淀粉基复合抗静电剂在聚丙烯中的抗静电性能研究

成 亮，姜 定，支景鹏，田瑶珠*

（1．贵州大学电气工程学院，贵州贵阳550003；2．贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550003）

淀粉基复合抗静电剂在聚丙烯中的抗静电性能研究

成 亮1，姜 定2，支景鹏2，田瑶珠2*

（1．贵州大学电气工程学院，贵州贵阳550003；2．贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550003）

以自制淀粉基抗静电剂为主，采用熔融共混法制备了抗静电聚丙烯（PP）材料，并通过高阻仪对比研究了非离子型抗静电剂、离子型抗静电剂及无机盐单一和复配后对PP制品抗静电效果的影响。结果表明，淀粉基抗静电剂与离子型抗静电剂复配后起到协同抗静电作用；淀粉基抗静电剂单一改性PP制品的抗静电效果及其耐久性能最好。

聚丙烯；淀粉基抗静电剂；耐久性；协同作用

0 前言

PP因价格低廉、力学性能好而应用非常广泛。但由于PP分子链中存在弱极性分子结构，其共价键所构成的分子链既不能电离，也难以传递自由电子，摩擦后产生得失电子而带电却很难消除，容易集聚电子而产生静电荷，限制了PP的应用范围。抗静电处理一般采用加入抗静电剂来降低制品的表面电阻率［1-3］，但不同类型抗静电剂在不同基体树脂中的特点和抗静电效果不同。决定抗静电效果的因素很多，如环境湿度、温度等［4-7］。本文主要研究了自制淀粉基抗静电剂与不同类型的抗静电剂复配后在PP材料中的应用效果。并根据高分子材料抗静电机理对其抗静电效果差异进行了解释。

1 实验部分

1.1 主要原料

PP，T30S，中国石化茂名石油化工公司；

玉米淀粉，食品级，中山市弘欣生物科技有限公司；

二乙醇胺，分析纯，武汉欣银河精细化工有限公司；

聚乙烯蜡，分析纯，昆山鑫葵高分子新材料有限公司；

硬脂酸油脂，分析纯，新乡市阳光油脂有限公司；

氧化锌，分析纯，新乐市金浩森锌品有限公司；

丙烯酸，分析纯，寿光市鲁科化工有限责任公司；

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA），青州化工有限公司；

离子型抗静电剂（烷基二甲基羟乙基铵硝酸盐），抗SN，浙江海安县正达化工厂；

非离子型抗静电剂（环氧乙烷胺类加成物），HDC-103，浙江杭州德昌化学制品有限公司；

无机盐（NaCl），工业级，寿光市海旭化工有限公司。

1.2 主要设备及仪器

注塑机，CJ80MZ-NCⅡ，震德塑料机械厂有限公司；

双螺杆挤出机，TSE-40A/400-4422，南京瑞亚高聚物装备有限公司；

高阻仪，ZC-36，测量范围1×106～1×107Ω，上海精密科学仪器有限公司；

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

台式干燥机，WG2003，温度范围为5～200℃，重庆试验设备厂一分厂。

1.3 样品制备

淀粉基抗静电剂的制备［8］：将聚乙烯蜡加热熔融，先后加入二乙醇胺、硬脂酸油脂，加热熔融后加入适量的氧化锌得到中间产物备用；其中聚乙烯蜡为载体，二乙醇胺和硬脂酸油脂均有一定的抗静电性，氧化锌能在弱酸中离解出离子，且析出速度适中；中间产物的质量配比为：聚乙烯蜡100份（质量份，下同）、二乙醇胺50份、硬脂酸油脂50份、氧化锌20份；另将淀粉和水加热到60～90℃使玉米糊化，糊化时间在1 h左右；将糊化的玉米淀粉、丙烯酸和前面制备的中间产物按40∶30∶30的质量比混合并加热熔融后一起加入到30份EVA中，继续加热搅拌均匀后冷却切粒，得到淀粉类抗静电剂；该淀粉基抗静电剂中的淀粉和丙烯酸能部分交联，主要起到吸水的作用，而EVA起到提高与聚烯烃相容性的作用；

复合材料制备：将不同类型抗静电剂按照一定配比加入到PP中充分搅拌混合，分别加入到双螺杆挤出机上中挤出，冷却切粒，粒料干燥后，再于注塑机上制出圆盘试样，挤出机从机筒至机头各段的温度设定为160～210℃，注塑机三段温度设定分别为：190、200、210℃。

1.4 性能测试与结构表征

表面电阻率的测试：根据注塑后样品放置时间的不同，用高阻仪按GB 1044—1970测试样品的表面电阻率，每个样品测量5次并取平均值；

抗静电剂耐擦洗实验：在蒸馏水中使用脱脂棉将制品表面擦拭50次，晾干后放置在恒温恒湿环境（相对湿度50％，温度20℃）中2 h，测定样品的表面电阻率。

2 结果与讨论

2.1 淀粉基抗静电剂改性PP

表1是自制淀粉基抗静电剂含量（质量分数，下同）分别为0．5％、1．0％、1．5％和2％时PP复合材料注塑后放置不同时间后的表面电阻率。通过数据可以看出，随着放置时间的延长，制品表面表面电阻率均呈下降趋势。但90 d后表面电阻率下降变缓。说明该类抗静电剂在90 d后析出已经饱和。而当抗静电剂含量较高时，样品的表面电阻率也较低，说明该抗静电剂具有一定的抗静电效果。但该种抗静电剂达到含量较高的2％时，180 d后样品的表面电阻率仍然处于1011Ω·m数量级。说明单独添加该类抗静电剂在PP中难以达到优良抗静电效果的109Ω·m数量级。

表1 淀粉基抗静电剂改性PP复合材料的表面电阻率Ω·mTab．1 Surface resistivity of PP modified by starch based antistatic agentΩ·m

2.2 淀粉基抗静电剂与非离子型抗静电剂复配改性PP

从表2中可见，相同含量的非离子型抗静电剂改性PP制品表面电阻率低于淀粉基抗静电剂，显示出非离子型抗静电剂抗静电效果略好于自制的淀粉基抗静电剂。但当2种抗静电剂的含量不超过1％时，PP材料的表面电阻率只能降到1011Ω·m数量级，起不到优良抗静电的作用。而2种抗静电剂复配后，PP制品的表面电阻率高于单独添加的非离子型抗静电剂的，更无法达到优良抗静电的作用。这是因为淀粉基抗静电剂是属于高分子型抗静电剂，非离子型抗静电剂是小分子型的。高分子型抗静电剂在PP材料中迁移析出到表面的速度较慢，而淀粉基抗静电剂与非离子型小分子抗静电剂有一定的亲和性，这就影响了非离子型抗静电剂迁移析出到PP材料表面的速度。所以在注塑后需要放置180 d后，2种复配抗静电剂的PP材料其表面电阻率才与非离子型抗静电剂接近。

表2 淀粉基抗静电剂与非离子型抗静电剂复配改性PP复合材料的表面电阻率Ω·mTab．2 Surface resistivity of PP modified by starch based antistatic agent and non-ionic antistatic agentΩ·m

2.3 淀粉基抗静电剂与离子型抗静电剂复配改性PP

从表3中可见，相同含量的离子型抗静电剂在PP材料中其表面电阻率明显低于淀粉基抗静电剂，表明离子型抗静电剂抗静电效果好于自制的淀粉基抗静电剂。而2种抗静电剂复配后，其表面电阻率远低于单独添加的离子型抗静电剂在PP中的表面电阻率，达到了109Ω·m，属于优良抗静电效果的数量级。显示了自制的淀粉基抗静电剂与离子型抗静电剂复配起到了协同抗静电作用。原因在于淀粉基抗静电剂是通过吸附水分抗静电，而离子型抗静电剂能够离解出离子。这两种抗静电剂混合在一起后，离子型抗静电剂能在较多的水分子中离解出更多的离子，从而更好地起到疏散静电荷的作用。

表3 淀粉基抗静电剂与离子型抗静电剂复配改性PP材料的表面电阻率Ω·mTab．3 Surface resistivity of PP modified by starch based antistatic agent and ionic antistaticΩ·m

2.4 淀粉基抗静电剂与无机盐复配改性PP

从表4中可见，相同含量的无机盐在PP材料中其表面电阻率明显低于淀粉基抗静电剂，显示无机盐能降低PP材料的表面电阻率。而当无机盐和淀粉基抗静电剂复配后，其表面电阻率低于单独添加的无机盐在PP中的表面电阻率，也达到了109Ω·m的优良抗静电效果的数量级。这是因为无机盐比离子型抗静电剂更容易离解离子，且该氯化钠无机盐也容易吸附水分。

表4 淀粉基抗静电剂与无机盐复配改性PP材料的表面电阻率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

从表5可以看出，无论是单一的淀粉基抗静电剂还是复合抗静电剂制备的PP，在擦洗后其表面电阻率明显上升，即抗静电性能下降。单一淀粉基抗静电PP材料擦洗后表面电阻率下降倍数最小。说明了淀粉基耐擦洗能力最强。这是因为淀粉基是高分子型的，与基体树脂结合强，不容易被擦洗掉，说明该类抗静电剂的耐久性最好；而无机盐和淀粉的复配抗静电剂PP其擦洗前后表面电阻相差达104数量级倍数。说明无机盐虽然能短时间降低PP材料的表面电阻，但其耐擦洗能力很差，达不到抗静电剂需要的耐久性要求；而淀粉基与非离子型的复合抗静电剂耐久性也很好，擦洗前后其表面电阻率仍在一个数量级内；淀粉基与离子型的复合抗静电剂耐久性较其次之，擦洗前后相差一个数量级，但仍能使PP材料的表面电阻率在1012Ω·m数量级内。

表5 抗静电PP样品擦洗前后的表面电阻率Tab．5 Surface resistivity of antistatic PP composites before and after scrubbing

3 结论

（1）淀粉基抗静电在PP材料中具有一定的抗静电效果，但难以达到优良的抗静电水平；

（2）淀粉基抗静电剂与离子型抗静电剂和无机盐复配均能能起到协同抗静电作用，与非离子型抗静电剂复配则不能起到协同抗静电作用；

（3）淀粉基类抗静电剂在PP材料中耐久性最好，无机盐类没有耐久性，而淀粉基类抗静电剂与离子型和非离子型抗静电剂复配后均具有较好的耐久性。

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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

*联系人，yao_zhutian＠126．com