塑料用抗静电剂分类

塑料用抗静电剂分类

1 前言

众所周知，塑料具有较好的电绝缘性能，因而广泛应用于工业生产和日常生活的各个领域。但塑料表面的高电阻率往往使其容易产生静电积累，从而引起吸尘电击或火花放电等不良现象，不利于塑料制品的加工和使用。如塑料薄膜加工过程中常因静电而发生卷曲和粘附，电子计算机及其它电子产品因使用塑料壳体所带来的静电损害等等。轻则出现各种质量问题，严重时还会引起燃烧或爆炸等恶性事故。因此，塑料的抗静电问题已经引起人们的高度重视。

能阻止静电蓄积的物质称为抗静电剂，抗静电剂用于合成纤维，既能防止静电的产生，又能使织物易于去污；用于燃料等油品，能提高油品的导电率，在高速泵输送及过滤时防止因摩擦起电造成火灾；用于塑料，可以消除塑料的静电，防止塑料吸附尘埃而影响制品的透明性和表面美观，防止电影胶片吸尘而影响放映质量；以及人在塑料地板上行走，因摩擦使人体带电，使人在与其他物体接触时遭电击。

塑料的抗静电处理方法很多，如机械法、湿度调节法和物理化学改性法等。由干前两种方法受设备或环境条件的制约，因此目前普遍采用添加抗静电剂的化学改性方法。即将抗静电剂加入到树脂中或涂于塑料表面，从而降低塑料制品的表面电阻率，减轻或消散塑料在加工和使用过程中的静电积累。

理想的抗静电剂应具备如下条件：①抗静电效能大而持久；②耐热性好，在加工的高温（120～300℃）下或反复进行热加工时不分解；③与塑料等的相容性适中，在混炼和熔融加工时可与树脂良好的相容，成型后不会明显喷霜析出，但抗静电剂与树脂还须有一定的不相容性，以保证当表面的抗静电剂分子层受到破坏时，内部的抗静电剂能够及时析出，形成新的分子层，恢复防静电效能；④不影响制品的加工性能（如熔点、粘度、溶解性等）和制品性能（如透明性、着色性、印刷性、热合性和力学性能）；⑤与其他助剂的相容性好，无对抗效应；⑥无臭、无味、对皮肤无刺激；⑦价格低廉。

2 抗静电剂的种类及其特性

抗静电剂的分类方法很多，最常用的是按化学结构和使用方法分类，按照化学结构可将抗静电剂分为阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型。按照抗静电剂的使用方法可分为外涂型和内加型两种。外涂型抗静电剂是通过刷涂、喷涂或浸涂等方法涂敷于制品表面，它们见效快，适用面广，但容易因摩擦、洗涤而脱失。因此它们只能提供暂时的或短期的抗静电效应。内加型抗静电剂是在配料中加入的，使其均匀地分散在聚合物中，起到比较永久的抗静电作用。它们耐摩擦，耐洗涤，效能持久，是广泛使用的抗静电剂。在外涂型和内加型抗静电剂之间，并无明显界限，往往是一种化合物可兼做两用。

塑料用抗静电剂通常是一些表面活性剂，其基率特征是同一分子结构中含有亲水性和亲油性两种基团。根据分子中亲水性基团能否电离，可分为离子型和非离子型。离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性离子型。表l列出了抗静电剂的种类及其适用树脂。

其中，阳离子型抗静电剂的抗静电性能优良，但耐热性相对较差，而且对皮肤有害，因此一般用作外部涂敷型。阴离子型的耐热性和抗静电效果都比较好，但与树脂的相容性较差并对制品的透明性有影响。非离子型抗静电剂的相容性和耐热性能良好，对制品的物性无不良影响，但用量相对较大。两性离子型的最大特点是既能与阳离子型又能与阴离子型抗静电剂配合使用，抗静电效果类似千阳离子型，但耐热性能不如非离子型。高分子型目前尚未广泛使用，国外一般用作外部涂敷型抗静电剂。

3 抗静电剂的使用技术与作用机理

使用技术

根据添加方式不同，塑料抗静电剂的使用可分为外部涂敷法和内部混炼法两种。外部涂敷法即在塑料表面涂上一层抗静电剂，从而使其起到表面抗静电作用具体步骤是先用水、乙醇或醋酸乙酯等溶剂将抗静电剂配制成～浓度的溶液．然后直接喷涂、浸渍或涂剥塑料表面，再经室温或热空气干燥而形成抗静电涂层。该法的优点是操作简单，用量较少，并且不影响制品的成型加工性能。缺点是使用寿命较短．经过水洗或摩擦后，抗静电馀层容易脱落或消失，因此是一种暂时性的抗静电处理方法国外曾采用高分子型表面活性剂作为抗静电涂层，在一定程度上改善了塑料抗静电性能的持久性内部混炼法则是将抗静电剂与树脂经机械混合后再加工成型，抗静电剂分子由塑料内部向表面迁移，并在表面形成均匀的抗静电层。若表面的抗静电剂困水洗或擦落后，内部抗静电分子还可以移向表面，从而恢复其抗静电性能，因此又称为“永久性”抗静电剂，这种技术目前已被广泛采用。

作用机理

无论是外部涂敷法还是内部混炼法，塑料用抗静电剂的作用机理主要表现在两个方面：

一是在塑料表面形成导电层，从而降低其表面电阻率，使已经产生的静电荷迅速泄漏；

二是赋予塑料表面具有一定的润滑性，降低摩擦系数．从而抑制和减少静电荷的产生。

抗静电剂的作用效果与降低塑料表面电阻率之间有着直接的关系。由于抗静电剂中的亲油性基团与树脂有较强的亲和力，使其能渗透或扩散到树脂内部；而亲水性基团则在塑料表面形成导电层，或通过氢键与空气中的水分相结合，从而降低表面电阻率，加速静电荷的泄隔。极性较强的抗静电剂即使不吸附水分，也具有很好的导电性，因而具有持久的抗静电性能。表面活性剂系抗静电剂的亲油性基团和亲水性基团及其极性大小列于表2。

4 影响抗静电效果的因素

影响抗静电剂使用效果的因素有很多，除了其本身的分子结构外，还受塑料性能和环境条件等其它因素的影响，主要表现在以下几个方面。

抗静电剂与塑料的相容性

内部混炼型抗静电剂与塑料之问的相容性对塑料的抗静电效果有直接影响。相容性太好，由于分子间引力使抗静电剂分子迁移困难，增加用量又会影响到塑料的其它物性。相容性太差。抗静电剂容易析出塑料表面，造成渗出过剩，这不仅影响制品的外观和加工性能，而且缩短抗静电的有效期限。因此，在实际使用过程中．要求选用的抗静电剂与塑料之间具有适度的相容性，当塑料表面的抗静电剂被损耗完后，内部的抗静电分子又能及时渗出表面，从而恢复抗静电性能。

采用外部涂敷法时，若两者的相容性过好．则抗静电剂分子容易向塑料内部迁移．表面抗静电剂的含量相应减少，同样会降低塑料的抗静电作用效果。

抗静电剂和Mc尼龙相容性对抗静电剂分子向表面迁移有很大影响，相容性好，迁移性差，欲达到一定的表面浓度，必须增大添加量，应对尼龙其它方面的性能不利。摩擦会使表面抗静电剂分子层缺损，导致抗静电性下降，不利于实际应用。反之，如果相容性太差，则短时间内抗静电剂就会从表面大量渗出，出现“发汗”或“结霜”现象，使制品表面有油腻感，一旦表面被摩擦或洗涤后，则很快会失去抗静电能力。另外，抗静电剂的迁移性还受聚合物形态的影响，尼龙为结晶聚合物，播混到聚合物中的抗静剂分子应该存在子无定形区域内，呈分子分散状态。

Mc尼龙结晶度高，分子链排裂规整，不利于抗静电剂迁移，抗静电刺的添加量应大一些。磺酸盐抗静电剂与Mc尼龙有一定的相容性，同时迁移性适当，能满足抗静电要求，长期放置不“结霜”，受摩擦后，仍会恢复抗静电性。

塑料的玻璃化温度

塑料玻璃化转变温度(Tg)的高低直接影响到抗静电剂分子的迁移速度。当Tg低于室温时，由于链段分子的运动，使内部抗静电剂分子容易向表面迁移。如PE和PP等塑料的抗静电性能比较容易维持。对于Tg高于室温的塑料，如PS、PVC、ABS等，由于在室温条件下其链段分子已处于冻结状态，抗静电剂很难迁移到塑料表面。表3列出了不同Tg的塑料经水洗后抗静电性能的恢复情况。

塑料的结晶性

通常，内部混合型抗静电剂分子存在于塑料的非结晶部分，并且处于微胶粒状的混合状态．因此塑料的结晶性对抗静电剂分子的表面迁移也有很大影响．结晶度越高．表面迁移越困难，则抗静电效果越差。塑料结晶性对抗静电效果的影响见表4。

其它因素的影响

环境温度越高，塑料链段分子的运动越剧烈，有利于抗静电剂向表面迁移，则抗静电效果越好空气中的相对湿度越大．塑料的抗静电性能也越好．因此，如果在塑料表面附有一薄层水相，便能起到泄漏静电荷的作用此外，抗静电剂与塑料中其它助剂之间的相互作用也会影响其抗静电性能。如抗静电剂与润滑剂的同时加入，抗静电剂与无机阻燃剂的复合使用等必须考虑它们之间的相互影响。

一般认为，影响高聚物材料抗静电性能的主要因素是抗静电剂的表活性，添加量以及与树脂的相溶性等。为获得足够的表面抗静剂浓度，必须有相应的添加量。添加量过低，抗静电效果不明显J添加量过商会影响材料的物理机械性能，因此应找出一个能保持高抗静电性能的临界添加量。为较长时间保持抗静电性，应略高于临界添加量，以补充MC尼龙表面上{HotTag}抗静电前单分子层缺损。