20180420基于隧道效应理论的抗静电机理的分析

基于隧道效应理论的膏状塑料抗静电剂的研制

宋宏建

1.0传统的抗静电分析

静电无处不在，其危害性也众所周知。抗静电机理也是相当复杂。在聚合物领域，传统的抗静电机理基本上是1972年FButch提出的导电无限网链理论。即导电填料像孤岛一样分散于高分子介质中，一旦孤岛之间有导电路径链接，构成整个回路，抗静电才会起作用。简单来说只有游离于聚合物中的导电材料由分散相变成连续相时，才会有抗静电效果。如图

以导电碳粉加入到聚合物中为例，只有大量的碳粉添加才能达到抗静电效果，结果整个聚合物的机械性能产生了巨大的改变。以牺牲材料的机械性能为代价来提高抗静电效果是不可取的，大量导电材料的加入也导致产品成本的剧增。

2.0隧道效应理论的介绍

隧道效应理论的核心点在于，导电是由电子的迁移造成的，导电不是靠接触而完成，而是靠热震动而完成。隧道电流是导电粒子间隙宽度的指数函数，如图所示

美国俄勒冈州立大学利用隧道效应理论成功研制了MIM材料（metal-insulator-metal).目前在高分子抗静电领域很多研究所和公司也在做这方面的研究，效果提升空间还很大。

3.0产品抗静电效果分析

上海沪正公司开发一种内添加型永久抗静电高分子材料B233。样品后进行分析如下：

3.1分散性

从外观上看，它是一种黑色膏状物。之所以是膏状，单纯的粉末材料在塑料加工过程中分散性不好，为了解决分散性传统方法是把抗静电材料常常做成塑料母粒，但经过二次加工后，其抗静电效果大打折扣。为了解决这个问题其配方中加入了各种分散促进剂，同时对导电颗粒进行过表面处理，经过表面处理后，并在各种助剂的协同效应下，导电材料可以很容易地分散在塑料基体中，最后抗静电剂以膏状的形式呈现。实验表明几种主要的高分子材料在熔融状态下加入这种膏状物质，可以看到其分散效果很好。

3.2抗静电效果

利用此抗静电剂加入到聚合物里面并进行拉丝测量其表面电阻为104，如下图

首先抗静电处理后的母粒可以进行拉丝加工，证明可加工性非常好，因为拉丝用的的级别常常远高于注塑用，否则喷丝过程中常常容易引起堵塞。添加量在5%的时候，其表面电阻达到104，这样效果是令人吃惊的。首先按照我国传统的分类导静电型、静电耗散型、抗静电型。电阻分别是10的4-6次方、6-9次方、9-11次方，本产品完全是一种导静电型材料。其次因为5%的添加量按照传统理论导电材料很难在塑料基体中形成连续相，但抗静电效果如此优秀，这种现象是传统的抗静电原理是无法说明的，因此只能用隧道效应理论加以解释

4.0小结

利用隧道效应理论制备抗静电产品应该是目前研究领域的一个崭新的方向。