聚乙烯抗静电母粒的制备及抗静电性能研究

刘 煜，王浩江，王 飞，秦小梅，杨育农，郑 成

(1 广州合成材料研究院有限公司，广东广州 510665；2 佛山市日丰企业有限公司，广东佛山 528000；3 广州大学，广东广州 510006)



聚乙烯抗静电母粒的制备及抗静电性能研究

刘 煜1，王浩江1，王 飞1，秦小梅2，杨育农1，郑 成3

(1 广州合成材料研究院有限公司，广东广州 510665；2 佛山市日丰企业有限公司，广东佛山 528000；3 广州大学，广东广州 510006)

研究了纳米碳酸钙和LLDPE 7144用量对聚乙烯管材性能的影响，制备了聚乙烯用抗静电母粒，研究了不同抗静电剂及其用量对聚乙烯复合材料抗静电性能的影响，确定了可满足聚乙烯管材性能指标要求的抗静电母粒配方。

抗静电母粒，聚乙烯，表面电阻率

聚乙烯材料具有性价比高、力学性能好、热性能稳定、加工性能及电绝缘性能优良等优点，广泛应用于工业、农业、医疗卫生、科学研究及日常生活等各个领域，但其表面导电性差，在使用过程中容易由于摩擦、挤压等原因使得制品表面产生静电积累，造成吸尘、电击，甚至产生火花后导致爆炸等恶性事故[1]。因此，国内外对抗静电剂的研制应用发展迅速，尤其是抗静电剂应用于聚烯烃的研究，成为近几年来高分子材料领域的研究热点。

在塑料管道行业，聚烯烃以其质轻、无毒、成型加工容易、性价比高等优势得到了广泛应用。但由于聚烯烃属于电绝缘材料，管材表面容易积累静电荷，当输送易燃易爆流体时存在较大的安全隐患。因此，研究一种新型抗静电聚烯烃管材具有重要意义。

目前，针对聚乙烯管材抗静电性能的研究相对较少，且大多通过添加导电炭黑来达到抗静电目的，但是此法存在添加量大、分散困难、颜色单一和不利于规模化生产的问题[2]。针对上述问题，本文通过研究碳酸钙填料及基体树脂用量，制备了三种聚乙烯抗静电母粒，并将其应用于聚乙烯复合材料中，进一步研究了三种母粒的抗静电性能。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

中密度聚乙烯，HHM3802，雪佛龙菲利普斯化工有限公司；线性低密度聚乙烯，7144，茂名石化；导电炭黑，VXC-72R，美国卡博特公司；抗静电剂1、抗静电剂2、抗静电剂3，合作单位合成，分析纯；纳米碳酸钙，市售；抗氧剂1010、抗氧剂168，宁波金海雅宝化工有限公司。

高速搅拌机，SHR 10A，张家港市晨星机械有限公司；双螺杆挤出机，SJSH-Z-30，南京橡塑机械厂；熔融指数测试仪，ZRZ1452，深圳新三思；微机控制万能试验机，CHT4305，深圳新三思；差式扫描量热仪，Q20，美国TA公司；高阻计，ZC-36，上海精科。

1.2 试样制备

1.2.1 试验流程

首先，按照一定质量比称取所需的聚乙烯、抗静电剂、填料及加工助剂，于高速搅拌机中混合均匀，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到抗静电高浓缩母粒；再按照一定质量比将聚乙烯树脂与抗静电母粒混合均匀，注塑成标准样条，进行抗静电性能测试，具体试验流程如图1所示。

1.2.2 工艺条件

工艺条件如表1所示。

图1 试验流程图Fig.1 Experimental flow diagram

工艺参数机筒温度/℃一区二区三区四区五区六区七区八区九区140160180180180180160160150主机转速喂料速度切粒速度25Hz20Hz300r/min

1.3 性能测试

(1)表面电阻：按照GB/T 1410-2006测定。

(2)断裂伸长率：按照GB/T 1040.3-2006测定。

(3)熔体流动速率：按照GB/T 3682-2000测定，温度190℃，负荷2.16kg。

(4)氧化诱导期(OIT)：按照GB/T 19466.6-2009测定。

(5)密度：按照GB/T 1033.1-2008测定。

2 结果与讨论

2.1 碳酸钙用量的影响

选用纳米级碳酸钙，按照不同用量添加到PE中挤出造粒，配方见表2，注塑成标准样条的常规检测结果如表3所示。

从表3中可以看到，碳酸钙的用量对聚乙烯制品的最终性能影响不大。添加0.5%和添加2%的PE样条在熔体流动速率、屈服强度及密度等方面相差不大，各项性能均能满足常规检测要求，从产品生产成本等方面考虑，认为碳酸钙的最佳添加量为2%。

表2 碳酸钙用量不同的实验配方Table 2 Experimental formula of different dosage of calcium carbonate

表3 碳酸钙用量不同的PE样条性能Table 3 Performance of PE samples with different dosage of calcium carbonate

2.2 抗静电母粒基体树脂用量的影响

抗静电剂母粒基体树脂选用的是线性低密度聚乙烯(LLDPE)7144粉，合作单位即抗静电母粒所要应用的聚乙烯管材用的基体树脂为PE HHM3802，故将PE 7144粉按照不同用量添加到HHM3802中挤出造粒，配方见表4，注塑成标准样条，各样条的常规检测结果如表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样条性能Table 5 Performance of PE samples with different dosage of LLDPE 7144

从表5中可以看到，LLDPE 7144的用量对聚乙烯制品的最终性能影响也不大。添加2%和添加5%的PE样条在熔体流动速率、屈服强度等方面相差不大，其中添加2% 的样条密度略低于常规检测要求，而其他性能方面均能满足常规检测要求。

2.3 碳酸钙及母粒基体树脂的综合影响

为了研究纳米碳酸钙与抗静电母粒基体树脂LLDPE 7144对最终制品即聚乙烯管材(PE HHM3802)常规性能的影响，在PE HHM3802树脂中同时添加纳米碳酸钙和LLDPE 7144粉，具体配方见表6，注塑样条的性能见表7。

表6 添加碳酸钙和PE 7144的实验配方Table 6 Experimental formula of calcium carbonate and LLDPE 7144

表7 添加碳酸钙和PE 7144的PE样条性能Table 7 Performance of PE samples with calcium carbonate and LLDPE 7144

从表7中可以看到，当纳米碳酸钙和LLDPE 7144同时加入PE HHM3802中时，样条各性能均满足常规检测要求，故认为在制备抗静电母粒时，可以选用LLDPE 7144作为基体树脂同时加入纳米碳酸钙来降低生产成本。

2.4 抗静电母粒的制备及抗静电性能研究

选用LLDPE 7144作为基体树脂，纳米碳酸钙作为填料以及合作单位提供的三种抗静电剂制备抗静电母粒，配方如表8所示，抗静电母粒按照不同用量加入到PE管材中，测得的抗静电性能如表9所示。

表8 抗静电母粒配方Table 8 Formula of antistatic masterbatch

表9 添加不同抗静电母粒的PE复合材料的电阻测试结果Table 9 The test results of surface resistivity of polyethylene composite material

从表9中可以看到，在添加2.5%导电炭黑母粒的前提下，添加三种不同抗静电母粒的PE复合材料的表面电阻率均是随着母粒用量的增加而降低。其中，抗静电母粒2-3添加量为1.0%和2.0%的样品表面电阻率几乎相同，说明抗静电母粒2-3在添加量超过1.0%时对PE材料的抗静电性能影响不大；抗静电母粒2-1在添加量为2.0%时，PE材料的表面电阻率为1.11×109Ω，满足<3.0×109Ω的指标要求；抗静电母粒2-2在添加量为1.0%时，PE材料的表面电阻率为2.01×109Ω，即可满足<3.0×109Ω的指标要求。故从生产成本等方面综合考虑，抗静电母粒2-2的效果最佳，用量≥1.0%即可满足性能指标要求。

3 结论

(1)纳米碳酸钙和LLDPE 7144的加入对PE管材性能影响较小，可以选用LLDPE 7144作为抗静电母粒的基体树脂并选用纳米碳酸钙作为填料降低成本。

(2)抗静电母粒用量从0.5%增加到2.0%时，PE复合材料的表面电阻率随着母粒用量的增加而降低。

(3)制备的抗静电母粒与导电炭黑母粒具有较好的协同效果，综合比较，由抗静电剂2制备的抗静电母粒2-2的效果最佳，2.5%的导电炭黑母粒与1.0%的2-2母粒复合使用时，PE复合材料的表面电阻率为2.01×109Ω，满足<3.0×109Ω的指标要求。

[1] 梁琦.聚乙烯抗静电改性研究[D].太原：中北大学，2007：1-8.

[2] 秦小梅，彭晓翊，李白千，等.燃气管用抗静电聚乙烯复合材料的制备及性能研究[J].合成材料老化与应用，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