聚乙烯阻燃抗靜電母料的研制

張紅梅，曹柳男，文海榮，楊云翠，靳新慧，朱曉軍

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

聚乙烯（PE）具有優良的力學性能、較高的體積電阻率和較低的介電損耗等，廣泛應用于電線電纜。對于聚乙烯 PE這種類型的易燃、易爆的樹脂合成制品的阻燃、抗靜電處理已引起人們的極大重視。在 PE樹脂中添加阻燃劑和抗靜電劑等助劑進行改性，制備阻燃抗靜電母料成為研究熱點。本文通過對載體樹脂、偶聯劑、阻燃和抗靜電體系的選擇確定了聚乙烯阻燃抗靜電母料的基本配方和制備工藝及達到的技術指標。

1 配方試驗

1.1 載體樹脂選擇

通常根據母料的用途不同，一般來講，選擇載體樹脂應遵守以下原則：①載體樹脂應與選用的基體樹脂相同或相似，以利于與基體樹脂相容，但又盡量不影響或少影響基體樹脂的力學性能；②載體樹脂應有較高的熔體流動速率，其 MI應高于基體樹脂的 MI值；③載體樹脂最好有與填料或分散劑相互作用的結構因素，以利于提高它們之間的結合。我們將高壓、低壓聚乙烯共用，逐步過渡到高壓、線性復配。選出7042和607等復合樹脂作為母料的載體樹脂，其協同效果較好。

1.2 偶聯劑的選擇

偶聯劑是一種增加無機物與有機聚合物之間親和力，而且具有兩性結構的物質。偶聯劑在無機物和聚合物之間，通過物理纏繞，或進行某種化學反應，形成牢固的化學鍵，從而使兩種性質大不相同的材料緊密結合起來。偶聯劑按化學結構可分為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、硬脂酸及其鹽類等，一般來說，偶聯劑兩末端的官能團分別和填料的分散相、基質聚合物進行反應，但因填料不同，偶聯效果差別很大。主要考慮3個因素：①要根據配方中所選用的填料和樹脂品種來選擇偶聯劑類型，使所選用偶聯劑與填料和樹脂要有很好的結合力。②所選偶聯劑應無毒、價廉、來源廣。③必要時可選用多種偶聯劑復合使用，以便發揮協同效應。選用鋁鈦復合偶聯劑對填料進行表面處理改性與載體樹脂的相容性較好。偶聯劑用量5%～15%。

1.3 阻燃體系選擇

阻燃性的實現是靠在材料共混改性過程中加入助劑，材料燃燒時產生一系列的化學或物理變化以達到阻燃效果。阻燃劑常為聚合物材料助劑中加入量最大的種類，不僅大大增加了材料成本，且對材料力學性能產生不利影響，因此采用高效阻燃劑，或采用復合體系產生協同作用，以減少阻燃劑的加入量或降低成本。阻燃劑按應用方式分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。根據組成，添加型阻燃劑主要包括無機阻燃劑、鹵系阻燃劑（有機氯化物和有機溴化物）、磷系阻燃劑（赤磷、磷酸酯及鹵代磷酸酯等）和氮系阻燃劑等。反應型阻燃劑多為含反應性官能團的有機鹵和有機磷的單體。選用十溴二苯醚和氧化銻協同阻燃效果顯著、應用方便。

1.4 抗靜電體系選擇

解決聚乙烯的抗靜電有兩種方法：①添加抗靜電劑。它的抗靜電原理是疏水基吸附在物體表面、親水基趨向空氣而形成一層親水性膜，該單分子膜能降低摩擦系數而使物體難以產生靜電，另外，親水性膜吸收空氣中水份而在物體表面形成一水層，能降低物體表面電荷達到抗靜電目的。②填充導電材料（如炭黑），它的原理是炭黑的體積電阻很低，在 0.1～102 Ω之間，微粒間相互接觸形成鏈狀網絡或10～10 μm間隙，可形成導電通路而起抗靜電作用。選用導電材料炭黑添加量少，易于表面處理。

通過對載體樹脂、偶聯劑、阻燃體系和抗靜電體系的篩選，得到了較為可行的配方：樹脂∶阻燃∶抗靜電比例為：5∶3∶1（偶聯劑用量針對改性的無機填料）。

2 雙抗母料制造工藝

圖1 雙抗母料制造工藝

3 PE阻燃抗靜電母料的技術指標

PE阻燃抗靜電母料技術指標：密度g/cm3≥1.08，表面電阻Ω≤1×103，熔體質量流動速率（190 ℃，21.6 kg）g/10 min≥0.3，垂直燃燒分級達到V－0，水平燃燒分級達到HB。建議用量40%～50%。

4 結束語

聚乙烯阻燃抗靜電母料由載體、阻燃體系、抗靜電體系，經高速混合、雙螺桿擠出造粒而成。聚乙烯阻燃抗靜電母料建議用量 40%～50%，可滿足阻燃抗靜電要求，對聚乙烯材料外觀、密度和力學性能影響不大。