一種PET聚酯薄膜抗靜電劑及其製備方法與流程
2023-09-14 19:52:15 2
本發明涉及一種抗靜電劑及其製備方法，具體是一種PET聚酯薄膜抗靜電劑及其製備方法。
背景技術：
PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)具有強度高、耐磨性好、回彈性佳、成本低等特點，因此在紡織品中佔有相當大的比例，同時PET又是性能優良用途廣泛的工程塑料。但由於PET電阻率高，在65％相對溼度、25℃的條件下，吸溼率僅為0.4％，表面電阻高達1014Ω。因此極易產生靜電，從而限制了它在電子電氣等行業的應用。PET的抗靜電一般是通過添加抗靜電劑降低PET的電阻率，使其能有效地逸散電荷，從而避免靜電的大量積累而造成的危害。因為PET抗靜電劑的研究具有非常重要的意義。
PET薄膜抗靜電劑有外塗覆型、內添加型、高分子永久型。外塗覆型是採用抗靜電劑溶液塗覆在PET聚酯薄膜表面。抗靜電劑分子的親油基團植於聚酯內部，使抗靜電劑與聚酯有一定的相容性，而親水基團在排布在聚酯表面吸附空氣中的水分子，來達到傳導電荷的目的。內加型抗靜電劑是指在PET聚酯薄膜的生產過程中，將抗靜電劑加入聚酯切片中，經共混、擠出、雙向拉伸成膜得到抗靜電的PET聚酯薄膜。高分子永久型與內加型類似，在PET聚酯薄膜加工過程中就加入，但因高分子型的抗靜電劑因本身就為高分子，與PET聚酯形容性更好，使生產出的薄膜能保持比較好的透明性。
技術實現要素：
為了解決背景技術中存在的問題，本發明提出了一種PET聚酯薄膜抗靜電劑及其製備方法。
一、一種PET聚酯薄膜抗靜電劑：
為不飽和脂肪族聚酯與苯乙烯磺酸鈉的共聚物，不飽和脂肪族聚酯與苯乙烯磺酸鈉的質量比為70～85：30～15。
所述的不飽和脂肪族聚酯主要是由順丁烯二酸酐與脂肪族聚酯寡聚物酯化而成，不飽和脂肪族聚酯的分子量在500～800g/mol。
所述的抗靜電劑的共聚物分子量為6000～8000g/mol。
所述的脂肪族聚酯寡聚物分子量為400～700g/mol。
二、一種PET聚酯薄膜抗靜電劑的製備方法：
1)合成脂肪族聚酯寡聚物；
2)將脂肪族聚酯寡聚物與順丁烯二酸酐混合製備不飽和脂肪族聚酯；
3)將不飽和脂肪族聚酯與苯乙烯磺酸鈉共聚合成為抗靜電劑。
所述步驟1)具體為：
1.1)將己二酸與乙二醇以摩爾比1:1混合後，在160℃和催化劑催化下進行酯化反應1h；
1.2)隨後抽真空，使反應體系保持在真空條件下縮聚0.5h～2h，等冷卻後，加入四氫呋喃(THF)溶解聚酯，然後在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物。
所述步驟1.1)中催化劑為對甲苯磺酸，加入的量為己二酸與乙二醇總質量的1％。
所述步驟1.2)中的真空條件為真空度小於100Pa。
所述步驟2)具體為：取步驟1)合成的脂肪族聚酯寡聚物與順丁烯二酸酐，以摩爾比為1:1混合，在160℃下酯化反應4h；在反應物冷卻後，將其溶解在四氫呋喃(THF)中，然後在乙醚中沉澱、乾燥，最後得到不飽和脂肪族聚酯。
所述步驟3)具體為：
3.1)將不飽和脂肪族聚酯與苯乙烯磺酸鈉加入到二甲基甲醯胺(DMF)溶液中，不飽和脂肪族聚酯與苯乙烯磺酸鈉的質量比為70～85:30～15；
3.2)使反應體系保持在90℃，在攪拌下加入偶氮二異丁腈(AIBN)作為引發劑，引發不飽和聚酯與苯乙烯磺酸鈉的自由基共聚合反應，AIBN的加入量為不飽和聚酯與苯乙烯磺酸鈉質量的1％；
3.3)聚合反應進行24h後結束，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物，將產物多次再在乙醚中清洗，除去DMF溶劑，最終在120℃條件下真空乾燥72h獲得產物。
本發明的PET聚酯薄膜抗靜電劑為一種高分子型的抗靜電劑，抗靜電劑分子鏈上帶有離子基團。採用該方案，可使PET聚酯薄膜的表面電阻降到109～1010Ω，同時保持高透明性。本抗靜電劑分子是一種不飽和聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉的自由基共聚合產物。
用於PET聚酯薄膜是將PET切片與本發明合成的抗靜電劑共混，擠出，雙向拉伸成膜，得到抗靜電的PET聚酯薄膜。
為了達到在保持PET薄膜透明性的同時使其具有很高的抗靜電性能，本發明方案是合成了一種共聚物，該共聚物分子鏈中含有兩種片段，一種是聚酯片段，一種是苯磺酸鈉片段。存在於分子鏈上的脂肪族聚酯片段，該脂肪族聚酯與PET擁有較好的相容性，能夠使抗靜電劑保持與PET的相容性，從而使抗靜電劑的加入，不影響PET薄膜的透明性，且因為其為脂肪族聚酯，比芳香族聚酯擁有更好的加工性能。而分子鏈上的苯磺酸鈉片段能夠逸散電荷，磺酸鈉基團是一種離子基團，能夠很好地導走靜電荷，使PET薄膜具有抗靜電性。這兩個片段結合在同一個分子當中，協同發揮作用。
本發明的有益效果是：
本發明提出的方案能夠很好的平衡抗靜電特性和高透明性兩方面的性能，得到一種用於PET聚酯薄膜的抗靜電劑。
本發明和PET合成得到的聚酯薄膜能夠長時間地保持抗靜電的特性，PET薄膜的表面電阻降低到109～1010Ω，同時保持很高的透明性。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
本發明的實施例如下：
實施例1
脂肪族聚酯寡聚物的合成。取146g己二酸，62g乙二醇，1％質量分數的對甲苯磺酸，混合後在160℃酯化1h。隨後抽真空，使體系真空度降到100Pa以下，繼續縮聚0.5h。隨後使產物冷卻，加入THF溶解產物。在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物，分子量為400g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物的合成。取上述脂肪族聚酯寡聚物60g，順丁烯二酸酐14g，二者摩爾量之比為1:1。混合後，在160℃酯化4h。冷卻後，加入THF溶解產物，隨後在乙醚中沉澱，然後乾燥，得到不飽和脂肪族聚酯寡聚物。分子量為500g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉共聚物的合成。取不飽和脂肪族聚酯寡聚物50g，苯乙烯磺酸鈉21g，二者的質量比為70:30。將二者溶於DMF。在90℃，攪拌條件下，加入質量分數為3％的AIBN引發自由基共聚合。反應24h後，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物。將得到的產物多次在乙醚中清洗除去DMF溶劑。產物在120℃條件下真空乾燥72h。得到分子量為6000g/mol的共聚物，即為抗靜電劑。
實施例2
脂肪族聚酯寡聚物的合成。取146g己二酸，62g乙二醇，1％質量分數的對甲苯磺酸，混合後在160℃酯化1h。隨後抽真空，使體系真空度降到100Pa以下，繼續縮聚0.5h。隨後使產物冷卻，加入THF溶解產物。在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物，分子量為400g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物的合成。取上述脂肪族聚酯寡聚物60g，順丁烯二酸酐14g，二者摩爾量之比為1:1。混合後，在160℃酯化4h。冷卻後，加入THF溶解產物，隨後在乙醚中沉澱，然後乾燥，得到不飽和脂肪族聚酯寡聚物。分子量為500g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉共聚物的合成。取不飽和脂肪族聚酯寡聚物50g，苯乙烯磺酸鈉21g，二者的質量比為70:30。將二者溶於DMF。在90℃，攪拌條件下，加入質量分數為2％的AIBN引發自由基共聚合。反應24h後，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物。將得到的產物多次在乙醚中清洗除去DMF溶劑。產物在120℃條件下真空乾燥72h。得到分子量為7000g/mol的共聚物，即為抗靜電劑。
實施例3
脂肪族聚酯寡聚物的合成。取146g己二酸，62g乙二醇，1％質量分數的對甲苯磺酸，混合後在160℃酯化1h。隨後抽真空，使體系真空度降到100Pa以下，繼續縮聚0.5h。隨後使產物冷卻，加入THF溶解產物。在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物，分子量為400g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物的合成。取上述脂肪族聚酯寡聚物60g，順丁烯二酸酐14g，二者摩爾量之比為1:1。混合後，在160℃酯化4h。冷卻後，加入THF溶解產物，隨後在乙醚中沉澱，然後乾燥，得到不飽和脂肪族聚酯寡聚物。分子量為500g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉共聚物的合成。取不飽和脂肪族聚酯寡聚物50g，苯乙烯磺酸鈉21g，二者的質量比為70:30。將二者溶於DMF。在90℃，攪拌條件下，加入質量分數為1％的AIBN引發自由基共聚合。反應24h後，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物。將得到的產物多次在乙醚中清洗除去DMF溶劑。產物在120℃條件下真空乾燥72h。得到分子量為7800g/mol的共聚物，即為抗靜電劑。
實施例4
脂肪族聚酯寡聚物的合成。取146g己二酸，62g乙二醇，1％質量分數的對甲苯磺酸，混合後在160℃酯化1h。隨後抽真空，使體系真空度降到100Pa以下，繼續縮聚0.5h。隨後使產物冷卻，加入THF溶解產物。在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物，分子量為400g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物的合成。取上述脂肪族聚酯寡聚物60g，順丁烯二酸酐14g，二者摩爾量之比為1:1。混合後，在160℃酯化4h。冷卻後，加入THF溶解產物，隨後在乙醚中沉澱，然後乾燥，得到不飽和脂肪族聚酯寡聚物。分子量為500g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉共聚物的合成。取不飽和脂肪族聚酯寡聚物60g，苯乙烯磺酸鈉10.6g，二者的質量比為85:15。將二者溶於DMF。在90℃，攪拌條件下，加入質量分數為2％的AIBN引發自由基共聚合。反應24h後，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物。將得到的產物多次在乙醚中清洗除去DMF溶劑。產物在120℃條件下真空乾燥72h。得到分子量為7200g/mol的共聚物，即為抗靜電劑。
實施例5
脂肪族聚酯寡聚物的合成。取146g己二酸，62g乙二醇，1％質量分數的對甲苯磺酸，混合後在160℃酯化1h。隨後抽真空，使體系真空度降到100Pa以下，繼續縮聚0.5h。隨後使產物冷卻，加入THF溶解產物。在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物，分子量為400g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物的合成。取上述脂肪族聚酯寡聚物60g，順丁烯二酸酐14g，二者摩爾量之比為1:1。混合後，在160℃酯化4h。冷卻後，加入THF溶解產物，隨後在乙醚中沉澱，然後乾燥，得到不飽和脂肪族聚酯寡聚物。分子量為500g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉共聚物的合成。取不飽和脂肪族聚酯寡聚物60g，苯乙烯磺酸鈉15g，二者的質量比為80:20。將二者溶於DMF。在90℃，攪拌條件下，加入質量分數為3％的AIBN引發自由基共聚合。反應24h後，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物。將得到的產物多次在乙醚中清洗除去DMF溶劑。產物在120℃條件下真空乾燥72h。得到分子量為6500g/mol的共聚物，即為抗靜電劑。
實施例6
脂肪族聚酯寡聚物的合成。取146g己二酸，62g乙二醇，1％質量分數的對甲苯磺酸，混合後在160℃酯化1h。隨後抽真空，使體系真空度降到100Pa以下，繼續縮聚1h。隨後使產物冷卻，加入THF溶解產物。在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物，分子量為500g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物的合成。取上述脂肪族聚酯寡聚物60g，順丁烯二酸酐11.8g，二者摩爾量之比為1:1。混合後，在160℃酯化4h。冷卻後，加入THF溶解產物，隨後在乙醚中沉澱，然後乾燥，得到不飽和脂肪族聚酯寡聚物。分子量為600g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉共聚物的合成。取不飽和脂肪族聚酯寡聚物50g，苯乙烯磺酸鈉21g，二者的質量比為70:30。將二者溶於DMF。在90℃，攪拌條件下，加入質量分數為1％的AIBN引發自由基共聚合。反應24h後，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物。將得到的產物多次在乙醚中清洗除去DMF溶劑。產物在120℃條件下真空乾燥72h。得到分子量為8000g/mol的共聚物，即為抗靜電劑。
實施例7
脂肪族聚酯寡聚物的合成。取146g己二酸，62g乙二醇，1％質量分數的對甲苯磺酸，混合後在160℃酯化1h。隨後抽真空，使體系真空度降到100Pa以下，繼續縮聚2h。隨後使產物冷卻，加入THF溶解產物。在乙醚中沉澱，乾燥，得到脂肪族聚酯寡聚物，分子量為700g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物的合成。取上述脂肪族聚酯寡聚物60g，順丁烯二酸酐8.4g，二者摩爾量之比為1:1。混合後，在160℃酯化4h。冷卻後，加入THF溶解產物，隨後在乙醚中沉澱，然後乾燥，得到不飽和脂肪族聚酯寡聚物。分子量為800g/mol。
不飽和脂肪族聚酯寡聚物與苯乙烯磺酸鈉共聚物的合成。取不飽和脂肪族聚酯寡聚物50g，苯乙烯磺酸鈉21g，二者的質量比為70:30。將二者溶於DMF。在90℃，攪拌條件下，加入質量分數為3％的AIBN引發自由基共聚合。反應24h後，使用旋轉蒸發儀除去大部分的DMF溶劑，隨後在乙醚中沉澱產物。將得到的產物多次在乙醚中清洗除去DMF溶劑。產物在120℃條件下真空乾燥72h。得到分子量為7300g/mol的共聚物，即為抗靜電劑。
使用上述合成的抗靜電劑加工得到的PET聚酯薄膜的表面電阻以及透明性數據，採用下述方法對實施例1-7作抗靜電性能和透明度的評價
1薄膜的表面電阻，採用ZC-36型高阻計測量，測量條件按照GB/T1410-2006執行。
2薄膜透明度測試，採用霧度(Haze)與透光率來表示，測量的條件按照GB/T 2410-2008執行
由上述實施例可見，本發明提出的技術方案具有其突出顯著的技術效果，能夠很好的平衡抗靜電特性和高透明性兩方面的性能，得到的聚酯薄膜能夠長時間地保持抗靜電的特性，PET薄膜的表面電阻降低到109～1010Ω，同時保持很高的透明性。