淀粉基復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．貴州大學電氣工程學院，貴州貴陽550003；2．貴州大學材料與冶金學院，貴州貴陽550003）

淀粉基復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．貴州大學電氣工程學院，貴州貴陽550003；2．貴州大學材料與冶金學院，貴州貴陽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，并通過高阻儀對比研究了非離子型抗靜電劑、離子型抗靜電劑及無機鹽單一和復配后對PP制品抗靜電效果的影響。結果表明，淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑復配后起到協同抗靜電作用；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；協同作用

0 前言

PP因價格低廉、力學性能好而應用非常廣泛。但由于PP分子鏈中存在弱極性分子結構，其共價鍵所構成的分子鏈既不能電離，也難以傳遞自由電子，摩擦后產生得失電子而帶電卻很難消除，容易集聚電子而產生靜電荷，限制了PP的應用范圍。抗靜電處理一般采用加入抗靜電劑來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脂中的特點和抗靜電效果不同。決定抗靜電效果的因素很多，如環境濕度、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配后在PP材料中的應用效果。并根據高分子材料抗靜電機理對其抗靜電效果差異進行了解釋。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PP，T30S，中國石化茂名石油化工公司；

玉米淀粉，食品級，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，新鄉市陽光油脂有限公司；

氧化鋅，分析純，新樂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，浙江海安縣正達化工廠；

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

無機鹽（NaCl），工業級，壽光市海旭化工有限公司。

1.2 主要設備及儀器

注塑機，CJ80MZ-NCⅡ，震德塑料機械廠有限公司；

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

高阻儀，ZC-36，測量范圍1×106～1×107Ω，上海精密科學儀器有限公司；

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

臺式干燥機，WG2003，溫度范圍為5～200℃，重慶試驗設備廠一分廠。

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；中間產物的質量配比為：聚乙烯蠟100份（質量份，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物按40∶30∶30的質量比混合并加熱熔融后一起加入到30份EVA中，繼續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，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中充分攪拌混合，分別加入到雙螺桿擠出機上中擠出，冷卻切粒，粒料干燥后，再于注塑機上制出圓盤試樣，擠出機從機筒至機頭各段的溫度設定為160～210℃，注塑機三段溫度設定分別為：190、200、210℃。

1.4 性能測試與結構表征

表面電阻率的測試：根據注塑后樣品放置時間的不同，用高阻儀按GB 1044—1970測試樣品的表面電阻率，每個樣品測量5次并取平均值；

抗靜電劑耐擦洗實驗：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境（相對濕度50％，溫度20℃）中2 h，測定樣品的表面電阻率。

2 結果與討論

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（質量分數，下同）分別為0．5％、1．0％、1．5％和2％時PP復合材料注塑后放置不同時間后的表面電阻率。通過數據可以看出，隨著放置時間的延長，制品表面表面電阻率均呈下降趨勢。但90 d后表面電阻率下降變緩。說明該類抗靜電劑在90 d后析出已經飽和。而當抗靜電劑含量較高時，樣品的表面電阻率也較低，說明該抗靜電劑具有一定的抗靜電效果。但該種抗靜電劑達到含量較高的2％時，180 d后樣品的表面電阻率仍然處于1011Ω·m數量級。說明單獨添加該類抗靜電劑在PP中難以達到優良抗靜電效果的109Ω·m數量級。

表1 淀粉基抗靜電劑改性PP復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配改性PP

從表2中可見，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2種抗靜電劑的含量不超過1％時，PP材料的表面電阻率只能降到1011Ω·m數量級，起不到優良抗靜電的作用。而2種抗靜電劑復配后，PP制品的表面電阻率高于單獨添加的非離子型抗靜電劑的，更無法達到優良抗靜電的作用。這是因為淀粉基抗靜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配改性PP復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配改性PP

從表3中可見，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種抗靜電劑復配后，其表面電阻率遠低于單獨添加的離子型抗靜電劑在PP中的表面電阻率，達到了109Ω·m，屬于優良抗靜電效果的數量級。顯示了自制的淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑復配起到了協同抗靜電作用。原因在于淀粉基抗靜電劑是通過吸附水分抗靜電，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機鹽復配改性PP

從表4中可見，相同含量的無機鹽在PP材料中其表面電阻率明顯低于淀粉基抗靜電劑，顯示無機鹽能降低PP材料的表面電阻率。而當無機鹽和淀粉基抗靜電劑復配后，其表面電阻率低于單獨添加的無機鹽在PP中的表面電阻率，也達到了109Ω·m的優良抗靜電效果的數量級。這是因為無機鹽比離子型抗靜電劑更容易離解離子，且該氯化鈉無機鹽也容易吸附水分。

表4 淀粉基抗靜電劑與無機鹽復配改性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，無論是單一的淀粉基抗靜電劑還是復合抗靜電劑制備的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最小。說明了淀粉基耐擦洗能力最強。這是因為淀粉基是高分子型的，與基體樹脂結合強，不容易被擦洗掉，說明該類抗靜電劑的耐久性最好；而無機鹽和淀粉的復配抗靜電劑PP其擦洗前后表面電阻相差達104數量級倍數。說明無機鹽雖然能短時間降低PP材料的表面電阻，但其耐擦洗能力很差，達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數量級內；淀粉基與離子型的復合抗靜電劑耐久性較其次之，擦洗前后相差一個數量級，但仍能使PP材料的表面電阻率在1012Ω·m數量級內。

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，但難以達到優良的抗靜電水平；

（2）淀粉基抗靜電劑與離子型抗靜電劑和無機鹽復配均能能起到協同抗靜電作用，與非離子型抗靜電劑復配則不能起到協同抗靜電作用；

（3）淀粉基類抗靜電劑在PP材料中耐久性最好，無機鹽類沒有耐久性，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

*聯系人，yao_zhutian＠126．com