永久性抗静电剂的制备及其在塑料中的应用

论文摘要

塑料由于无毒、价格较低而被广泛地应用于生产和生活的各个领域。然而塑料的表面电阻率极高易导致静电荷的积累，在生产、使用过程中经常发生静电危害。添加抗静电剂是提高高分子材料抗静电性最常用的方法，但现有抗静电剂普遍存在抗静电效果差、对环境湿度依赖性强的缺点，因此在湿度较低的情况下，难以达到抗静电要求。本研究根据抗静电剂的作用机理、抗静电剂分子的运动规律的基础上，设计并合成出了一系列高效的抗静电剂，添加到ABS材料中，制得了新型的抗静电ABS材料。主要研究结果如下：采用用丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯作为亲水单体采用阴离子乳液聚合的方法制备了亲水聚合物RY-AA、RY-AM和RY-HEA；用甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵作为亲水单体采用阳离子乳液聚合的方法制备了亲水聚合物RY-DMC。最优的聚合工艺为：采用阴离子乳液聚合时，在聚合反应温度80℃下，当乳化剂质量分数为0.75%、引发剂质量分数为0.5%，合成的乳液稳定性能最佳，转化率高达98.4%；采用阳离子乳液聚合时，在聚合反应温度70℃下，乳化剂质量分数为3.5%、引发剂质量分数为0.8%，制备的乳液稳定性能最佳，转化率达约97.4%；当亲水单体质量分数为40%时，聚合物的自身表面电阻率低至105，且其亲水性好。将合成的丙烯酸酯类亲水聚合物作为抗静电剂添加到ABS树脂中，通过测定试样表面电阻率来比较它们的抗静电效果。结果表明，RY-HEA型和RY-DMC型抗静电剂的添加量为4%时，与未加抗静电剂ABS材料相比，掺有抗静电剂的ABS材料表面电阻率降低了4～5个数量级；随着样品放置时间的延长，掺有抗静电剂的ABS表面电阻率在前两周先逐渐减小，4周后基本不变；环境湿度对电性能有一定影响，环境湿度越大，掺有抗静电剂的ABS表面电阻率越小；加入RY-HEA抗静电剂和RY-DMC抗静电剂的试样在水洗4周后表面电阻率未升高反而有降低，这说明该类丙烯酸酯类抗静电剂具有良好的抗静电性和永久性。试样厚薄、表面粗糙度等都对抗静电效果有一定的影响。此外，发现掺入合成出的抗静电剂，对ABS材料的力性能影响不大，并通过SEM观察了ABS试样的形态结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 塑料工业的发展现状
• 1.2 静电的产生、危害及消除
• 1.2.1 静电的产生及危害
• 1.2.2 静电的消除
• 1.3 抗静电方法的分类及导电机理
• 1.3.1 添加无机导电填料
• 1.3.1.1 无机导电材料
• 1.3.1.2 导电机理
• 1.3.2 添加抗静电剂法
• 1.3.2.1 表面活性剂类抗静电剂
• 1.3.2.2 永久性抗静电性
• 1.3.2.3 抗静电剂的导电机理
• 1.3.2.4 抗静电剂的选用原则
• 1.4 国内外抗静电剂的研究进展及发展趋势
• 1.4.1 研究进展
• 1.4.1.1 国外研究进展
• 1.4.1.2 国内研究进展
• 1.4.2 抗静电剂的发展趋势
• 1.5 本论文研究的主要内容和创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验用主要原料、设备和仪器
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 工艺流程
• 2.2.2 丙烯酸酯类亲水聚合物乳液的合成及性能测试
• 2.2.2.1 丙烯酸酯类亲水聚合物的合成
• 2.2.2.2 凝胶率的测定
• 2.2.2.3 单体转化率的测定
• 2.2.3 亲水聚合物的性能测试及表征
• 2.2.3.1 亲水性能的测定
• 2.2.3.2 表面电阻率的测定
• 2.2.3.3 亲水聚合物的表征
• 2.2.4 抗静电 ABS 材料试样的制备
• 2.2.5 抗静电 ABS 材料试样的性能测试
• 2.2.5.1 拉伸性能测试
• 2.2.5.2 冲击性能测试
• 2.2.5.3 抗静电性能测试
• 2.2.6 分析性能测试
• 2.2.6.1 热失重分析（TGA）
• 2.2.6.2 扫描电镜测试（SEM）
• 2.3 本论文中所用英文缩写符号说明
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 乳液聚合工艺
• 3.1.1 聚合体系的选择
• 3.1.2 阴离子乳液聚合
• 3.1.2.1 聚合温度的影响
• 3.1.2.2 乳化剂用量的影响
• 3.1.2.3 引发剂用量的影响
• 3.1.3 阳离子乳液聚合体系
• 3.1.3.1 聚合温度对聚合反应的影响
• 3.1.3.2 乳化剂用量对聚合反应的影响
• 3.1.3.3 引发剂用量对聚合反应的影响
• 3.2 亲水单体对聚合物的影响
• 3.2.1 丙烯酸羟乙酯（HEA）对聚合物性能的影响
• 3.2.2 其他亲水单体对聚合物性能的影响
• 3.3 丙烯酸酸酯类亲水聚合物的红外表征
• 3.3.1 含 HEA 丙烯酸酯类亲水聚合物的红外谱图
• 3.3.2 含 DMC 丙烯酸酯类抗静电剂的红外谱图
• 3.4 丙烯酸酯类抗静电剂的抗静电性能研究
• 3.4.1 丙烯酸酯类抗静电剂在 ABS 树脂中的亲水性能
• 3.4.2 不同含量抗静电剂在 ABS 树脂中的抗静电效果
• 3.4.3 时间对抗静电效果的影响
• 3.5 影响抗静电剂性能的其它因素
• 3.5.1 环境湿度对抗静电性能的影响
• 3.5.2 试样厚度对抗静电性能的影响
• 3.5.3 表面粗糙度对材料抗静电性能的影响
• 3.6 丙烯酸酯类抗静电剂水洗性能
• 3.6.1 不同抗静电剂在树脂中的析出速度
• 3.6.2 不同抗静电剂对材料抗静电性能的持久性的影响
• 3.7 抗静电剂用量对材料力学性能的影响
• 3.8 抗静电剂对材料热性能的影响
• 3.9 材料的形态结构分析
• 3.9.1 抗静电剂在材料表面和内部的形态结构
• 3.9.2 不同抗静电剂在 ABS 基体中的分散状态
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间公开发表的论文