一种抗静电PETG材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子复合材料，具体涉及一种抗静电petg材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯（petg）作为一种非晶型共聚酯，由对苯二甲酸、乙二醇和1,4-环己烷二甲醇三种单体通过酯交换法缩聚而成，兼具高透明度（透光率可达90%以上）、优异冲击强度和良好耐化学性，已广泛应用于电子烟油仓、医疗器械透明外壳、高档透明包装及汽车内饰等领域。然而，petg本身属于绝缘材料，表面电阻率高达1014～1016 ω·sq，在加工和使用过程中极易因摩擦产生静电累积，导致灰尘吸附、电击伤害甚至电子元件损坏，严重制约了其在防静电要求较高场景中的应用。现有抗静电技术中，添加炭黑、碳纳米管等导电填料虽可降低表面电阻，但会导致制品发黑发灰，丧失petg原有的透明特性；采用小分子迁移型抗静电剂或表面涂覆抗静电液虽对透明度影响较小，但前者依赖持续向表面迁移，存在时效短、不耐水洗且受环境湿度影响大的缺陷，后者则因涂层与基体附着力有限，易出现脱落、刮伤失效等问题。

2、近年来，离子液体及类离子液体抗静电剂因其小分子尺寸、离子导电机制和低添加量优势，被认为是有望兼顾petg透明性与抗静电性的技术路线。例如，现有专利（cn120773300a）公开了一种抗静电透明petg热收缩标签膜，通过将含类离子液体抗静电剂的抗静电母粒与petg树脂直接熔融共混，利用类离子液体的小分子特性降低对透明度的影响；另有专利专利（cn104448506a）公开了一种持久有效的抗静电聚烯烃复合材料及其制备方法，采用含酸酐基团的相容剂与离子液体抗静电剂配合聚烯烃树脂进行一步法熔融共混，试图借助酸酐基团与离子液体的相互作用改善分散性。

3、然而，前者本质上属于一步法物理混合，离子液体与petg相容性有限，分散完全依赖熔体剪切力与自身扩散，未受束缚的离子液体在冷却成型后易过快、过量迁移至材料表面，导致表面电阻率分布不均、抗静电效果不稳定；后者虽引入含酸酐基团的相容剂，但采用一步法原位复合工艺，含酸酐基团的相容剂与离子液体在挤出机内的接触时间受限于物料停留时间，通常仅数分钟，离子液体难以被充分捕获和锚定，大部分仍处于游离状态，在加工和使用过程中仍易析出，抗静电均匀性和持久性难以兼顾。

4、上述两份现有技术分别针对petg薄膜透明抗静电和聚烯烃复合材料抗静电提出了不同的技术方案，但二者所属技术体系及材料对象截然不同：前者未使用含酸酐基团的相容剂，直接将类离子液体与petg共混；后者虽采用含酸酐基团的相容剂与离子液体组合，但用于聚烯烃体系且仍局限于一步法熔融共混工艺。由于petg与聚烯烃在分子极性、熔体黏度及加工温度窗口上存在本质差异，且两份现有技术均未涉及含酸酐基团的相容剂与离子液体在petg体系中的配合应用，更未揭示二者用量配比对petg基体中离子液体锚定效率、分散均匀性及抗静电持久性的影响规律。

5、更重要的是，现有技术所普遍采用的一步法熔融共混工艺存在固有局限性：在挤出机内，含酸酐基团的相容剂与离子液体同时与基体树脂混合，二者有效接触时间短，酸酐基团与离子液体之间的离子-偶极相互作用和氢键作用难以充分建立，离子液体难以被稳定锚定在相容剂分子链上，导致后续加工和使用过程中游离态离子液体仍易迁移析出，无法从根本上解决抗静电剂在petg基体中均匀分散与长效稳定的技术难题。

6、因此，如何在petg体系中实现含酸酐基团的相容剂与离子液体的充分作用与稳定结合，并控制二者用量使络合结构在petg基体中均匀分散，避免离子液体过快迁移析出，同时兼顾材料的高透明度与持久抗静电性能，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种抗静电petg材料及其制备方法，通过预先使苯乙烯-马来酸酐共聚物与离子液体混合加热形成络合物，再将该络合物与petg树脂及抗氧剂熔融共混，以解决现有技术中采用一步法熔融共混导致离子液体在petg基体中难以被充分锚定、分散不均及易迁移析出，进而造成抗静电性能不稳定且难以兼顾高透明度的技术问题。

2、首先，本发明实施例提供一种抗静电petg材料，以重量份计，包括由以下原料制备而成的材料：

3、petg树脂100份；

4、苯乙烯-马来酸酐共聚物0.5～8份；

5、离子液体0.5～8份；

6、抗氧剂0.1～0.5份；

7、其中，所述抗静电petg材料由苯乙烯-马来酸酐共聚物与离子液体预先混合加热形成络合物后，再与petg树脂和抗氧剂熔融共混得到。

8、作为一种可选地实施方式，所述离子液体包括咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、吡啶类离子液体、吡咯烷类离子液体中的一种或多种。

9、作为一种可选地实施方式，所述季铵盐类离子液体为三丁基甲基铵双(三氟甲磺酰)亚胺盐。

10、作为一种可选地实施方式，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐含量为8～25wt％，数均分子量为3000～15000。

11、作为一种可选地实施方式，所述离子液体与所述苯乙烯-马来酸酐共聚物的重量比为1～3: 1～3。

12、作为一种可选地实施方式，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂626、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂3114、抗氧剂168、抗氧剂1029中的一种或多种。

13、作为一种可选地实施方式，所述petg树脂由对苯二甲酸、乙二醇和1,4-环己烷二甲醇三种单体进行酯化和缩聚反应所得，其中1,4-环己烷二甲醇单体数量含量为10～40％。

14、其次，本发明实施例提供一种抗静电petg材料的制备方法，包括以下步骤：

15、s1:将苯乙烯-马来酸酐共聚物与离子液体在140～200℃混合加热30～60min，形成苯乙烯-马来酸酐共聚物-离子液体络合物；

16、s2:将干燥后的petg树脂与所述苯乙烯-马来酸酐共聚物-离子液体络合物、抗氧剂混合得到预混料；

17、s3:将所述预混料加入双螺杆挤出机，通过熔融共混、挤出造粒，得到抗静电petg材料。

18、作为一种可选地实施方式，s3中所述双螺杆挤出机的挤出温度包括一区160～210℃、二区200～250℃、三区230～270℃、四区230～270℃、五区230～270℃、六区230～270℃、机头240～270℃。

19、作为一种可选地实施方式，s3中所述双螺杆挤出机的主机转速为80～300rpm。

20、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

21、本发明实施例通过将苯乙烯-马来酸酐共聚物与离子液体预先混合加热，使苯乙烯-马来酸酐共聚物分子链上的酸酐基团与离子液体的阴阳离子之间产生离子-偶极相互作用及氢键作用，从而将离子液体以物理方式稳定锚定在苯乙烯-马来酸酐共聚物分子链上形成络合物，再将该络合物与petg树脂及抗氧剂进行熔融共混，由于离子液体已通过预先络合被束缚在苯乙烯-马来酸酐共聚物载体上，避免了以游离态直接加入时因与petg相容性不足而导致的分散不均和迁移析出问题，使得离子液体能够在petg基体中实现均匀分散并构建稳定的离子导电网络，进而在低添加量下即可赋予材料持久稳定的抗静电性能，同时因离子液体未发生过量迁移和聚集，材料的光学透明性得以保持，有效实现了抗静电性能与透明度的兼顾。

22、本发明实施例通过选用三丁基甲基铵双(三氟甲磺酰)亚胺盐作为离子液体，使苯乙烯-马来酸酐共聚物酸酐基团与该离子液体中的三正丁基甲基铵阳离子及双(三氟甲磺酰)亚胺根阴离子之间产生离子-偶极相互作用和氢键作用，从而将离子液体以物理方式稳定锚定在苯乙烯-马来酸酐共聚物分子链上形成均一的预络合物，该络合物在与petg熔融共混时避免了游离态离子液体因与petg相容性有限而分散不均、易析出的问题，确保离子液体在petg基体中均匀分散并缓慢释放、适度迁移至材料表面形成均匀导电层，从而有效兼顾材料的高透明度与持久抗静电性能。

23、本发明实施例通过控制苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐含量为8～25wt％且数均分子量为3000～15000，并将离子液体与苯乙烯-马来酸酐共聚物的重量比限定为1～3: 1～3，使得苯乙烯-马来酸酐共聚物分子链上具有适量的酸酐基团以充分捕获和锚定离子液体，形成均一的预络合物，该分子量范围的苯乙烯-马来酸酐共聚物作为相容性桥梁和缓释载体，能够在petg基体中实现均匀分散，同时上述比例下酸酐基团与离子液体的络合达到充分平衡，既保证了离子液体被有效锚定而不游离析出，又避免了因苯乙烯-马来酸酐共聚物过量引入而影响petg基体的透明性，从而使预络合物在petg中形成均匀稳定的分散相，确保离子液体在加工和使用过程中从载体中缓慢释放，构建出持久且均一的离子导电网络。

24、本发明实施例通过将双螺杆挤出机的挤出温度设置为一区160～210℃、二区200～250℃、三区230～270℃、四区230～270℃、五区230～270℃、六区230～270℃、机头240～270℃，并控制主机转速为80～300rpm，使petg树脂在梯度升温过程中充分熔融塑化，同时该工艺条件确保预先形成的苯乙烯-马来酸酐共聚物-离子液体络合物在与petg熔融共混时保持稳定并均匀分散于基体中，从而使离子液体通过苯乙烯-马来酸酐共聚物载体的桥梁作用在petg中实现均匀分布，并在加工和使用过程中从载体中缓慢释放、适度迁移至材料表面形成均匀导电层，有效避免了离子液体分散不均和析出过快的问题，得到兼具长效抗静电性能与高透明度的抗静电petg材料。