专利名称：一种防静电聚氯乙烯复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于功能性高分子材料，主要涉及的是一种新型防静电聚氯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚氯乙烯(PVC)是世界塑料工业中用量最大的树脂品种之一，其电阻高达1015Ω或更高。良好的电绝缘性能导致材料在某些场合下使用易出现静电荷积聚而造成损失甚至酿成灾害，如塑料输送带或塑料管在输送易燃易爆物料时，常因物料的流动产生静电放电或爆炸；在精密仪器控制室及大型计算机房中，由于塑料静电往往会引起仪器、仪表的误差；塑料薄膜在加工中由于静电，造成粉尘的沾污，致使塑料袋热合牢度差，破损率高且印刷不良。近年来，随着塑料制品的大量使用，如聚氯乙烯门窗、塑料百叶窗等，因静电引起吸尘，不易清洗，造成美观受损，降低了使用价值。虽然聚氯乙烯的应用日益广泛，因静电引起的损失也在增加。因此对PVC抗静电材料的研究开发已成为我国PVC科研与生产的重要课题。
通过提高高分子材料表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚；添加抗静电剂也是提高高分子材料表面电导率的有效方法之一，而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料或与其它导电分子共混的技术。
根据添加方式不同，PVC抗静电剂的使用可分为外涂型和内加型两类。外涂型抗静电剂是通过刷涂、喷涂或浸涂等方法涂敷于制品表面，它们见效快，适用广，但容易因摩擦、洗涤而脱失。因此只能提供暂时的或短期的抗静电效应。内加型抗静电剂是在配料时加入到树脂中，使其均匀地分散于整个聚合物内，它可从高分子材料内部向表面迁移，在表面形成均匀的抗静电层，它耐摩擦、耐洗涤，效能持久，是高分子材料中广泛使用的抗静电剂类型。
导电复合技术通常是将各种无机导电填料掺入到基体高分子中加工成型。目前以该种技术制得的高分子材料最具使用价值，其中不少在国外已经实现商品化。导电PVC材料目前主要应用于具有屏蔽电磁波的地板、墙壁和天花板；也可以用来制作导电油膏，应用于电子工业中；还可以作为导电薄膜的基材，在PVC薄膜上，通过涂层、蒸镀、溅射、电镀等方法，在其表现产生一层导电的薄膜材料，用来作为电极材料；还可应用于防电磁波和通讯领域。导电粉末可以用导电炭黑、石墨、金属银铜、镍等粉末，导电纤维有碳纤维、石墨纤维、各种金属纤维。但采用金属粉末填充时存在添加量大、易发生热氧化和对基体老化有催化作用等缺点，其较大的加入量对基体的力学性能也产生较大的影响，产品性能不稳定。采用纤维填充时，由于纤维状填料彼此接触几率更大，因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率，但是纤维在加工时易折断，也容易发生氧化，同时价格也较高。采用常规的金属氧化物(如SnO、CuO)填充时虽然不存在使用过程中由于发生氧化而导致材料性能下降的可能，但同样存在添加量大，影响材料力学性能等缺点。
而采用纳米级的无机导电粉末进行填充是当前制备聚合物基抗静电复合材料的另一个发展趋势。基于量子效应、小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应的某些金属氧化物纳米粒子具有优异的导电性能、阻燃性能、透明性(粒径为几十纳米，小于可见光波长)及高强度、高韧性等良好的力学性能，是传统的抗静电添加材料无法比拟的。但由于纳米粉体的比表面积大，表面能高，粉体处于高度的热力学不稳定状态，粉体颗粒之间极易产生团聚。团聚的产生对纳米粉体材料的性能发挥有很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，结合导电填料和纳米材料的优点提供一种防静电聚氯乙烯复合材料及其制备方法，它复合使用了导电云母粉和经钛酸酯偶联剂(型号为KR 238T)处理的银纳米线粉体作为导电填料，涂膜表面电阻率达106～107Ω。并选用的钛酸酯偶联剂对银纳米线粉体作预处理使纳米银线均匀地分散在PVC树脂基体中，有效解决了纳米粉体的团聚问题。
本发明是这样实现的本发明提供的一种防静电聚氯乙烯复合材料，其特征在于，具体包括PVC糊树脂、增塑剂DOTP、稳定剂和填料。其中稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡或硬脂酸钙中的一种，其特征在于配方中还包括了导电云母粉、钛酸酯偶联剂和少量纳米银线粉体。具体组成(重量百分比)是PVC糊树脂45～50增塑剂20～30稳定剂1～3.5导电云母粉8～12银纳米线粉体0.01～0.5钛酸酯偶联剂0.01～0.02，余量为重质碳酸钙填料。
在目前所使用的高分子聚合物中，PVC塑料由于原料丰富，制造方便以及品种和性能的多样化，因而应用范围广，产量大，在国内外均为最重要的塑料品种之一。本发明中所用PVC糊树脂为上海氯碱有限公司生产，聚合度为1300。
本发明中复合使用了导电云母粉和经钛酸酯偶联剂处理的纳米银线粉体作为导电填料，所用银纳米线长度在25～40μm，直径在15～35nm。导电云母粉和纳米银线粉体复合使用后可对PVC改性，不仅大大提高了PVC材料的延展性，改善了其力学性能，而且使PVC的表面电阻降低了8～9个数量级，符合抗静电要求。
与现有导电填料相比，本复合导电填料具有以下优势1.赋予PVC高效、持久的导电性能。导电云母粉是在云母表面包覆一层或几层微米导电物质复合而成，其粉体电阻率在3000Ω左右，分散到基材而达到抗静电要求通常需要较大添加量(25～35wt％)。本发明通过导电云母粉和极少量针状纳米ATO粉体的复合使用，使其产生协同作用而降低PVC电阻率，大大减少了导电云母粉的用量而使其达到防静电要求，比各自单独使用效果更优，且稳定持久。
2.易调色性。导电云母粉体本身呈浅灰色，而纳米银线粉体为白色粉末，两者复合使用，可与颜料调和成其他各种颜色。
3.由于该体系的高强度和高模量，不仅不会影响PVC的力学性能，反而能增强PVC的耐冲击性、耐候性和附着力。
4.该体系避免了大量使用导电云母粉，引入的对人体和环境有害的重金属量相对减少，有利于环保。
由于纳米粉体的比表面积大，表面能高，粉体处于高度的热力学不稳定状态，粉体颗粒之间极易产生团聚。团聚的产生对纳米粉体材料的性能发挥有很大的影响。因此，如果将纳米银线粉体直接分散在PVC中，制成导电复合材料，一方面粉体不能在PVC中分散均匀，另一方面团聚的粉体颗粒很难打开，从而无法体现纳米粉体的特性。为了解决这个问题，本发明中使用了钛酸酯偶联剂，喷洒于纳米银线粉体中作预处理，用量较少，为总体配方的0.01％～0.02％。偶联剂分子一端通过化学键进入PVC树脂中，另一端与粉体形成较强的氢键，在基体与无机粉体之间形成有效界面层，使纳米银线均匀的分散在PVC树脂中，有效解决了纳米粉体的团聚问题，并使其与导电云母粉产生协同作用，有效降低了PVC的电阻率。
此外，本发明中还采用了硬脂酸锌、硬脂酸钡和硬脂酸钙中一种作为稳定剂，有助于PVC材料生成稳定的结构；吸收并中和PVC加工过程中放出的氯化氢，消除氯化氢的催化降解作用；中和或钝化对降解起催化作用的金属离子及其它有害杂质。本发明产品抗静电效果优良、持久，不受时间、温度、湿度等影响；耐磨、耐压、耐冲击，有一定弹性；耐化学腐蚀，特别是耐碱性能好；重金属相对较少，有利于环保。
本发明新型防静电聚氯乙烯复合材料，其制备方法如下将PVC糊树脂、增塑剂DOTP、稳定剂和导电云母粉按配比重量加入搅拌装置中，高速(1200～1500转/分)搅拌30～45分钟。搅拌均匀后加入经钛酸酯偶联剂预处理的银纳米线粉体，低速搅拌10～15分钟。然后将导电PVC混合料注入模具，150～160℃下凝胶化20～25分钟，最后在180～185℃下塑化10～15分钟即可。
四、具体实施例实施例1配方为PVC糊树脂45％，(重量，下同)增塑剂30％，硬脂酸锌稳定剂2.8％，余量为重质碳酸钙填料。导电云母粉9％，银纳米线粉体0.2％，钛酸酯偶联剂0.01％，按上述制备方法得到样膜。干燥48小时后测试该样膜表面电阻率为106～107Ω，符合抗静电要求。
实施例2配方为PVC糊树脂50％，(重量，下同)增塑剂25％，硬脂酸钡或硬脂酸钙稳定剂1.2％，导电云母粉12％，银纳米线粉体0.4％，钛酸脂偶联剂0.02％，余量为重质碳酸钙填料，与实施例1相同方法测该膜表面电阻率为接近107Ω。
权利要求
1.一种防静电聚氯乙烯复合材料，其特征在于它复合使用了导电云母粉和经钛酸脂偶联剂处理的银纳米线粉体作为导电填料，涂膜的表面电阻率达106-107Ω；均匀分散在聚氯乙烯树脂基体中。
2.按权利要求1所述的一种防静电聚氯乙烯复合材料，其特征在于所述的复合材料的重量百分组成为聚氯乙烯糊树脂 45-50增塑剂 25-30稳定剂 1-3.5导电云母粉 8-12银纳米线粉体 0.01-0.5钛酸脂偶联剂 0.01-0.02重质碳酸钙填料 余量。
3.按权利要求1或2所述的一种防静电聚氯乙烯复合材料，其特征在于所述的银纳米线粉体的长度25-40μm，直径15-35nm。
4.按权利要求2所述的一种防静电聚氯乙烯复合材料，其特征在于所述的稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡或硬脂酸钙中一种。
5.按权利要求1或2所述的一种防静电聚氯乙烯复合材料，其特征在于导电云母粉是在云母表面包覆一层或多层微米级导电物质复合而成。
6.按权利要求2所述的一种防静电聚氯乙烯复合材料，其特征在于所述的聚氯乙烯糊树脂的聚合度为1300。
7.制备如权利要求1或2所述的一种防静电聚氯乙烯复合材料的方法，其特征在于将聚氯乙烯糊树脂、增塑剂、稳定剂和导电云母粉按权利要求2所述的组分比例，称重后依次加入搅拌器中，高速下搅拌30-45分钟，搅拌均匀后加入经钛酸脂偶联剂预处理过的银纳米线粉体，搅拌10-15分钟，最后将混合料注入模具，150-160℃凝胶化20-25分钟，组后在180-185℃塑化10-15分钟。
8.按权利要求7所述的一种防静电聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的高速搅拌的速度为1200-1500转/分。
全文摘要
本发明提供一种防静电聚氯乙烯复合材料及其制备方法。其配方包括PVC糊树脂、增塑剂、稳定剂和填料。其特征在于配方中还包括了导电云母粉、钛酸酯偶联剂和少量纳米银线粉体，它复合使用了导电云母粉和经钛酸酯偶联剂处理的纳米银线粉体作为导电填料，涂膜后表面电阻率达10
文档编号C08K3/36GK1861676SQ20051002582
公开日2006年11月15日 申请日期2005年5月13日 优先权日2005年5月13日
发明者熊玲凤 申请人:上海君江科技有限公司