聚烯烃树脂(PP聚丙烯、PE聚乙烯)抗静电剂介绍
内容摘要
非离子抗静电剂在聚烯烃树脂中的运用，源于聚合物的体积电阻率较高，易积蓄静电，影响生产和产品使用以及其他意外事故的发生，而抗静电剂作为一类表面活性剂，在制品加工中与树脂混合均匀，在使用或储存中从制品内部均匀迁移至制品表面亲水吸湿，因而可以使静电及时泄漏。
关键词：非离子抗静电剂静电聚烯烃树脂功能母粒薄膜迁移亲水吸湿
ABSTRACT
Nonionic antistatic agent polyolefin resin application in polymer,from the high volume resistivity, easy savings electrostatic, affect production and product use and other accident's occurrence, and antistatic agent as a class of surfactants in products processing, with resin mixed use or stored in internal uniform from products migrated to a products hydrophilic moisture absorption, surface and can make electrostatic timely leakage.
KEY WORDS：nonionic antistatic agent electrostatic polyolefin resin function matrix thin film migration close water absorption
目录
1.非离子型抗静电剂 (1)
2.非离子型抗静电剂生产工艺 (2)
2.1胺醚类1802（乙氧基胺）抗静电剂工艺流程 (2)
2.2单甘酯类GMS抗静电剂的工艺 (2)
3.聚烯烃抗静电母粒 (2)
3.1聚烯烃树脂载体抗静电母粒 (2)
4.非离子抗静电剂的应用 (3)
4.1选用原则 (3)
4.2内添加型抗静电剂作用机理 (4)
4.3影响因素 (4)
4.3.1分子结构和特征基团性质及添加量 (4)
4.3.2基材树脂 (4)
4.3.3其它添加剂的影响 (5)
4.3.4加工过程的影响 (5)
4.3.5环境的影响 (5)
5.抗静电剂性能测试 (5)
5.1电荷的半衰期 (6)
5.2表面电阻 (6)
6.聚烯烃抗静电剂的研究进展 (6)
6.1国内外聚烯烃塑料中的复配技术 ..... 错误！未定义书签。
非离子抗静电剂在聚烯烃薄膜中的应用
聚烯烃树脂作为重要的合成材料之一，直接影响到国民经济的发展及国民消费水平的提高，尤其是与包装、农业、建筑、汽车、电气和电子等下游行业紧密相关。聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为代表的聚烯烃是用途最广泛的通用塑料。
但是聚烯烃有很强的电绝缘性，在现代工业生产及日常生活中，静电危害往往造成重大损失和灾难。防止聚合物表面产生静电的方法主要有空气离子化法、加湿法、金属接触放电法、辐射线法、导电物质导入法、表面形成吸湿膜法、化学处理变性法及应用抗静电剂等。
目前应用最多的抗静电方式是添加抗静电剂。抗静电剂是一种能防止产生静电荷，或能有效地消散静电荷的以表面活性剂为主体的化学添加剂。
抗静电剂英文名称是Antistatic agent，简称ASA。由于聚合物的体积电阻率一般高达1016～1020Ω·cm，易积蓄静电而发生危险，而抗静电剂多系表面活性剂，可使塑料表面亲合水分，离子型表面活性剂还有导电作用，因而可以使静电及时泄漏〔1〕。
任何物体都带有本身的静电荷，这种电荷可以是负电荷也可以是正电荷，静电荷的聚集使到生活或者工业生产受到影响甚至危害，将聚集的有害电荷导引/消除使其不对生产/生活造成不便或危害的化学品称为抗静电剂。
1.非离子型抗静电剂
非离子型抗静电剂主要有脂肪酸多元醇酯、烷醇胺、烷醇酰胺以及脂肪酸、脂肪醇和烷基酚的环氧乙烷的加成物等 , 其中应用最广泛的是前3种。抗静电效果不及离子型抗静电剂，热稳定性优异，与树脂加工行较好。（1）国内比较典型常见的非离子型抗静电剂，GMS单甘酯类（汽巴、禾大A129）；胺醚类如国内市场上脂肪胺聚氧乙烯醚，
高分子永久型抗静电剂是指分子内含有聚环氧乙烷链、聚季铵盐结构等导电性单元的高分子聚合物 ,包括聚环氧乙烷、聚醚酯酰胺、含季铵盐的 (甲基)丙烯酸酯共聚物和含亲水基的有机硅等 , 特点是抗静电效果持久 , 不受擦拭和洗涤等条件影响 , 对空气的相对湿度依赖性小 , 不影响制品的机械性能和耐热性能。有机硅高分子链因具有弹性的螺旋形结构 , 经处理后甲基向空气定向排列 , 可使织物获柔软、润滑和防水功能 , 但含亲水基的有机硅可抗静电（2）。
目前国内做永久抗静电剂的厂家屈指可数，主要都是进口来源，但是普遍面临价格高，添加量大（15-30%）等特点，主要适用高价值的高端产品，如精密仪器，化妆品类包装，打印机胶辊等。
2.非离子型抗静电剂生产工艺
2.1胺醚类乙氧基胺抗静电剂工艺流程
2.2单甘酯类GMS抗静电剂的工艺
这类抗静电剂的特点是使用后起效快，原因是分子量小，易从树脂中迁移到制品表面亲水吸湿；缺点是产品表面容易喷霜，即出油，影响外观以及产品使用，还有一个就是抗静电剂效果持久性差。目前进口的A129价格普遍偏高，二十多元，国内十几元，差距之大。其中的关键就是产品质量的控制，这涉及到配方以及工艺的控制。
喷霜问题：出油高，一方面是析出过快；另一方面是甘油成分过大。
持久差：C18低含量；一般，C18含量高，总胺值地，抗静电效果较好。
3.聚烯烃抗静电母粒
3.1聚烯烃树脂载体抗静电母粒
聚烯烃抗静电母粒属于功能母粒，一般以PP、PE树脂为载体，以一定量的抗静电剂做成。目前国内，高浓度母粒达到40%的比较罕见，一般都是30%以下，很大原因是，非离子抗静电剂熔点在50-70°C间，在挤出造粒时，温度高，加
之量大，本身粘度大，抗静电剂与树脂难以相容，易导致螺杆打滑，挤出不顺。
市场上的聚烯烃抗静电母粒，主要是采用酯类后者胺类的抗静电剂为主，因此母粒是油性的，但是添加一定的填充辅料，既可以降低成本，也可以降低母粒的出油，但是对防静电的效果有一定的影响。
4.非离子抗静电剂的应用
这个类型的抗静电剂，一般都是酯胺的简单复合，个别加了其他的功能物质，从而达到具有快速的起效以及优良的持久性。选用非离子抗静电剂，一般对产品透明度是没有影响，也是属于食品级的。
4.1选用原则
（1）经济型或高利润性具有较好的性价比或者高性能性以提供高附加值。
（2）加工性助剂的热稳定性。对设备无不良影响，不造成损伤，如酸性腐蚀。
剂型的选择，粉状或粒状，还有液态形式。比如架桥现象的产生主要是粒型的不统一造成的。
（3）对材料的物理机械性能无不良影响对其它助剂无不良影响，不能造成其它助剂的功能性下降。与其它助剂最好产生协同效果。助剂与树脂的相容性，包括结构相近、极性相近、分子量相近，利用偶联剂或相容剂，改善加工工艺如加工方式或工艺条件等来增加两者间的相容性。
（4）毒性和卫生性自身无毒及其在加工过程和使用过程中不产生有毒物质，无论是分解还是与有可能接触到的物质反应等。对环境无不良影响，环境包括人体工作环境、生活环境和自然环境。凡是不利于人类生存环境和自然环境的物质造成的直接危害或间接危害均属于此范畴。传统的非离子表面活性剂的水溶液多为乳化物。微生物的存在可致其腐败，导致有效成分减少。若表面活性剂自身具有抑菌性，则有效地解决了上述问题〔4〕。
4.2内添加型抗静电剂作用机理
通常在塑料加工过程中，抗静电剂和其他添加剂、颜料一起在混合设备中进行共混。采用预混（如在转鼓式混合器）的方法可以先将添加剂均匀地分散在塑料颗粒中。
在高分子材料成型过程中 , 当混合物处于熔融状态时 , 抗静电剂分子就在树脂的界面形成最稠密的取向排列 , 其中亲油基伸向树脂内部 , 亲水基伸向树脂外部。待树脂固化后 , 抗静电剂分子上的亲水基都朝向空气一侧排列 , 形成一个单分子导电层。在加工和使用中 , 经过拉伸、摩擦和洗涤等会导致材料表面抗静电剂分子层的缺损 , 抗静电性能也随之下降。但是不同于外涂敷型抗静电剂 , 经过一段时间之后 , 材料内部的抗静电剂分子又不断向表面迁移 , 使缺损部位得以恢复 , 重新显示出抗静电效果〔2〕。以上两种类型抗静电剂是通过吸收环境水分 , 降低材料表面电阻率达到抗静电目的 , 所以对环境湿度的依赖性较大。显然 , 环境湿度越高 , 抗静电剂分子的吸水性越强 , 抗静电性能就越显著。
热塑性塑料的加工主要采用复合型抗静电剂。抗静电剂的不断迁移可使塑料制品保持长期持续的抗静电效果。添加型抗静电剂品种和用量的确定和选择一般凭试验或经验作调整。几类最重要的常用内添加型抗静电剂及常用用量见表5。
表5 几种添加型抗静电剂在不同产品中的用量
4.3影响因素
4.3.1分子结构和特征基团性质及添加量抗静电剂的效果首先取决于它作
为表面活性剂的基本特性――表面活性。表面活性与分子中亲水基种类、憎水基种类、分子的形状、分子量大小等有关。
4.3.2基材树脂除表面活性剂的结构和性能外，抗静电性还与高聚物的结构、玻璃化温度、结晶性能、介电常数及表面性能等有关。表面性能中除表面形状、多孔性等以外，最主要的是表面能或表面张力。此外，基材树脂的结构、结晶度和取向度（伸长率）、密度、孔隙率对抗静电效果也具有较大影响。抗静电剂只能存在于高聚物的非晶区域，并在其中活动。聚合物分子链的规整性越好，
越容易结晶；结晶度越大，密度越大，则非结晶区越小，抗静电剂可活动的区域越小，致使其向外迁出困难。
对于聚烯烃，加入抗静电剂的LDPE在加工后很快就显现抗静电效果并达到平衡。HDPE呈现一定滞后，而PP则很慢才出现抗静电效果。
4.3.3其它添加剂的影响高聚物材料加工时，往往要添加一些稳定剂、颜料、增塑剂、润滑剂、分散剂或阻燃剂等助剂。这些添加剂与抗静电剂的相互作用也会对抗静电效果产生很大影响。
润滑剂通常能很快迁移到高聚物表面上，抑制了抗静电剂的转移。
增塑剂会增加大分子链间的距离，使分子运动更为容易，提高了高聚物的孔隙率，有利于抗静电剂向制品表面迁移发挥抗静电作用。
分散剂、稳定剂及颜料等无机添加剂，一般都有较强的吸附能力，使抗静电剂难以迁移到表面上，对抗静电剂的扩散迁移具有反作用，抗静电效果会变差。
4.3.4加工过程的影响聚合物制品的加工方式最终会影响制品中高分子链的规整程度、结晶度、结晶形态及有序化程度。若高聚物在熔融状态下成型后，立即在低于其玻璃化温度的室温下进行冷却，抗静电剂就很难扩散到制品表面，从而没有足够的抗静电效果。
4.3.5环境的影响加型抗静电剂发挥抗静电效果大多是靠吸附水作为离子的电离场所来进行导电，因此空气湿度的大小将对抗静电效果产生较大的影响。湿度的不同会带来抗静电性能的差异。在湿度较小（2％）的情况下，即使添加有抗静电剂，制品表面也不能形成具有相当厚度的电离水层，不能给抗静电剂提供充分的电离场所，也就无法体现抗静电效果〔5〕。
5.抗静电剂性能测试
从抗静电性能的检测和评价指标表面电阻率可用于区分抗静电材料和导电材料的区别，如表1所示：
表1 导电材料和抗静电材料的表面电阻率/Ω（23℃，RH50％）
目前就导电、抗静电材料的分界线说法不一，导电材料与静电消散材料之间的界限为105或106Ω，静电消散材料与抗静电材料之间的界限为108或109Ω，抗静电材料与绝缘材料之间的界限为1012或1013Ω。
国内目前的厂家做薄膜、注塑或者厚材等，多采用国产仪器，一般检测的效果均在10的8-10次方之间，有些甚至可以达到10的7次方，但是仪器还是存在不少误差的，只能作为一个判断依据，不可完全定性。
5.1电荷的半衰期
是指给定样品上的一个电荷寿命的一半。实验中选定一个电荷(如表所示）并测量它的电压降低到试验初电压一半时所花费的时间作为电荷的半衰期（在特定的温度和湿度下）。电荷半衰期越短，则塑料中和表面电荷的能力就越强。
5.2表面电阻
用来衡量聚合物导电能力有多差) 是流经聚合物表面的电流强度的度量。通过两个电极在塑料表面加载一定的电压，如果表面电阻越小，则抗静电性能就越好。
表面电阻 (欧姆)电荷的半衰期 (秒)等级<1010<1 很好1010 - 1011 1 - 10 好
1011 - 101210 - 60 一般>1012>60 差
6.聚烯烃抗静电剂的研究进展
目前国外聚烯烃的抗静电剂，价格还是比国内高不少的。国内的聚烯烃抗静电剂
技术已经成熟。但是在添加量以及达到的效果方面还是有一定的差距。在高端市场上，进口的抗静电剂还是有非常大的优势，但是价格也是高了几倍。普通的产品选用国产的抗静电剂还是很不错的选择。