一種抗靜電低VOC聚醯胺6複合材料及其製備方法與流程

2023-09-27 06:08:20

本發明屬於高分子材料技術領域，特別是指一種抗靜電低VOC聚醯胺6複合材料及其製備方法。

背景技術：

聚醯胺6(PA6)是一種重要的熱塑性聚合物，尺寸穩定性好，絕緣性佳，耐油，廣泛應用於家用電器、機械配件、辦公用品和通訊器材等領域。隨著人們生活水平的提高，對使用的材料有了越來越高的要求，在一些特殊的領域，比如說汽車材料，對PA6的抗靜電性能和VOC(揮發性有機化合物)性能都有一定程度的要求。

PA6複合材料VOC性能差是以下方面：首先，PA6原材料在合成過程中，存在較多小分子雜質，這會導致VOC數值的增高；其次，PA6複合材料在加工過程中，往往會添加各種相容劑，這些相容劑加熱時往往會不同程度地轉化為小分子物質，導致VOC數值的增高。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種抗靜電低VOC聚醯胺6複合材料及其製備方法，以解決現技術的PA6複合材料的VOC高的問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種抗靜電低VOC聚醯胺6複合材料，由以下重量份的組份製成：

所述吸附母粒包括聚丙烯和雲母。

所述聚丙烯和雲母的質量比為40-60：6-10。

所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯中的一種或多種。

所述潤滑劑為硬脂酸鈣或硬質酸鈉中的一種或兩種組合。

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為40-60：6-10；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為50-90：60-80。

所述處理後的氧化石墨稀的製備方法，包括以下步驟：

1)向氧化石墨稀中加入去離子水，超聲反應20-30分鐘後形成氧化石墨稀的水溶液；

2)稱取十六胺和無水乙醇，加入到氧化石墨稀的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環境下，回流反應20-24小時；

3)將步驟2)中的產物過濾，置於60-80℃的真空箱裡乾燥20-24小時即得到處理後的氧化石墨稀；

所述氧化石墨烯和所述去離子水的質量比為60-80：20-30；

所述十六胺、所述無水乙醇及所述氧化石墨烯水溶液的質量比為10-30：5-11：70-90。

上述任一項抗靜電低VOC聚醯胺6複合材料的製備方法，包括以下步驟：

1)稱取重量份為60份-80份的PA6、1份-5份的吸附母粒、0.1份-0.5份的抗氧劑和0.4份-0.8份的潤滑劑、16份-24份處理後的氧化石墨烯混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PA6複合材料。

上述步驟1)中的各原料在混合前分別在100℃下乾燥5小時。

所述步驟2)具體為：

將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，其中，所述雙螺杆擠出機包括順次排布的六個溫度區，第一溫度區的溫度為180℃～220℃，第二溫度區的溫度為250℃～290℃，第三溫度區的溫度為250℃～290℃，第四溫度區的溫度為250℃～290℃，第五溫度區的溫度為250℃～290℃，第六溫度區的溫度為250℃～290℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為250℃～290℃，螺杆轉速為120r/min～300r/min。

本發明的有益效果是：

本技術方案利用氧化石墨烯的表面的含氧官能團，通過化學鍵合的方式在表面接枝了合適的長鏈烷烴，長鏈烷烴能有效地阻止了石墨烯的團聚，讓石墨烯能更好地分散在PA6複合材料裡。

石墨烯的加入會提升PA6複合材料中的抗靜電性能，材料的表面電阻率能達到108。

吸附母粒的加入能夠有效地去除加工過程中產生的各種揮發性小分子和有機化合物，降低VOC數值。

具體實施方式

以下通過實施例來詳細說明本發明的技術方案，以下的實施例僅是示例性的，僅能用來解釋和說明本發明的技術方案，而不能解釋為是對本發明技術方案的限制。

本申請的各實施例中所用的原料及供應商如下：

PA6(型號B3EG6),德國巴斯夫；PP(型號Z30S)，大慶煉化；抗氧劑(型號Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸鈣，湖北中料化工；硬質酸鈉，湖北興銀河化工；氧化石墨烯，長沙羅斯科技；雲母(2500目),滁州格銳礦業。

本發明所用的測試儀器如下：

ZSK30型雙螺杆擠出機，德國W&P公司；JL-1000型拉力試驗機，廣州市廣才實驗儀器公司生產；HTL900-T-5B型注射成型機，海太塑料機械有限公司生產；XCJ-500型衝擊測試機，承德試驗機廠生產；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司；QD-GJS-B12K型高速攪拌機，北京恆奧德儀器儀表有限公司。

吸附母粒的製備：

製備例1

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為40：6；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為50：60；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

製備例2

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為40：10；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為50：80；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

製備例3

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為40：8；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為50：70；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

製備例4

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為60：6；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為90：60；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

製備例5

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為60：10；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為90：80；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

製備例6

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為60：8；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為90：70；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

製備例7

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為50：6；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為70：60；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

製備例8

所述吸附母粒的製備方法，包括以下步驟：

1)將聚丙烯和雲母按配比進行充分的混合，在擠出機裡擠出聚丙烯預發泡顆粒；所述聚丙烯和雲母的質量比為50：10；

2)以正庚烷為發泡劑，將步驟1)製得的聚丙烯預發泡顆粒進行發泡，製得發泡聚丙烯；所述正庚烷與聚丙烯預發泡顆粒的質量比為60：80；

3)將發泡聚丙烯和水在高速混合器中混合5-10分鐘，製備成吸附母粒。

處理後氧化石墨稀的製備：

製備例9

所述處理後的氧化石墨稀的製備方法，包括以下步驟：

1)向氧化石墨稀中加入去離子水，超聲反應20-30分鐘後形成氧化石墨稀的水溶液；

2)稱取十六胺和無水乙醇，加入到氧化石墨稀的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環境下，回流反應20-24小時；

3)將步驟2)中的產物過濾，置於60-80℃的真空箱裡乾燥20-24小時即得到處理後的氧化石墨稀；

所述氧化石墨烯和所述去離子水的質量比為60：20；

所述十六胺、所述無水乙醇及所述氧化石墨烯水溶液的質量比為10：5：70。

製備例10

所述處理後的氧化石墨稀的製備方法，包括以下步驟：

1)向氧化石墨稀中加入去離子水，超聲反應20-30分鐘後形成氧化石墨稀的水溶液；

2)稱取十六胺和無水乙醇，加入到氧化石墨稀的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環境下，回流反應20-24小時；

3)將步驟2)中的產物過濾，置於60-80℃的真空箱裡乾燥20-24小時即得到處理後的氧化石墨稀；

所述氧化石墨烯和所述去離子水的質量比為80：30；

所述十六胺、所述無水乙醇及所述氧化石墨烯水溶液的質量比為30：11：90。

製備例11

所述處理後的氧化石墨稀的製備方法，包括以下步驟：

1)向氧化石墨稀中加入去離子水，超聲反應20-30分鐘後形成氧化石墨稀的水溶液；

2)稱取十六胺和無水乙醇，加入到氧化石墨稀的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環境下，回流反應20-24小時；

3)將步驟2)中的產物過濾，置於60-80℃的真空箱裡乾燥20-24小時即得到處理後的氧化石墨稀；

所述氧化石墨烯和所述去離子水的質量比為70：25；

所述十六胺、所述無水乙醇及所述氧化石墨烯水溶液的質量比為20：8：80。

製備例12

所述處理後的氧化石墨稀的製備方法，包括以下步驟：

1)向氧化石墨稀中加入去離子水，超聲反應20-30分鐘後形成氧化石墨稀的水溶液；

2)稱取十六胺和無水乙醇，加入到氧化石墨稀的水溶液中，在100-120℃的油浴鍋環境下，回流反應20-24小時；

3)將步驟2)中的產物過濾，置於60-80℃的真空箱裡乾燥20-24小時即得到處理後的氧化石墨稀；

所述氧化石墨烯和所述去離子水的質量比為75：28；

所述十六胺、所述無水乙醇及所述氧化石墨烯水溶液的質量比為22：9：75。

實施例1

1)稱取重量份為60份PA6、1份製備例1至製備例8中任一製備例製得的吸附母粒、16份製備例9至製備例12中任一製備例製得的經過處理的氧化石墨烯、0.1份Irganox1330和0.4份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PA6複合材料P1，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為180℃，第二溫度區的溫度為250℃，第三溫度區的溫度為250℃，第四溫度區的溫度為250℃，第五溫度區的溫度為250℃，第六溫度區的溫度為250℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為250℃，螺杆轉速為120r/min。

實施例2

1)稱取重量份為80份PA6、5份製備例1至製備例8中任一製備例製得的吸附母粒、24份製備例9至製備例12中任一製備例製得的經過處理的氧化石墨烯、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.8份硬質酸鈣混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PA6複合材料P2，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為220℃，第二溫度區的溫度為290℃，第三溫度區的溫度為290℃，第四溫度區的溫度為290℃，第五溫度區的溫度為290℃，第六溫度區的溫度為290℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為290℃，螺杆轉速為300r/min。

實施例3

1)稱取重量份為70份PA6、3份製備例1至製備例8中任一製備例製得的吸附母粒、20份製備例9至製備例12中任一製備例製得的經過處理的氧化石墨烯、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬質酸鈣和0.3份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PA6複合材料P3，其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為200℃，第二溫度區的溫度為270℃，第三溫度區的溫度為270℃，第四溫度區的溫度為270℃，第五溫度區的溫度為270℃，第六溫度區的溫度為270℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為270℃，螺杆轉速為210r/min。

實施例4

1)稱取重量份為75份PA6、4份製備例1至製備例8中任一製備例製得的吸附母粒、23份製備例9至製備例12中任一製備例製得的經過處理的氧化石墨烯、0.2份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.5份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PA6複合材料P4,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為210℃，第二溫度區的溫度為280℃，第三溫度區的溫度為280℃，第四溫度區的溫度為280℃，第五溫度區的溫度為280℃，第六溫度區的溫度為280℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為280℃，螺杆轉速為240r/min。

實施例5

1)稱取重量份為75份PA6、3份製備例1至製備例8中任一製備例製得的吸附母粒、19份製備例9至製備例12中任一製備例製得的經過處理的氧化石墨烯、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸鈣和0.5份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PA6複合材料P5,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為200℃，第二溫度區的溫度為285℃，第三溫度區的溫度為285℃，第四溫度區的溫度為285℃，第五溫度區的溫度為285℃，第六溫度區的溫度為285℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為285℃，螺杆轉速為250r/min。

對比例1

1)稱取重量份為75份PA6、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸鈣和0.5份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；

2)將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PA6複合材料D1,其中，雙螺杆擠出機的第一溫度區的溫度為190℃，第二溫度區的溫度為280℃，第三溫度區的溫度為280℃，第四溫度區的溫度為280℃，第五溫度區的溫度為280℃，第六溫度區的溫度為280℃，所述雙螺杆擠出機的機頭溫度為280℃，螺杆轉速為250r/min。

將上述實施例1-5及對比例1製備的PA6複合材料用注塑機製成樣條測試，測試數據如下表：

通過上表對比可看出，本發明製得的PA6複合材料較對比例中PA6相比，不但抗靜電性能得到了很大的提升，而且VOC性能也得到了很大程度上改善，這大大擴展PA6複合材料的應用領域，具有非常現實的意義。

以上僅是本發明的優選實施方式的描述，應當指出，由於文字表達的有限性，而在客觀上存在無限的具體結構，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。