1抗靜電劑的作用機理
抗靜電劑可以在材料表面形成導電層降低電阻形成導電網絡使電荷轉移,這樣就可以避免電荷滯留在材料表面形成靜電。另一方面,抗靜電劑還可潤滑材料表面、降低摩擦系數,從而抑制和減少靜電荷的產生[1]。
2抗靜電劑的種類及應用
目前實用的塑料抗靜電劑以表面活性劑和親水性高分子為主。
表面活性劑作為抗靜電劑使用時,要在材料表面形成抗靜電劑分子層。其分子的親油性基團植于樹脂內部,親水性基團則在空氣一側取向排列。前者使抗靜電劑和塑料保持一定的相容性,后者吸附空氣中的水分子在材料表面形成一層均勻發布的導電溶液,或自身離子化傳導表面電荷達到抗靜電效果[2]。
塑料抗靜電用的表面活性劑主要有以下品種[3]:
陽離子型:季銨鹽、胺鹽等;陰離子型:磷酸鹽、磺酸鹽等;
非離子型:多元醇、多元醇脂肪酸酯、聚氧化乙烯附加物等;
兩性型:季銨內鹽、丙胺酸鹽等。
表面活性劑可以用水、醇等溶劑配成溶液直接噴涂、浸漬或涂刷材料表面,脫除溶劑后形成抗靜電涂層。這種方法使用時以陽離子型表面活性劑效果最好。
但目前最常用的使用方法是將表面活性劑混配到樹脂中,并均勻分布在聚合物內。加工后,抗靜電劑分子會向外遷移,并形成抗靜電層。當表面的抗靜電層缺失或損壞時,內部的抗靜電劑分子可以繼續向外遷移補充,所以具有持續的抗靜電效果[4]。這種方法使用時非離子表面活性劑應用最多。
表面活性劑型抗靜電劑在使用過程中存在很多缺點,如抗靜電效果缺乏永久性、析出使表面變差、加工時受熱分解、對于溫度和濕度依賴性大等[5]。而用各種親水性聚合物作為抗靜電劑可以解決以上問題。將聚氧化乙烯(PEO)等作為導電單元的各種親水性聚合物加入到基體樹脂中形成合金可永久地保持抗靜電效果。這些含有導電單元的親水性化合物由于分子量較高而區別于低分子量的表面活性劑型抗靜電劑,稱為高分子型永久抗靜電劑[6]。
與塑料合金化的高分子抗靜電劑效果取決于其在樹脂中的分散程度和分散狀態。理想的分布狀態是抗靜電劑細微分布于基體樹脂中,其形狀呈筋狀或網狀,形成泄漏電荷的通路。這種分布狀態的實現,取決于高分子抗靜電劑和基體樹脂的相容性和加工條件。可選擇合適的相容劑來調整抗靜電劑分散的粒徑,通過控制剪切速率和加工溫度使母體成分和分散相有合適的粘度差。這樣控制的微區結構中,抗靜電劑形成良好的“導電路徑”。
除了添加到樹脂中加工成具有抗靜電效果的聚合物合金外,高分子抗靜電劑也越來越多地涂覆使用。如將包含季胺離子導電單元的聚合物作為塑料薄制品(片材、薄膜等)的涂層,呈現良好的抗靜電性。
已商品化的高分子型永久抗靜電劑有聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚體,聚醚酯酰胺(PEEA)、聚醚酯乙酰胺(PEAI)、聚氧化乙烯、環氧丙烷共聚合物(PEO-ECH)、PEGMA等。許多新的產品還在不斷出現。
3結束語
目前抗靜電劑的種類已很多,但隨著使用要求的變化,新的品種仍在不斷地研究和生產。國內在表面活性劑類抗靜電劑方面研究很多,研制開發取得一定進展[7～11]。但較之國外特別是美國、日本等國家[12～18]還有一定差距。近年,國外關于高分子抗靜電劑,特別是無須控制復雜加工條件、涂覆使用的高分子抗靜電劑的發展很快。隨著研究的深入、成本的降低、應用范圍的擴展,高分子型永久抗靜電劑將有廣闊的前景。
總之,隨著高分子材料的廣泛應用,抗靜電劑的需求也越來越大,成本和性能成為抗靜電劑推廣使用的決定因素。今后,抗靜電劑將向著低成本、持久、耐熱、適用性廣和品種系列化的方向發展。
