聚乙烯抗靜電母粒的制備及抗靜電性能研究

劉 煜，王浩江，王 飛，秦小梅，楊育農，鄭 成

(1 廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665；2 佛山市日豐企業有限公司，廣東佛山 528000；3 廣州大學，廣東廣州 510006)

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聚乙烯抗靜電母粒的制備及抗靜電性能研究

劉 煜1，王浩江1，王 飛1，秦小梅2，楊育農1，鄭 成3

(1 廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665；2 佛山市日豐企業有限公司，廣東佛山 528000；3 廣州大學，廣東廣州 510006)

研究了納米碳酸鈣和LLDPE 7144用量對聚乙烯管材性能的影響，制備了聚乙烯用抗靜電母粒，研究了不同抗靜電劑及其用量對聚乙烯復合材料抗靜電性能的影響，確定了可滿足聚乙烯管材性能指標要求的抗靜電母粒配方。

抗靜電母粒，聚乙烯，表面電阻率

聚乙烯材料具有性價比高、力學性能好、熱性能穩定、加工性能及電絕緣性能優良等優點，廣泛應用于工業、農業、醫療衛生、科學研究及日常生活等各個領域，但其表面導電性差，在使用過程中容易由于摩擦、擠壓等原因使得制品表面產生靜電積累，造成吸塵、電擊，甚至產生火花后導致爆炸等惡性事故[1]。因此，國內外對抗靜電劑的研制應用發展迅速，尤其是抗靜電劑應用于聚烯烴的研究，成為近幾年來高分子材料領域的研究熱點。

在塑料管道行業，聚烯烴以其質輕、無毒、成型加工容易、性價比高等優勢得到了廣泛應用。但由于聚烯烴屬于電絕緣材料，管材表面容易積累靜電荷，當輸送易燃易爆流體時存在較大的安全隱患。因此，研究一種新型抗靜電聚烯烴管材具有重要意義。

目前，針對聚乙烯管材抗靜電性能的研究相對較少，且大多通過添加導電炭黑來達到抗靜電目的，但是此法存在添加量大、分散困難、顏色單一和不利于規模化生產的問題[2]。針對上述問題，本文通過研究碳酸鈣填料及基體樹脂用量，制備了三種聚乙烯抗靜電母粒，并將其應用于聚乙烯復合材料中，進一步研究了三種母粒的抗靜電性能。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

中密度聚乙烯，HHM3802，雪佛龍菲利普斯化工有限公司；線性低密度聚乙烯，7144，茂名石化；導電炭黑，VXC-72R，美國卡博特公司；抗靜電劑1、抗靜電劑2、抗靜電劑3，合作單位合成，分析純；納米碳酸鈣，市售；抗氧劑1010、抗氧劑168，寧波金海雅寶化工有限公司。

高速攪拌機，SHR 10A，張家港市晨星機械有限公司；雙螺桿擠出機，SJSH-Z-30，南京橡塑機械廠；熔融指數測試儀，ZRZ1452，深圳新三思；微機控制萬能試驗機，CHT4305，深圳新三思；差式掃描量熱儀，Q20，美國TA公司；高阻計，ZC-36，上海精科。

1.2 試樣制備

1.2.1 試驗流程

首先，按照一定質量比稱取所需的聚乙烯、抗靜電劑、填料及加工助劑，于高速攪拌機中混合均勻，經雙螺桿擠出機擠出造粒，得到抗靜電高濃縮母粒；再按照一定質量比將聚乙烯樹脂與抗靜電母粒混合均勻，注塑成標準樣條，進行抗靜電性能測試，具體試驗流程如圖1所示。

1.2.2 工藝條件

工藝條件如表1所示。

圖1 試驗流程圖Fig.1 Experimental flow diagram

工藝參數機筒溫度/℃一區二區三區四區五區六區七區八區九區140160180180180180160160150主機轉速喂料速度切粒速度25Hz20Hz300r/min

1.3 性能測試

(1)表面電阻：按照GB/T 1410-2006測定。

(2)斷裂伸長率：按照GB/T 1040.3-2006測定。

(3)熔體流動速率：按照GB/T 3682-2000測定，溫度190℃，負荷2.16kg。

(4)氧化誘導期(OIT)：按照GB/T 19466.6-2009測定。

(5)密度：按照GB/T 1033.1-2008測定。

2 結果與討論

2.1 碳酸鈣用量的影響

選用納米級碳酸鈣，按照不同用量添加到PE中擠出造粒，配方見表2，注塑成標準樣條的常規檢測結果如表3所示。

從表3中可以看到，碳酸鈣的用量對聚乙烯制品的最終性能影響不大。添加0.5%和添加2%的PE樣條在熔體流動速率、屈服強度及密度等方面相差不大，各項性能均能滿足常規檢測要求，從產品生產成本等方面考慮，認為碳酸鈣的最佳添加量為2%。

表2 碳酸鈣用量不同的實驗配方Table 2 Experimental formula of different dosage of calcium carbonate

表3 碳酸鈣用量不同的PE樣條性能Table 3 Performance of PE samples with different dosage of calcium carbonate

2.2 抗靜電母粒基體樹脂用量的影響

抗靜電劑母粒基體樹脂選用的是線性低密度聚乙烯(LLDPE)7144粉，合作單位即抗靜電母粒所要應用的聚乙烯管材用的基體樹脂為PE HHM3802，故將PE 7144粉按照不同用量添加到HHM3802中擠出造粒，配方見表4，注塑成標準樣條，各樣條的常規檢測結果如表5所示。

表4 LLDPE 7144用量不同的配方Table 4 Experimental formula of different dosage of LLDPE 7144

表5 LLDPE 7144用量不同的PE樣條性能Table 5 Performance of PE samples with different dosage of LLDPE 7144

從表5中可以看到，LLDPE 7144的用量對聚乙烯制品的最終性能影響也不大。添加2%和添加5%的PE樣條在熔體流動速率、屈服強度等方面相差不大，其中添加2% 的樣條密度略低于常規檢測要求，而其他性能方面均能滿足常規檢測要求。

2.3 碳酸鈣及母粒基體樹脂的綜合影響

為了研究納米碳酸鈣與抗靜電母粒基體樹脂LLDPE 7144對最終制品即聚乙烯管材(PE HHM3802)常規性能的影響，在PE HHM3802樹脂中同時添加納米碳酸鈣和LLDPE 7144粉，具體配方見表6，注塑樣條的性能見表7。

表6 添加碳酸鈣和PE 7144的實驗配方Table 6 Experimental formula of calcium carbonate and LLDPE 7144

表7 添加碳酸鈣和PE 7144的PE樣條性能Table 7 Performance of PE samples with calcium carbonate and LLDPE 7144

從表7中可以看到，當納米碳酸鈣和LLDPE 7144同時加入PE HHM3802中時，樣條各性能均滿足常規檢測要求，故認為在制備抗靜電母粒時，可以選用LLDPE 7144作為基體樹脂同時加入納米碳酸鈣來降低生產成本。

2.4 抗靜電母粒的制備及抗靜電性能研究

選用LLDPE 7144作為基體樹脂，納米碳酸鈣作為填料以及合作單位提供的三種抗靜電劑制備抗靜電母粒，配方如表8所示，抗靜電母粒按照不同用量加入到PE管材中，測得的抗靜電性能如表9所示。

表8 抗靜電母粒配方Table 8 Formula of antistatic masterbatch

表9 添加不同抗靜電母粒的PE復合材料的電阻測試結果Table 9 The test results of surface resistivity of polyethylene composite material

從表9中可以看到，在添加2.5%導電炭黑母粒的前提下，添加三種不同抗靜電母粒的PE復合材料的表面電阻率均是隨著母粒用量的增加而降低。其中，抗靜電母粒2-3添加量為1.0%和2.0%的樣品表面電阻率幾乎相同，說明抗靜電母粒2-3在添加量超過1.0%時對PE材料的抗靜電性能影響不大；抗靜電母粒2-1在添加量為2.0%時，PE材料的表面電阻率為1.11×109Ω，滿足<3.0×109Ω的指標要求；抗靜電母粒2-2在添加量為1.0%時，PE材料的表面電阻率為2.01×109Ω，即可滿足<3.0×109Ω的指標要求。故從生產成本等方面綜合考慮，抗靜電母粒2-2的效果最佳，用量≥1.0%即可滿足性能指標要求。

3 結論

(1)納米碳酸鈣和LLDPE 7144的加入對PE管材性能影響較小，可以選用LLDPE 7144作為抗靜電母粒的基體樹脂并選用納米碳酸鈣作為填料降低成本。

(2)抗靜電母粒用量從0.5%增加到2.0%時，PE復合材料的表面電阻率隨著母粒用量的增加而降低。

(3)制備的抗靜電母粒與導電炭黑母粒具有較好的協同效果，綜合比較，由抗靜電劑2制備的抗靜電母粒2-2的效果最佳，2.5%的導電炭黑母粒與1.0%的2-2母粒復合使用時，PE復合材料的表面電阻率為2.01×109Ω，滿足<3.0×109Ω的指標要求。

[1] 梁琦.聚乙烯抗靜電改性研究[D].太原：中北大學，2007：1-8.

[2] 秦小梅，彭曉翊，李白千，等.燃氣管用抗靜電聚乙烯復合材料的制備及性能研究[J].合成材料老化與應用，2015，44(6)：42-45.

Preparation and Antistatic Properties of Antistatic Masterbatch for Polyethylene

LIU Yu1，WANG Hao-jiang1，WANG Fei1，QIN Xiao-mei2，YANG Yu-nong1，ZHENG Cheng3

(1 Guangzhou Research Institute Co.，Ltd.of Synthetic Materials，Guangzhou 510665，Guangdong，China；2 Foshan Rifeng Enterprises Co.，Ltd.，Foshan 528000，Guangdong，China；3 Guangzhou University，Guangzhou 510006，Guangdong，China)

We studied the effect of dosage of nanometer calcium carbonate and LLDPE 7144 on the performance of polyethylene pipes and perpared the antistatic masterbatch of polyethylene. The effect of species and dosage of antistatic agent on the antistatic properties of polyethylene composite were analyzed. The formula of antistatic masterbatch which could satisfy performance index were defined.

antistatic masterbatch，polyethylene，surface resistivity

TQ 325.1+2