一种抗静电光学级疏水材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料
技术领域
，具体涉及一种抗静电光学级疏水材料及其制备方法。背景技术
静电耗散材料指的表面电阻率为106～1012欧的材料，其中表面电阻率为1010～1012欧的材料，具有防止静电局部累积的作用，可有效避免静电吸尘集尘；表面电阻率为106～109欧姆的材料，具有快速耗散静电的作用，可有效防止静电放电引起电击、失火等安全隐患。在光学以及电子/电器制造领域中，抗静电材料的抗静电性能往往由大分子的抗静电剂作用产生，由于其表面积比高，抗静电剂在材料内分布不均匀，如专利号CN106189167A公开的“一种高效抗静电PC/ABS复合材料及其制备方法”，将抗静电剂、相容剂、分散剂按比例混合均匀，通过双螺杆挤出机,控制加工温度190-230℃,转速180-600rpm,制备成高效抗静电母粒；将制备的高效抗静电母粒与聚碳酸酯、ABS共混后,经双螺杆挤出,控制加工温度220-280℃,转速180-600rpm,出料后,经水冷,切粒机造粒后得到所述高效抗静电PC/ABS复合材料。但其抗静电材料内部组分成形不佳，导致产品整体的一致性差。
材料表面的湿润性是一种复杂的性质，一般接触角大于90度为疏水性，大于150度为超疏水性，材料有对防污、自清洁等功能需求时，会采用相应的疏水层，现有技术中，通常是在基体层复合上疏水性的涂料，虽然简单方便，易于实施，但是在长时间受到外界高温、冲击等不良因素影响，复合的疏水性涂料容易被刮伤、洗去脱落失效，如专利号CN107022279B公开的“一种高透明耐磨超疏水复合涂层的制备方法”，在基材表面刮涂改性环氧树脂胶液作为粘结层,然后再刷涂表面疏水的纳米二氧化硅分散液,室温干燥,得到高透明耐磨的环氧树脂/二氧化硅超疏水复合涂层，刷涂的纳米二氧化硅分散液长时间在不良的环境下会产生剥落，同基材分离。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，满足更高质量与稳定性的需求，本发明提供了一种抗静电光学级疏水材料及其制备方法，材料一致性好，相容性好，抗静电性能、疏水性能优异，可有效避免疏水层的剥落失效，力学性能强且透光率高，使用寿命长。
本发明提供如下技术方案:
第一方面，本发明提供了一种抗静电光学级疏水材料，包括：
基体层与疏水功能层，所述疏水功能层通过热塑粘结剂设置在所述基体层的单侧或双侧；
所述基体层包括如下重量份的原料组分：第一树脂基体80-120份，抗静电母粒10-20份，助剂5-15份；
所述疏水功能层包括如下重量份的原料组分：第二树脂基体20-30份，纳米二氧化硅微粒8份，硅烷偶联剂组份为第二树脂基体组份的1％，固化剂5份。
优选地，所述第一树脂基体为聚碳酸酯，所述第二树脂基体为环氧树脂，优选为环氧树脂(E-51)，聚碳酸酯具备良好的高度透光性能，折射率高，适用于光学透光等组件，环氧树脂(E-51)具有良好耐腐蚀、绝缘、高强度等性能的热固性高分子合成材料，可有效克服外界环境对材料的影响。
优选地，所述抗静电母粒包括如下重量份的原料组分：抗静电剂40-60份，助交联剂3份。
优选地，所述抗静电剂为永久型抗静电剂NC6321,其粒径小，分散性好，可促进后续的均匀化；所述助交联剂为苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐树脂以及聚苯乙烯接枝马来酸酐树脂中的一种或多种，利用助交联剂的分子粘性，促第一树脂基体的粘结，加强基体层的强度。
优选地，所述助剂包括如下重量份的组分：抗氧化剂2份，抗紫外线添加剂4份。
优选地，所述抗氧化剂为抗氧化剂168或抗氧化剂1010，安全可靠，可长久保护基体层内的聚合物，有效减缓聚合物的分解，所述抗紫外线添加剂为光稳定剂和紫外线吸收剂的复合物，所述光稳定剂为光稳定剂622，其具备良好的相容性以及热稳定性，所述紫外线吸收剂为UV-328或UV-531，不仅安全环保，而且可保证材料的高透光度。
优选地，所述固化剂为三乙醇胺，其呈微碱性，有利于中和聚合以及水解反应产生的酸性物质。
优选地，所述热塑粘结剂为环氧树脂型粘结剂，粘结性能优异，且与疏水功能层的相容性好。
优选地，一种抗静电光学级疏水材料应用于透镜、玻璃、灯饰品或塑料产品中。
第二方面，本发明提供了一种抗静电光学级疏水材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制备基体层：按重量份取各原料，通过熔融共混抗静电剂与助交联剂挤出冷却造粒得到抗静电母粒，研磨第一树脂基体，将抗静电母粒连续加入第一树脂基体中进行混合研磨，直至抗静电母粒全部加完，将充分研磨后第一树脂基体与抗静电母粒的混合物以及助剂置于70℃-75℃水浴中高速搅拌30min,再控制水浴温度至65℃，采用40KHz超声处理1h形成粘稠状胶体，经过脱水干燥形成混合物料，将混合物料通入挤出机内加压挤出，其熔融温度控制在230℃-250℃，再经冷却、切割形成透明薄片状基体层；
步骤2：疏水功能层的制备：通过溶胶-凝胶法制备得到所述疏水功能层，将第二树脂基体与硅烷偶联剂热混合，混合温度为85℃，反应2h后，冷却至65℃，添加以正硅酸乙酯和钛酸四正丁酯为复合溶胶前驱体，搅拌反应混合1h，加入纳米二氧化硅微粒，在65℃中持续滴加氨水并搅拌混合1h，其后在120℃添加消泡剂与固化剂，搅拌混合2h，脱水得到透明改性二氧化硅/环氧树脂杂化材料形成的疏水功能层；
步骤3：通过热塑粘结剂将步骤2得到的所述疏水功能层复合于步骤1得到的所述基体层的单侧或双侧，热塑粘结剂的热熔温度在180℃-200℃，黏连完成后，在90℃-95℃温度下保温30min-60min，缓冷至室温后结束。
本发明的有益效果为：
(1)：通过基体层配合疏水功能层使材料具备良好的抗静电能力与疏水能力，利用热塑粘结剂复合基体层与疏水功能层，疏水功能层利用硅烷偶联剂结合第二树脂基体与纳米二氧化硅微粒，形成混合凝胶，其分子结合力强，分子之间间隙小，热塑粘结剂为环氧树脂型粘结剂，与疏水功能层相容性好，有利于促进粘结，可有效避免疏水层的剥落失效，且疏水功能层具备良好的抗拉伸能力，力学性能强，有效延长材料的使用寿命；
(2)：通过将抗静电母粒连续加入第一树脂基体中进行混合研磨，并采用40KHz超声处理1h形成粘稠状胶体，可有效促进材料内团聚颗粒尺寸的减小以及缠结或粘合的填料颗粒的分离，材料内部填充致密，其一致性好，相容性好，抗静电剂微粒分布均匀，其抗静电性能优异；
(3)：构成第二树脂基体的环氧树脂其耐磨性、耐热性、耐化学品性相较于构成第一树脂基体的聚碳酸酯更强，疏水功能层设置在基体层的单侧或双侧，疏水功能层对基体层构成保护，避免过多的水分子进入基体层，导致抗静电能力的失效，且环氧树脂与聚碳酸酯的透光率好，环氧树脂不易着色，有利于材料的透明度，易于制成透镜、玻璃、灯饰品、塑料产品等材料。
具体实施方式
以下通过实施例形式,对本发明的.上述内容再作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
本实施例提供了一种抗静电光学级疏水材料，包括：
基体层与疏水功能层，所述疏水功能层通过热塑粘结剂设置在所述基体层的单侧或双侧；
所述基体层包括如下重量份的原料组分：
第一树脂基体80-120份，
抗静电母粒10-20份，
助剂5-15份；
所述疏水功能层包括如下重量份的原料组分：
第二树脂基体20-30份，
纳米二氧化硅微粒8份，
硅烷偶联剂组份为第二树脂基体组份的1％，
固化剂5份。
其中，优选地，所述第一树脂基体为聚碳酸酯；
所述抗静电母粒包括如下重量份的原料组分：
抗静电剂40-60份，
助交联剂3份；
其中，优选地，所述抗静电剂为永久型抗静电剂NC6321,所述助交联剂为苯乙烯-丙烯腈接枝马来酸酐树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐树脂以及聚苯乙烯接枝马来酸酐树脂中的一种或多种；
所述助剂包括如下重量份的组分：
抗氧化剂2份；
抗紫外线添加剂4份；
其中，优选地，所述抗氧化剂为抗氧化剂168或抗氧化剂1010，所述抗紫外线添加剂为光稳定剂和紫外线吸收剂的复合物，所述光稳定剂为光稳定剂622，所述紫外线吸收剂为UV-328或UV-531；
所述第二树脂基体为环氧树脂，优选为环氧树脂(E-51)；
硅烷偶联剂选用H2N－硅烷偶联剂；
所述固化剂为三乙醇胺；
所述热塑粘结剂为环氧树脂型粘结剂，与疏水功能层内第二树脂基体的相容性好，有利于促进粘结，可有效避免疏水层的剥落失效。
制备方法如下：
步骤1：制备基体层：按重量份取各原料，通过熔融共混抗静电剂与助交联剂挤出冷却造粒得到抗静电母粒，研磨第一树脂基体，将抗静电母粒连续加入第一树脂基体中进行混合研磨，直至抗静电母粒全部加完，将充分研磨后第一树脂基体与抗静电母粒的混合物以及助剂置于70℃-75℃水浴中高速搅拌30min,再控制水浴温度至65℃，采用40KHz超声处理1h形成粘稠状胶体，经过脱水干燥形成混合物料，将混合物料通入挤出机内加压挤出，其熔融温度控制在230℃-250℃，再经冷却、切割形成透明薄片状基体层；
表1为本发明三种抗静电母粒的组成成分表
步骤2：疏水功能层的制备：通过溶胶-凝胶法制备得到所述疏水功能层，将第二树脂基体与硅烷偶联剂加热混合，混合温度为85℃，反应2h后，冷却至65℃，添加以正硅酸乙酯和钛酸四正丁酯为复合溶胶前驱体，搅拌反应混合1h，加入纳米二氧化硅微粒，在65℃中持续滴加氨水并搅拌混合1h，其后在120℃添加消泡剂与固化剂，搅拌混合2h，脱水得到透明改性二氧化硅/环氧树脂杂化材料形成的疏水功能层；
步骤3：通过热塑粘结剂将步骤2得到的所述疏水功能层复合于步骤1得到的所述基体层的单侧或双侧，热塑粘结剂的热熔温度在180℃-200℃，黏连完成后，在90℃-95℃温度下保温30min-60min，缓冷至室温后结束。
表2为本发明抗静电光学级疏水材料的组成成分表
其中：抗氧化剂选用抗氧化剂168，紫外线吸收剂选用UV-328，纳米二氧化硅微粒选用粒径在100nm至300nm范围内的微粒。
表3为实施例1-5与对比例1-4对应材料的性能测试表
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
对比例1
对比例2
对比例3
对比例4
拉伸强度(MPa)
14
16
18
20
18
18
18
18
18
表面电阻(Ω)(温度：23℃)
10<sup>15</sup>
10<sup>14</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>10</sup>
10<sup>12</sup>
10<sup>10</sup>
10<sup>14</sup>
10<sup>15</sup>
透光率(％)
93
90
88
85
84
82
83
86
90
雾度(％)
1.9
2.0
2.2
2.5
2.9
3.0
2.9
3.2
2.8
与水的静态接触角(°)
106
103
102
98
96
96
96
102
106
表3性能测试结果表明：
(1)：通过实施例1-5表明，除实施例5外，材料的表面阻抗在1014-1015之间，材料的抗静电能力表现良好，通过将抗静电母粒连续加入第一树脂基体中进行混合研磨，并采用40KHz超声处理1h形成粘稠状胶体，可有效促进材料内团聚颗粒尺寸的减小以及缠结或粘合的填料颗粒的分离，使材料内部填充致密，其一致性好，相容性好，抗静电剂微粒分布均匀，其抗静电性能优异；
(2)：通过实施例1-5与对比例1-4表明，由溶胶-凝胶法制备得到所述疏水功能层，其得到的静态接触角均在96°及以上，可有效疏水；
(3)：通过实施例3-5以及对比例1-4表明，材料拉的伸强度≥18MPa，疏水功能层利用硅烷偶联剂结合第二树脂基体与纳米二氧化硅微粒，形成混合凝胶，其分子结合力强，分子之间间隙小，疏水功能层具备良好的抗拉伸能力，材料的力学性能强，可有效延长材料的使用寿命；
(4)：通过实施例1-5与对比例1-4表明，通过步骤一至步骤三得到的抗静电光学级疏水材料，其透光度＞80％，雾度＜3.0，材料具备优异的透光度与雾度，透光率高，有利于平行光均匀通过，促进对光学视觉的捕捉。
由表3可观察得知：实施例3与实施例4具备良好的抗静电性能、拉伸性能、透光以及疏水性能，其综合性能好，优选实施例3与实施例4所对应的组份配比。
在本发明中，构成第二树脂基体的环氧树脂其耐磨性、耐热性、耐化学品性相较于构成第一树脂基体的聚碳酸酯更强，(聚碳酸酯抗分解能力弱)，疏水功能层设置在基体层的单侧或双侧，疏水功能层对基体层构成保护，并避免过多的水分子进入基体层，导致抗静电能力的失效，且环氧树脂与聚碳酸酯的透光率好，均不易着色，有利于材料的透明度，易于制成透镜、玻璃、灯饰品、塑料产品等材料。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化与改进。
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