關(guān)于抗靜電劑

    塑料具有電絕性（導(dǎo)電聚合物除外），塑料與其他材料接觸或摩擦?xí)r會產(chǎn)生靜電積累。積累的靜電如不及時消除，可能導(dǎo)致靜電吸附、吸塵、火化放電等，引起燃燒、爆炸。

    消除靜電的方法有導(dǎo)電材料（導(dǎo)電炭黑、金屬粉等）填充法、導(dǎo)電裝置法、抗靜電劑。

    采用抗靜電劑（表面活性劑）消除塑料制品的靜電，有外部涂敷法和內(nèi)部添加法。前者持久性差，多用于臨時性或短期靜電處理，應(yīng)用范圍窄；內(nèi)部添加法采用的離子型和非離子型表面活性，因基材樹脂的結(jié)構(gòu)特性不同而分別選用。

抗靜電劑

    抗靜電的作用原理

    降低摩擦系數(shù)，使玻璃纖維難于產(chǎn)生靜電，陽離子季銨類潤滑劑及咪唑啉類潤滑劑均具有抗靜電的作用。

    形成導(dǎo)電通道，使電荷能很快地從纖維表面移走。對有機(jī)抗靜電劑，如聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯月桂酸酯、聚乙二醇等。它們均含有醚段，極易通過氫鍵與空氣中水分結(jié)合并形成導(dǎo)電通道，這些具有吸濕性的有機(jī)化合物與離子型的季銨鹽、叔胺鹽或羧酸鹽類有機(jī)化合物共同使用，可取得更好的抗靜電效果。

    另一類最常用的抗靜電劑為無機(jī)鹽類，此類無機(jī)鹽有強(qiáng)烈形成水化物的趨勢，成為帶有結(jié)晶水的鹽類。也就是說具有較強(qiáng)的吸潮性，在浸潤劑膜上吸收水分的同時本身離解成離子，所以導(dǎo)電效果很好。

    抗靜電劑的品種

    根據(jù)化學(xué)組成不同?？轨o電劑可分為硫酸衍生物、磷酸衍生物、胺類、季銨鹽、咪唑類以及環(huán)氧乙烷衍生物等。

    根據(jù)抗靜電劑分子中的親水基能否電離，分為離子型和非離子型兩種。離子型抗靜電劑根據(jù)電離后電荷的正負(fù)又分為陽離子型、陰離子型和兩性離子型三種。

    1、陽離子抗靜電劑：

    （1）單官能團(tuán)：硬脂基三甲基季銨鹽酸鹽，主要用于聚烯烴、ABS、聚碳酸酯等；

    （2）雙官能團(tuán)：抗靜電劑硬脂酰胺丙基羥乙基季胺硝酸鹽，主要用于聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯薄及制品的抗靜電劑。

    2、陰離子型抗靜電劑：

    （1）單官能團(tuán)型抗靜電劑對壬基苯氧基丙基磺酸鈉（NP），主要用于氯醋樹脂、ABS、聚烯烴等；

    （2）多官能團(tuán)抗靜電劑烷基雙（α－羥乙基胺磷酸酯），主要用于合成纖維；

    （3）高分子型抗靜電劑為聚丙烯酸鹽、馬來酸酐和其它不飽和單體共聚物的鹽、聚苯乙烯苯磺酸等。主要用于纖維。

    3、非離子型抗靜電劑：

    （1）四溴雙酚A主要用于ABS、環(huán)氧樹脂、聚氨酯。同時也是阻燃劑；

    （2）硬脂酸單甘油酯類，如ADA-10M及ASA－10等主要用于聚烯烴類。

    4、兩性型抗靜電劑：

    （1）烷基二羧甲基銨乙內(nèi)酯，主要用于聚酯、尼龍等；

    （2）十二烷基二甲基季乙內(nèi)鹽，主要用于聚酯、聚丙烯、尼龍等。

    各種抗靜電劑由于化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，性能各異，產(chǎn)生的效果也不同。

    陽離子型的季胺鹽類對高分子材料有較強(qiáng)的附著力，抗靜電性好，是塑料中用得較多的一類抗靜電劑，但對皮膚有刺激作用，且有毒，不適用于食品包裝薄膜。

    陰離子抗靜電劑，通常對皮膚無作用，又不影響塑料的著色，但在塑料中除酸性烷基磷酸酯或鹽和烷基硫酸外，通常很少使用。

    一般非離子型的抗靜電性較離子型差些，但熱穩(wěn)定性好，不易引起塑料老化，尤適用于低溫條件下；還可與陰或陽離子型抗靜電劑并用。

    兩性型的抗靜電劑的最大特點是能與陰或陽離子型配合使用。它們均對聚合物有強(qiáng)的附著力，因而能發(fā)揮優(yōu)良的抗靜電性。

    抗靜電劑的使用方法

    根據(jù)使用方式的不同，抗靜電劑可以分為外涂型和內(nèi)混型兩種。

    外涂型抗靜電劑是指涂在高分子材料表面所用的一類抗靜電劑。一般用前先用水或乙醇等將其調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.0%的溶液，然后通過涂布、噴涂或浸漬等方法使之附著在高分子材料表面,再經(jīng)過室溫或熱空氣干燥而形成抗靜電涂層。此種多為陽離子型抗靜電劑,也有一些為兩性型和陰離子型抗靜電劑。

    內(nèi)混型抗靜電劑是指在制品的加工過程中添加到樹脂內(nèi)的一類抗靜電劑。常將樹脂和添加其質(zhì)量的0.3%～3.0%的抗靜電劑先機(jī)械混合后再加工成型。此種以非離子型和高分子永久型抗靜電劑為主,陰、陽離子型在某些品種中也可以添加使用。

    各種抗靜電劑分子除可賦予高分子材料表面一定的潤滑性、降低摩擦系數(shù)、抑制和減少靜電荷產(chǎn)生外,不同類型的抗靜電劑不僅化學(xué)組成和使用方式不同,而且作用機(jī)理也不同。

    影響抗靜電效果的因素

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    一、分子結(jié)構(gòu)和特征基團(tuán)性質(zhì)及添加量

    抗靜電劑的效果首先取決于它作為表面活性劑的基本特性――表面活性。

    表面活性與親水基種類、憎水基種類、分子的形狀和分子量大小等有關(guān)。

    當(dāng)抗靜電劑分子在相界面作定向吸附時，會降低相界面的自由能及水和塑料之間的臨界接觸角。根據(jù)極性相似規(guī)則，表面活性劑分子的碳?xì)滏湶糠謨A向與高分子鏈段接觸，極性基團(tuán)部分傾向與空氣中的水接觸。高分子材料作為疏水材料，抗靜電劑在其表面的主要作用就是形成規(guī)則的面向空氣中的水的親水吸附層。在空氣濕度相同的情況下，親水性好的抗靜電劑會結(jié)合更多的水，使得聚合物表面吸附更多的水，離子電離的條件更充分，從而改善抗靜電效果。

    抗靜電劑的分子量太高，不利于它向高聚物表面遷移；分子量太低，耐洗滌性和表面耐摩擦性不佳。通?？轨o電劑的分子量比高聚物分子量小得多。加入低分子量物質(zhì)可能會使高聚物材料的物理機(jī)械性能惡化。為了減少這種不良影響，抗靜電劑的一般添加量為0.3%~2.0%?？轨o電劑的添加量還視制品用途而異。

    CMC（臨界膠束濃度）值是表面活性劑表面活性的一種量度。CMC值越小，表面活性劑達(dá)到表面（界面）吸附的濃度越低，或形成膠束所需濃度越低，因此抗靜電性的起效濃度也越低。不同結(jié)構(gòu)的抗靜電劑添加量不同，并且隨制品形式的不同而不同。添加量有一個范圍。過低，抗靜電效果不明顯，過高，會影響材料的物理機(jī)械性能。薄膜、片材等薄制品的添加量較少，厚制品的添加量則相對較多。

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    二、其他添加劑的影響

    高聚物材料加工時，往往要添加一些穩(wěn)定劑、顏料、增塑劑、潤滑劑、分散劑或阻燃劑等助劑。這些添加劑與抗靜電劑的相互作用也會對抗靜電效果產(chǎn)生很大影響。

    陰離子型穩(wěn)定劑會與陽離子型抗靜電劑形成復(fù)合物，從而降低各自的效果。潤滑劑通常能很快遷移到高聚物表面上，抑制了抗靜電劑的轉(zhuǎn)移。

    若潤滑劑分子層覆蓋在抗靜電劑分子層上，會使抗靜電劑表面濃度降低，顯著影響抗靜電效果；有時由于潤滑劑的影響，也會促進(jìn)抗靜電劑向表面轉(zhuǎn)移。

    增塑劑會增加大分子鏈間的距離，使分子運(yùn)動更為容易，提高了高聚物的孔隙率，有利于抗靜電劑向制品表面遷移發(fā)揮抗靜電作用。有些增塑劑會降低高聚物的玻璃化溫度，也可使抗靜電劑的效果增大。

    分散劑、穩(wěn)定劑及顏料等無機(jī)添加劑，一般都有較強(qiáng)的吸附能力，使抗靜電劑難以遷移到表面上，對抗靜電劑的擴(kuò)散遷移具有反作用，抗靜電效果會變差。

    大多數(shù)無機(jī)添加劑都是細(xì)小的微粒，具有較大的表面積，易吸附抗靜電劑，使其不能有效地發(fā)揮抗靜電作用。顏料微粒則容易富集在抗靜電劑周圍，影響其向外擴(kuò)散。例如：相同抗靜電劑濃度的ABS中加入二氧化鈦后，抗靜電作用降低。不同無機(jī)填料的吸附性不同，對抗靜電效果發(fā)揮的影響也不一樣。

    此外，高聚物組分中的彈性體也會使抗靜電劑的效能變差。例如在聚丙烯與橡膠的復(fù)合材料中，發(fā)現(xiàn)抗靜電劑富集在橡膠組分周圍，使其難于遷移到表面。

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    加工過程的影響

    聚合物制品的加工方式最終會影響制品中高分子鏈的規(guī)整程度、結(jié)晶度、結(jié)晶形態(tài)及有序化程度。

    若高聚物在熔融狀態(tài)下成型后，立即在低于其玻璃化溫度的室溫下進(jìn)行冷卻，抗靜電劑就很難擴(kuò)散到制品表面，從而沒有足夠的抗靜電效果。

    若制品在高于玻璃化溫度的溫度下冷卻，由于大分子鏈段運(yùn)動有助于抗靜電劑擴(kuò)散，這樣不僅制品能呈現(xiàn)出足夠抗靜電效果，而且即使用摩擦或水洗除去表面上的抗靜電劑，也能較迅速恢復(fù)其抗靜電效果。

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