| 抗靜電劑在功能母粒中的應用 | |||||||||||||||||
| 發布者：admin 發布時間：2017/5/1 閱讀：6619次 | |||||||||||||||||
抗靜電劑在功能母粒中的應用 王曉霞 王愛芹 郭路東 孫風鵬 孟凡剛 王立偉 （淄博海曼拓邦化工科技有限公司 山東 淄博 255400 濱州市聚力化工有限公司 濱州 博興 256500）
摘要：在現代工業生產及日常生活中，靜電危害往往造成重大損失和災難。防止聚合物表面產生靜電的方法主要有空氣離子化法、加濕法、金屬接觸放電法、輻射線法、導電物質介入法、表面形成吸濕膜法、化學處理變形法及應用抗靜電劑法等。其中，主要應用于塑料制品使用過程中的是摻入導電物質和添加抗靜電劑。加入的導電物質一般為金屬粉或金屬短纖維、導電炭黑、導電聚合物短纖維等，能使制品具有良好的導電性（表面電阻率<106Ω）或抗靜電性（表面電阻率<106~108Ω之間）。金屬化合物的抗靜電效果較好，但是價格較高，普通制品接受不了。 目前應用最多的抗靜電方式是添加抗靜電劑。抗靜電劑是一種能防止產生靜電荷，或能有效的消散靜電荷的以表面活性劑為主體的化學添加劑。現代主要使用的抗靜電劑可以根據表面活性劑的種類分為陽離子、陰離子和非離子化合物，以及外部抗靜電劑。陽離子化合物的活性分子部分通常包括一個含有長鏈烷基的大體積陽離子（季銨鹽，磷酸鹽或硫酸鹽）。陰離子化合物中的活性分子部分是陰離子，大多數是硫酸烷基、羧酸鹽、磷酸鹽、二硫化氨基甲酸鹽。堿金屬也經常做為陽離子化合物應用在塑料行業中。非離子化合物主要是指具有很低的極性的不帶電的表面活性分子。已經被市場驗證和廣泛使用的有，聚乙二醇酯或醚、脂肪酸酯或乙醇酰胺、單-或甘油二酯或乙氧基脂肪胺。外部抗靜電劑主要通過水或醇溶液沉積到表面上。陽離子化合物和陰離子化合物在使用過程中，會降低聚合物的熱穩定性并且與非離子化合物相比，要采用5-10倍的添加比例才能具有抗靜電效果，所以現在市面上存在的內添加型抗靜電劑已經大部分是非離子化合物。由于非離子化合物的產品的外觀狀態是液體或者具有低軟化點的蠟狀固體。對于塑料制品的生產廠家，很難直接把非離子化合物直接混料直接吹膜、注塑、擠出。在市場上，大部分抗靜電劑是以功能母粒的形式被大家使用的。
關鍵詞：陽離子化合物 陰離子化合物 非離子化合物 表面活性劑 長效抗靜電劑 永久抗靜電劑 外部抗靜電劑
一．抗靜電劑的作用機理
階段1.薄膜在擠壓工程中，抗靜電劑均勻分布在薄膜里面； 階段2.數小時或數天后，抗靜電將覆蓋在表面； 階段3.抗靜電劑產生的親水頭與空氣接觸，從周圍的空氣中吸收水分而起到抗靜電的效果。
二．導電材料和抗靜電材料的表面電阻率的區別
從抗靜電性能的檢測和評價指標表面電阻率可用于區分抗靜電材料和導電材料的區別，如表所示： 表1.導電材料和抗靜電材料的表面電阻率/Ω(23℃,RH50%)
三. 永久性抗靜電劑
永久性抗靜電劑，抗靜電性能相對較好且穩定持久。基礎樹脂與永久性抗靜電劑之間以合金形式共混，細微而均勻地分散成線狀或網狀“導電網格”。親水性聚合物（或其共聚物）與基體高分子組成的共混體系的結構狀態發現，親水性聚合物在特殊相容劑存在下，經較低的剪切力拉伸后，在基體高分子表面呈微細的筋狀，即層狀分散結構，而中心部分則接近球狀分布。這種“蕊殼”結構中的親水性聚合物的層狀分散狀態能有效地降低共混物表面電阻，并且具有永久抗靜電性能。 永久型抗靜電劑可分為離子型和聚醚型兩類。離子型是通過高分子化學反應將小分子鹽類引入高分子側基得到的，如季銨鹽型和磺酸鹽型。聚醚型如PEG型，包括聚酰胺或聚酯酰胺的聚氧乙烯醚體系，甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物等；與低分子量的表面活性劑類抗靜電劑相比，永久型抗靜電劑具有抗靜電性能持久，對空氣的相對濕度依賴性小，對制品的表面性能影響小等優點。具有良好的永久性和及時性，并且能夠在低濕度環境下也具有良好的抗靜電效果。
四．影響抗靜電效果的因素
1.分子結構和特征以及基團性質 抗靜電劑的效果首先取決于它作為表面活性劑的基本特征--表面活性。 表面活性與分子中親水基種類、憎水基種類、分子的形狀、分子量大小等有關。當抗靜電劑分子在界面上作定向吸附時，不僅與基體的性質有關，而且還與表面活性劑的性質有關。根據極性相似規則，表面活性劑分子的碳氫鏈部分傾向與高分子鏈段接觸，極性基團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分子會結合更多的水，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。 通過質子置換，也能發生電荷轉移。含有羥基或氨基的抗靜電劑，可以通過氫鍵連成鏈狀，在較低的濕度下也能起作用。
2.添加量的影響 抗靜電劑的添加量視制品用途而異。 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越低。不同結構的抗靜電劑添加量不同，并且隨著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械性能。薄片、片材等薄制品的添加量較少，厚制品的添加量則相對較多。
3.高聚物的結構、玻璃化溫度等的內在特征影響 基材樹脂除表面活性劑的結構和性能外，抗靜電性還與高聚物的結構、玻璃化溫度、結晶性能、介電常數及表面性能等有關。表面性能中除表面形狀、多孔性等以外，最主要的是表面能或表面張力。 此外，基材樹脂的結構、結晶度和取向度（伸長率）、密度、孔隙率對抗靜電效果也具有較大影響。抗靜電劑只能存在于高聚物的非晶區域，并在其中活動。聚合物分子鏈的規整性越好，越容易結晶；結晶度越大，密度越大，則非結晶區越小，抗靜電劑可活動的區域越小，致使其向外遷出困難。對于聚烯烴，加入抗靜電劑的LDPE在加工后很快就顯現抗靜電效果并達到平衡。HDPE呈現一定滯后，而PP則很慢才出現抗靜電效果。 高聚物的玻璃化轉變溫度會直接影響抗靜電劑分子向表面遷移。玻璃化溫度低的高聚物，在室溫下其鏈段能“自由”運動。這種運動能促進鏈段周圍的抗靜電分子遷移至表面。玻璃化溫度高的高聚物，在室溫下鏈段處于“凍結”狀態，不利于抗靜電分子遷移。
4.環境的影響 添加型抗靜電劑發揮抗靜電效果大多是靠吸附水作為離子的電離場所來進行導電，因此空氣濕度的大小將對抗靜電效果產生較大的影響。
表2.低密度聚乙烯中抗靜電劑的作用效果隨濕度的變化關系
5.其他添加劑的影響 高聚物材料加工時，往往要添加一些穩定劑、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生很大影響。例如：陰離子型穩定劑會與陽離子型抗靜電劑形成復合物，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移。
抗靜電劑與各種添加劑的影響大小，事先很難猜測，目前大多數是通過實驗來選用最合適的抗靜電劑和用量。
五．海曼拓邦推出的抗靜電劑HT-090系列產品 陽離子化合物和陰離子化合物因為降低了聚合物的熱穩定性，它們的應用還是很有限的。 海曼拓邦推出的抗靜電劑HT-090系列產品屬于非離子化合物。非離子化合物由于極性低，這類化合物是聚乙烯或聚丙烯的理想抗靜電劑，因為它們的相容性很好。由于聚乙烯和聚丙烯的型號不同，它們的密度、結晶度及形態不同，可以通過調整烷基鏈的長度及羥基或醚基的數目來選擇每一個抗靜電劑的最佳化學結構，所以在具體的塑料中的抗靜電劑都具有高效率。 表3.應用對比
結論： 海曼拓邦HT-090系列抗靜電劑產品，由于該抗靜電劑非極性鏈段的長度適合，粘度低，極性基團的活性強，抗靜電分子不容易局部富集，同時在加工過程中的高溫和高壓環境下，不容易增加抗靜電劑分子的動能，分子間相互碰撞的機會少，降低了在非晶間內締合成由親水的極性基團構成內核，親油基和烴基構成外層的逆膠束，能較快的到達臨界濃度。一般在制品中添加本品0.2~3%則能達到優良的抗靜電效果。是目前為止使用效果較好的抗靜電劑之一。
參考文獻：塑料添加劑手冊/[德]R.根赫特 H.米勒主編；成國祥 姚康德等譯—北京：化學工業出版社，2000 P611-P616
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