聚丙烯抗静电剂的研究现状及发展趋势

聚丙烯抗静电剂的研究现状及发展趋势Ξ

王雅珍,李　栋,朱清梅,庞向阳,阮诗平,杨雪静

(齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006)

摘要:综述了静电的产生和危害及抗静电剂的分类和特性,着重评述了近几年国内外聚丙烯抗静电剂的研究现状,并对其发展前景进行了展望。

关键词:聚丙烯;抗静电剂;综述

中图分类号:T Q314124+7 文献标识码:A 文章编号:1005-5770(2008)07-0011-05

Current Situation of Study and Development T rend of PP Antistatic Agent W ANG Y a2zhen,LI D ong,ZH U Qing2mei,PANG X iang2yang,RUAN Shi2ping,Y ANG Xue2jing

(C ollege of Chemistry and Chemical Eng.,Qiqihar University,Qiqihar161006,China)

Abstract:The generation and harm fulness of the static,and the classification and characteristics of antistatic agents are reviewed,the current situation of the study of PP antistatic agent in recent years both at home and abroad were discussed in details,the future of the development is prospect,too.

K eyw ords:PP;Antistatic Agents;Review

聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂,具有密度小、无毒、易加工、冲击强度高、抗挠曲性以及电绝缘性好等优点,具有广泛的应用。自1957年在意大利首次实现工业化生产以来,其发展速度一直居各种通用塑料之首。尤其是近年来,由于聚丙烯生产技术的不断发展和应用领域的不断开拓,进一步推动了世界聚丙烯工业的快速发展[1]。

1　静电的产生和危害

当两种不同性质的物体相互摩擦或紧密接触后迅速剥离时,由于它们对电子的吸引力大小各不相同,就会发生电子转移。一部分物体因失去部分电子而带正电,另一部分获得电子而带负电。如果该物体与大地绝缘,则电荷无法泄漏,停留在物体的内部或表面呈相对静止状态,这种电荷就称静电[2]。

静电在我们的日常生活中可以说是无处不在,我们的身上和周围就带有很高的静电电压,几千伏甚至几万伏。平时可能体会不到,人走过化纤的地毯静电大约是35000V,翻阅塑料说明书大约7000V,对于一些敏感仪器来讲,这个电压可能会是致命的危害。 1967年7月29日,美国F orrestal航空母舰上发生严重事故,一架A4飞机上的导弹突然点火,造成了7200万美元的损失,并且伤亡134人,调查结果是导弹屏蔽接头不合格,静电引起了点火。1969年底,在不到一个月的时间内,荷兰、挪威、英国三艘20万t级超级油轮因洗舱时产生的静电,相继发生爆炸。我国近年来在石化企业曾发生多起因静电造成的严重火灾爆炸事故。静电的软击穿可造成敏感器件的品质劣化和使用寿命降低,而且不易被发现。另外静电感应和静电放电时产生的电磁脉冲对人体和电子敏感器件也有一定危害[2-5]。

2　聚丙烯抗静电剂的分类

聚丙烯虽然具有很多优点,但是由于其分子链是非极性的,容易在应用中产生静电,这在很大程度上限制了聚丙烯在某些领域的应用。消除聚丙烯所带静电的一种行之有效的方法是加入抗静电剂。

抗静电剂品种繁多,分类方法各异,习惯上多以其使用方式和化学组成进行分类。

211　按使用方式不同分类

按抗静电剂的使用方式不同,一般分为外部涂敷型和内部混炼型两种类型。

21111　外部涂敷型抗静电剂

外部涂敷型抗静电剂是将有效的抗静电剂组分配制成水、醇等适当溶剂的溶液,通过浸渍、喷涂或刷涂等方法处理塑料制品表面。随后干燥、脱除溶剂得

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第36卷第7期2008年7月

塑料工业

CHI NA P LASTICS I NDUSTRY

Ξ作者简介:王雅珍,女,1961年生,系主任,硕士研究生导师,教授,主要研究方向为聚合物的改性和功能材料的研究。

wyz6166@1631com

到具有抗静电剂包裹膜表面的制品。涂敷型抗静电剂多系表面活性剂,它的突出特点是速效而且适用面广,其抗静电剂效果可使表面电阻率达到欧姆的水平。但是,材料表面的抗静电层容易受摩擦等原因而缺损,所以该方法的抗静电效果不易持久[6-8]。21112　内部混炼型抗静电剂

内部混炼型抗静电剂又称为添加型抗静电剂。它们在加工时配混到材料中并均匀分配在整个聚合物内。这类抗静电剂与聚合物的相容性有限,加工后经过一段时间迁移到制品的表面形成具有取向特征的抗静电剂分子层,其中亲水基伸向空气一侧,亲油基植于树脂内部。蓄积在树脂内部的抗静电剂分子随时都有向外部迁移和取向的倾向,当材料在加工使用中因摩擦、洗涤等原因致使表面抗静电剂分子层缺损时,内部的抗静电剂分子可源源不断地补充到表面,以保证相对持久的抗静电效果。因此混炼型抗静电剂通常效果差而持久性好,与涂敷型抗静电剂相比,混炼型抗静电剂添加量小应用方便但对树脂加工温度制品性能等条件较为敏感[9-10]。

212　按化学组成分类

就化学组成而言,抗静电剂可分为表面活性剂型、高分子永久型和复合型三个类型。

21211　表面活性剂型抗静电剂

表面活性剂型抗静电剂可分为离子型、非离子型两个类型。

(1)离子型抗静电剂

离子型抗静电剂的分子中含有亲水基团和亲油基团。亲水基团具有电离特性,依据亲水基离子的带电性质,离子型抗静电剂一般分为阳离子型、阴离子型和两性型抗静电剂。

阳离子型抗静电剂包括季铵盐类化合物、各种铵盐类化合物、烷基咪唑啉类化合物、季磷盐类和季硫盐类化合物等,其中季铵盐类化合物最为常见。它们的共同特征是对高分子材料的附着力较强,多数情况下用作涂敷型抗静电剂使用,有时也可作为混炼型抗静电剂使用,主要适用于聚氯乙烯、苯乙烯类聚合物等极性树脂,非常适用于硬质透明制品,但它也有热稳定性差而且对热敏性树脂的热稳定性有不良影响等缺点,所以在选择抗静电剂时务必注意[10]。

阴离子型抗静电剂主要是烷基磺酸盐、磷酸盐类化合物,它们的市场用量较小。工业化品种以烷基磺酸盐居多。阴离子型抗静电剂在聚氯乙烯等高聚物中具有较好的效果,尤其用于聚氯乙烯时可兼作外润滑油,在某种情况下可为热稳定体系产生协同效果,不会出现类似阳离子强酸根季铵盐损害热稳定性的影响,但如添加量过大时应适当调整热稳定体系以免导致不良效果[11]。

两性型抗静电剂的分子内同时含有阳离子和阴离子化合物包括季铵内盐、两性烷基咪唑啉盐和烷基氨基酸等。它们的突出特点是在一定条件下既可起到阳离子作用又可起到阴离子作用。在实际应用中可分别与阳离子型抗静电剂和阴离子型抗静电剂配合使用。两性型抗静电剂对高分子材料的附着力较强但是热稳定性较差[11]。

(2)非离子型抗静电剂

与离子型抗静电剂不同,非离子型抗静电剂不具有电离性,所以无法通过自身导电来泄漏电荷,其抗静电效果明显不及离子型抗静电剂,但是非离子型抗静电剂热稳定性优异,一般不对高聚物产生有害影响,多数产品无毒或低毒,因此构成了混炼型抗静电剂的主流。据统计非离子型抗静电剂约占世界塑料用抗静电剂总量的60%以上。

非离子型抗静电剂主要包括脂肪酸多元醇酯、脂肪酸、脂肪醇和烷基酚的环氧乙烷加合物、烷醇酰胺、烷醇胺、磷酸酯类等,其中应用最广的是脂肪酸多元醇酯、烷醇胺和烷醇酰胺类化合物[12]。

21212　高分子永久型抗静电剂

高分子永久型抗静电剂按抗静电机理分为亲水性高分子抗静电剂和本征型导电高分子抗静电剂。

(1)亲水性高分子抗静电剂

亲水性高聚物作为抗静电剂使用是20世纪80年代后期抗静电剂领域开发研究的重大进展。所谓亲水性高分子聚合物是指分子内含有聚环氧乙烷、聚季铵盐结构等导电性单元的高分子聚合物。不同于传统的表面活性剂型抗静电剂,亲水性高分子聚合物与基础树脂是不相容的,普通共混方法不可能得到满意的结果,因此利用聚合物合金化技术是保证改性制品具有优异抗静电性、耐热性、抗冲击性的技术关键,其重点是提高亲水性高聚物在树脂中的分散程度和状态,因为它在母体中形成“芯-壳”结构,并以此为通路泄露静电荷[11,13]。

亲水性高聚物抗静电剂大致包括如下六种类型[12]:甲氧基聚乙醇甲基丙烯酸酯共聚物;超高分子量聚乙二醇;环氧氯丙烷/环氧乙共聚物;含季铵盐的甲基丙烯酸酯聚合物;聚乙二醇共聚类聚酰胺;聚乙二醇共聚物类聚酯。

(2)本征型导电高分子抗静电剂

导电高分子指的是具有共轭π键长链结构的高

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・塑　料　工　业2008年