PP/檸檬酸摻雜聚苯胺抗靜電材料

田文祥，陶玉侖，陶善喜

（安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001）

PP/檸檬酸摻雜聚苯胺抗靜電材料

田文祥，陶玉侖，陶善喜

（安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001）

以聚丙烯（PP）為基體，聚苯胺為抗靜電劑，通過開煉機(jī)混合，平板硫化機(jī)壓片制備得到一系列PP/聚苯胺抗靜電板材（聚苯胺含量：0，2 %，4 %，6 %，8 %）。測試PP/聚苯胺材料的體積電阻率和拉伸性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2 %的聚苯胺使得PP的電阻率降低5個(gè)數(shù)量級(jí)，從1016Ω·cm下降到1011Ω·cm，同時(shí)拉伸性能保持在使用要求范圍內(nèi)。

PP；聚苯胺；抗靜電

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)礦業(yè)資源的需求也與日俱增，但這些資源的開采面臨著一個(gè)難題，即礦下的瓦斯氣體（主要成分是甲烷）一旦遇到明火，就會(huì)爆炸，從而引發(fā)安全事故。造成明火的主要原因是靜電，出現(xiàn)靜電會(huì)產(chǎn)生火花，當(dāng)氣體的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸。因此，礦上所用的材料必須能夠抗靜電，而且必須具備一定的強(qiáng)度。聚丙烯（PP）由于其良好的絕緣性、力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于管材和配件[1～3]。雖然聚丙烯的力學(xué)性能、熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性都很好，但是它有較高的介電常數(shù)，導(dǎo)致其導(dǎo)電性很差，阻礙了其在煤礦等抗靜電領(lǐng)域的應(yīng)用[4，5]。因此，尋找合適的抗靜電劑制備高性能抗靜電復(fù)合材料成為研究的熱點(diǎn)。抗靜電劑主要分為3大類：有機(jī)小分子如非離子型羥乙基脂肪胺類和陰離子型脂肪基磺酸鹽[6～8]， 高分子 如 導(dǎo)電高分 子 聚苯胺[9～13]，無 機(jī) 類如炭黑和ZnO等[14，15]。有機(jī)小分子抗靜電劑的遷移性和環(huán)境濕度都影響抗靜電的壽命和使用，而無機(jī)類抗靜電劑在PP基體中相容性較差也影響了抗靜電性能，所以高效的抗靜電劑是高分子類的抗靜電劑。孫[8]研究了聚苯胺/苯乙烯磺酸抗靜電劑對(duì)PP電阻率的影響。本文選擇聚苯胺/檸檬酸復(fù)合抗靜電劑對(duì)PP改性，發(fā)現(xiàn)合適含量的聚苯胺可以使PP的電阻率降低5個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到抗靜電要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

苯胺、過硫酸銨、檸檬酸，分析純，天津博迪化工股份有限公司；PP，廣東華創(chuàng)隆塑料科技有限公司。

1.2 主要儀器

X射 線 衍 射 儀 ，XRD-6000型X-Ray衍 射儀，島津國際貿(mào)易（上海）有限公司；高阻計(jì)，ZC36型兆歐表，上海第六電表廠有限公司；萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)，WDW—50，深圳市凱強(qiáng)利實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；沖片機(jī)，CP-25型，揚(yáng)州市天發(fā)試驗(yàn)機(jī)械有限公司。硫化機(jī)，XLB-1.00MN立式平板硫化機(jī)，青島亞華機(jī)械有限公司。

1.3 抗靜電材料的制備

稱取一定量的苯胺、過硫酸銨、檸檬酸（苯胺與過硫酸銨的質(zhì)量比為1：1，檸檬酸與苯胺的質(zhì)量比為1：5），并用去離子水溶解過硫酸銨和檸檬酸。將苯胺和過硫酸銨液分別滴加到溶有檸檬酸的去離子水中，緩慢攪拌，反應(yīng)時(shí)間為5 h。將制備好的溶液進(jìn)行抽濾，并用無水乙醇洗3次，再用去離子水洗3次，除去過硫酸銨，苯胺單體以及聚合度不高的聚合物。所得抽濾制品放入烘箱烘干。將所得聚苯胺分別按照0，2%，4%，6%，8%的摻雜比加入聚丙烯中，在開煉機(jī)上進(jìn)行混合（開煉機(jī)的前后輥溫度設(shè)為155 ℃），混煉好的樣品放入模具中，在平板硫化機(jī)上制成200 mm×200 mm×2 mm的板材。（Ω）；Ae-測量

電極的有效面積（cm2）；ρ-體積電阻率v（MΩ·cm）。

運(yùn)用上述公式經(jīng)過計(jì)算得到體積電阻率，聚苯胺的量對(duì)PP復(fù)合材料的體積電阻率的影響見圖2。

2 結(jié)果與分析

2.1 XRD數(shù)據(jù)測試

圖1顯示了檸檬酸摻雜聚苯胺粉末的XRD圖譜。由圖1可知，在2θ=21.7°處有一個(gè)饅頭衍射峰，表明聚苯胺粉末為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。

圖1 檸檬酸-聚苯胺粉末XRD數(shù)據(jù)圖Fig.1 XRD data graph of citric acid-polyaniline powder

圖2 不同聚苯胺混合比例的PP/聚苯胺的體積電阻率Fig.2 Volume resistivity of polyanilinePP/polyaniline with different mixing ratio

由圖2可知，隨著聚苯胺的摻雜量加大，PP復(fù)合材料的體積電阻率有明顯的下降趨勢，摻雜2 %的聚苯胺使體積電阻率從1016Ω·cm下降5個(gè)數(shù)量級(jí)到1011Ω·cm。但是隨著摻雜量繼續(xù)增加到6 %，8 %，其體積電阻率趨于平緩。表明了聚苯胺的摻雜進(jìn)入改變了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，使得材料具有抗靜電性能。

2.3 力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由表1可知，隨著聚丙烯中聚苯胺混合量的增加，該復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。拉伸強(qiáng)度在摻雜聚苯胺4 %時(shí)出現(xiàn)最高值，而在4～8 %持續(xù)下降，這說明聚苯胺在特定含量時(shí)起增韌效果。

2.2 電阻率測試及分析

檸檬酸摻雜入聚苯胺單體，可以提高材料的導(dǎo)電性，降低其電阻率。

其電阻率按公式（1）計(jì)算：

其中：d1-測量電極直徑（cm），高阻計(jì)電極為5 cm；g-測量電極與保護(hù)電極間隙寬度（m）本高阻計(jì)中為0.2 cm；t-絕緣材料試樣的厚度（cm）；Rv-測得的試樣體積電阻

表1 PP/聚苯胺拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Tensile strength data of PP/polyaniline

3 結(jié)論

通過機(jī)械共混制備了PP/檸檬酸摻雜聚苯胺復(fù)合材料，并對(duì)PP/聚苯胺復(fù)合材料的體積電阻率、拉伸強(qiáng)度以及斷裂伸長率進(jìn)行了研究。通過對(duì)體積電阻率的數(shù)據(jù)分析得知，2%聚苯胺的共混就能顯著提高聚丙烯基體的導(dǎo)

電性能，滿足PP抗靜電要求。對(duì)力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，摻雜低含量的聚苯胺對(duì)PP基體拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率沒有明顯影響，所以可以在實(shí)驗(yàn)中找到一個(gè)平衡點(diǎn)（4 %的聚苯胺摻雜量）來制備擁有良好力學(xué)性能和抗靜電的PP/聚苯胺復(fù)合材料。

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PP/citric acid doped polyaniline antistatic materials

TIAN Wen-xiang, TAO Yu-lun, TAO Shan-xi
(Anhui University of Science&Technology, Huainan, Anhui 232001, China)

With polypropylene as the matrix and polyaniline as an antistatic agent, a series of PP/polyaniline antistatic sheets was prepared by mixing in the open mill and then sheeting on a plate vulcanizing press. By testing the volume resistivity and tensile properties of the sheets containing the polyaniline content of 0 wt%, 2 wt%, 4 wt%, 6 wt% or 8 wt%, it was found that the polyaniline content of 2 wt% made the volume resistivity of PP sheet decrease five orders of magnitude, from 1016to 1011Ω·cm, while maintained the tensile properties within the operating range.

polypropylene; polyaniline; antistatic

TQ050.4+3

A

1001-5922（2016）01-0052-03

2015-08-16

作者簡介：田文祥（1995-），男，高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)。E-mail：473752312@qq.com。

通迅聯(lián)系人：陶玉侖（1979-），男，副教授，主要研究方向：導(dǎo)電聚合物，聚合物半導(dǎo)體和抗靜電材料。E-mail：williamtao795322@163.com。

2013年度安徽理工大學(xué)青年教師科學(xué)研究基金（12598）；博士啟動(dòng)金（ZY028）；安徽省創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（AH2014 10361201）；2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（20150361257）；“安徽省綠色高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”資助。