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(yōu)良的力學(xué)性能、較高的體積電阻率和較低的介電損耗等，廣泛應(yīng)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(jìn)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(lián)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(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。

1 配方試驗

1.1 載體樹脂選擇

通常根據(jù)母料的用途不同，一般來講，選擇載體樹脂應(yīng)遵守以下原則：①載體樹脂應(yīng)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(xué)性能；②載體樹脂應(yīng)有較高的熔體流動速率，其 MI應(yīng)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(jié)構(gòu)因素，以利于提高它們之間的結(jié)合。我們將高壓、低壓聚乙烯共用，逐步過渡到高壓、線性復(fù)配。選出7042和607等復(fù)合樹脂作為母料的載體樹脂，其協(xié)同效果較好。

1.2 偶聯(lián)劑的選擇

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

1.3 阻燃體系選擇

阻燃性的實現(xiàn)是靠在材料共混改性過程中加入助劑，材料燃燒時產(chǎn)生一系列的化學(xué)或物理變化以達(dá)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(xué)性能產(chǎn)生不利影響，因此采用高效阻燃劑，或采用復(fù)合體系產(chǎn)生協(xié)同作用，以減少阻燃劑的加入量或降低成本。阻燃劑按應(yīng)用方式分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑。根據(jù)組成，添加型阻燃劑主要包括無機(jī)阻燃劑、鹵系阻燃劑（有機(jī)氯化物和有機(jī)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(yīng)型阻燃劑多為含反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)鹵和有機(jī)磷的單體。選用十溴二苯醚和氧化銻協(xié)同阻燃效果顯著、應(yīng)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(shù)而使物體難以產(chǎn)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(dá)到抗靜電目的。②填充導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)或10～10 μm間隙，可形成導(dǎo)電通路而起抗靜電作用。選用導(dǎo)電材料炭黑添加量少，易于表面處理。

通過對載體樹脂、偶聯(lián)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(lián)劑用量針對改性的無機(jī)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(shù)指標(biāo)

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

4 結(jié)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(jīng)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(xué)性能影響不大。