，材料表面抗静电剂分子易脱落，造成抗静电剂的耐久性差。相反，相容性好，则抗静电剂向材料表面的迁移率小，不易析出。促使材料加工成型后一段时间才能发挥出抗静电效果。但两者相互作用强，材料表面抗静电剂分子不易脱落，抗静电剂耐久性强。5)抗静电剂耐擦洗性材料使用过程中不可避免的会受到水洗、摩擦等作用。由于抗静电剂一般具有极性，能够溶于水溶液中，而且擦拭过程也会造成抗静电剂的部分流失，最终导致材料表面电阻率升高。这时需要抗静电剂分子由材料内部迁移到表面进行补充，如图7。由表I可知，PP共混材料经擦洗后表面电阻率变大，约有I个数量级的增加。擦洗过程中，材料表面抗静电剂分子的缺失程度与抗静电剂本身的极性有关。抗静电剂的极性与擦洗液的极性越相近，越易溶解于擦洗液中。与材料的极性越相近，两者的相互作用力越大，越不容易脱落。擦洗后抗静电剂向材料表面的补充也与其迁移率有关。OMDAB的极性与水的极性相差较大，擦洗过程中只有小部分溶解于水中。其碳链较长，与PP的相互作用性较强，擦洗过程中脱落数量较少，擦洗后两天即可恢复抗静电剂的效果。表1PP/0MDAB擦洗前后表面电阻率变化
权利要求
1.十八烷基二羟乙基甲基溴化铵在抗静电聚丙烯材料中作为抗静电剂的用途。
2.一种抗静电聚丙烯材料，其特征在于它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯100份、抗静电剂0. I 2份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵。
3.根据权利要求2所述的一种抗静电聚丙烯材料，其特征在于它还包括按重量份计算的抗氧化剂0. I份。
4.一种抗静电聚丙烯材料制品，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯100份、抗静电剂0. I 2份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵。
5.根据权利要求4所述的一种抗静电聚丙烯材料制品，其特征在于它还包括按重量份计算的抗氧化剂0. I份。
6.一种抗静电聚丙烯材料制品的制备方法，其特征在于它包括以下步骤， 将重量份为100的聚丙烯，重量份为0. I 2的抗静电剂在80°C的烘箱中干燥4h，将聚丙烯和抗静电剂熔融共混，再添加重量份为0. I的抗氧化剂； 将上述混合物进行挤出处理、造粒处理、注塑处理得到所述的抗静电聚丙烯材料制品。
7.根据权利要求6所述的一种抗静电聚丙烯材料制品的制备方法，其特征在于所述挤出处理中的一段温度为80°C，二段温度为90°C，三段温度为170°C，四段温度为170°C，五段温度为180°C，六段温度为180°C，七段温度为180°C，八段温度为170°C，九段温度为160。。。
8.根据权利要求6或7所述的一种抗静电聚丙烯材料制品的制备方法，其特征在于所述所述注塑处理中的一段温度为220°C，二段温度为200°C，三段温度为190°C，四段温度为185°C，射一压力为60bar，射二压力为50bar。
全文摘要
本发明公开了十八烷基二羟乙基甲基溴化铵的用途，本发明还公开了一种利用十八烷基二羟乙基甲基溴化铵作为抗静电剂的抗静电聚丙烯材料及其制品和制备方法，属于抗静电聚丙烯材料领域。本发明的一种抗静电聚丙烯材料，它包括按重量份计算的以下组分聚丙烯100份、抗静电剂0.1～2份、抗氧化剂0.1份，所述的抗静电剂是十八烷基二羟乙基甲基溴化铵。与现有技术相比，本发以十八烷基二羟乙基甲基溴化铵作为抗静电剂的PP制品吸湿性优良，耐久性优异，抗静电性和耐擦洗性能较好，受外界环境温度影响较小。
文档编号B29C45/76GK102796323SQ201210322578
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者郑成, 施明, 王正平, 周勇强 申请人:广州大学