抗静电剂综述

抗静电剂综述摘要：在日常生活和生产中,许多材料在使用过程中容易产生静电积累,造成吸尘、电击,甚至产生火花后导致爆炸等恶性事故，由此人们迫切需要防止静电带来的危害。

本文主要介绍了抗静电剂的种类、应用和发展，阐述各种抗静电剂（如：尼龙用抗静电剂，聚氨酯塑料用抗静电剂等等）的机理和制备方法，通过文献学习各类抗静电剂的优缺点和其改性方向，最后展望抗静电剂的发展方向。

关键词：抗静电剂种类发展一：抗静电剂按分子中的亲水基能否电离,以及离子化特征可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型。

1.1阳离子型抗静电剂在目前的科研领域中,具备更多功能的季铵盐表面活性剂也已制备得到。

如棕榈酸酯季铵盐,为一种新型的阳离子抗静电剂。

首先进行棕榈酸双羟乙基胺基乙酯的合成:在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中,加入已称好的棕榈酸、三乙醇胺、苯及对甲苯磺酸,加热至150℃,回流反应十几个小时。

减压蒸馏收集产品。

季胺盐的合成:在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中,加入一定量的棕榈酸双羟乙基胺基乙酯及称好的氯乙醇和石油醚,回流反应几个小时,粗产物用丙酮和乙醇的混合物溶剂重结晶。

经棕榈酸酯季铵盐抗静电处理过的纤维,随抗静电溶液浓度的增加,试样的抗静电性能增强;到吸附接近饱和时,浓度的增加对抗静电性能影响不大。

此产品作为腈纶、涤纶、锦纶的抗静电剂,生产简单、无毒、易产业化,且具抗静电、匀染、柔软功能以及杀菌的新功能。

国内发展状况：国内的抗静电剂起步得较晚,由于塑料工业的发展,促进了各类抗静电剂的研发。

目前我国国内常用抗静电剂品种主要还是表面活性剂类产品,目前永久性抗静电剂则是研究的热门方向。

国外发展状况：从20世纪80年代以来,伴随着塑料制品的发展,各类抗静电剂也得到了长足的发展。

目前抗静电剂主要由美国、西欧和日本生产,而美国是世界上生产抗静电剂最多的国家。

目前国外的抗静电剂趋向于持久、耐热、低毒、适用性广和产品系列化发展。

1.2阴离子型抗静电剂在这类抗静电剂中，分子的活性部分是阴离子。

其中，阴离子多是烷基磺酸盐、烷基醋酸盐、烷基磷酸酷盐、烷基硫酸酷的钱盐、二硫代氨基甲酸盐、梭酸盐等;其阳离子通常是碱金属离子或碱土金属离子、氨、有机胺、氨基醇;其市场用量较小，工业化品种以烷基磺酸盐居多。

与其它抗静电剂配合使用时，往往对分子中的碳原子数有一定要求，但水溶性较好，易被洗除。

此类抗静电剂在聚氯乙烯、聚苯乙烯类高聚物中应用均获得满意的效果，尤其用于PVC时，兼作外润滑剂，在某些情况下可与热稳定体系产生协同效果，不会出现类似阳离子强酸根季钱盐损害热稳定性的影响。

但如果添加量过大时，应适当调整热稳定体系，以免导致不良效果。

另外作为合成纤维油剂组分，此类抗静电剂能赋予制品良好的抗静电性和柔软性。

1.3非离子型抗静电剂这类抗静电剂分子本身不带电荷而且极性很小。

通常非离子型抗静电剂具有一个较长的亲油基,与树脂有良好的相容性。

同时非离子型抗静电剂毒性低,具有良好的加工性和热稳定性,是合成材料理想的内部抗静电剂有聚乙二醇酯或醚类、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚等化合物。

此类化合物分子中,烷基链长以及极性集团的数量,对发挥最佳抗静电效果至关重要。

1.4两性型抗静电剂两性型抗静电剂既具有阳离子活性剂的作用，又具有阴离子活性剂的作用，并且能与这两种离子形成的表面活性剂配合使用，与高分子材料有较好的相容性。

两性型抗静电剂具有较好的高温性能，是优良的内加型抗静电剂。

二：高分子型抗静电剂高分子型抗静电剂是近年来出现的一类新型抗静电剂，它是用各种亲水性的聚合物和树脂合金化形成的永久性的抗静电剂，其主要特点如下:（1）不会降低塑料本身的机械性能和表面特性。

（2）热稳定性好，不影响成型制品的耐热。

（3）适用的树脂面广，在各种树脂中的分散性好（4）成型后能发挥高的抗静电性能。

2.1高分子永久性抗静电剂的设计采用共混、接技或合金化方法向高分子材料中添加少量的高分子永久性抗静电剂,其在材料内部分散性好,呈丝状或网状形态,不影响原有材料的机械和热性能、外观特性,以及特性,并能与阻燃剂共同使用。

因此,在抗静电剂的设计时应考虑以下三个方面:(1)微观的形态控制:高分子永久性抗静电剂具有较高的极性,要与极性较低的材料相容,如ABS树脂(丙烯晴、丁二烯、苯乙烯共聚物)中加入抗静电剂PEEA应使平均1个-COOH基团能同PEEA的酰胺基团结合或生成酯,这样可改进它们的相容性,提高ABS树脂的抗冲强度和改善层状剥离问题;(2)加工成形的条件:在熔融加工成形时,要求抗静电剂的粘度大于材料的粘度,以便于分散;相反挤出加工成形时,受到高剪切力,应选择抗静电剂在成形温度下的粘度及加工成形时的剪切力两个因素的综合;(3)使用相溶剂:当将抗静电剂PEEA加入到聚烯烃塑料中时,还应同时加入相溶剂如无水马来酸接技的聚丙烯,它可与PEEA中的酰胺基团发生接技反应。

2.2抗静电剂的使用技术与作用机理外部涂敷法即在高分子材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0.5%~2.0%浓度的溶液,然后直接喷涂、浸渍或涂刷材料表面,在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,且不影响制品的成形加工性能。

缺点是使用寿命较短,经过水洗或摩擦后,抗静电涂层容易脱落或消失,因此是一种暂时性的抗静电处理方法。

国外曾采用高分子活性表面活性剂作为抗静电涂层,在一定程度上改善了高分子材料抗静电剂的持久性。

无论是外部涂敷法还是内部混炼法,高分子材料用抗静电剂的作用机理主要表现在两个方面:一是抗静电剂在材料表面形成导电性的连续膜,即能赋予制品表面具有一定吸湿性与离子性的薄膜,从而降低表面电阻率,使已经产生的静电荷迅速泄漏,以达到抗静电的目的;二是赋予材料表面有一定的润滑性,降低摩擦系数,从而抑制和减少静电荷的产生。

三：尼龙用抗静电剂的制备与性能。

尼龙6是一类性能优异、用途广泛的工程塑料。

由于尼龙6的表面电阻一般在1014~1015Ω,导电性远小于金属,当与其它物质或材料表面接触或者摩擦以后容易积累大量静电荷。

因此,有必要对尼龙6进行抗静电改性,赋予其较低的电阻值,使表面电阻和体积电阻降至较低值,消除静电危害。

可以采用在材料表面喷涂抗静电剂和在加工时添加抗静电剂与材料共混挤出两种方法对尼龙6进行抗静电改性。

前者不耐洗涤,抗静电效果不持久;后一种方法对抗静电剂要求高,抗静电效果比较持久。

目前国内在后一种方法方面做的工作见诸报道的比较少。

国外有学者在含有醚键的聚合物内复合一定份量的金属盐溶胶,经研究证明可以增强聚合物的导电能力。

例如在聚乙二醇(PEG)上复合一定量的锂溶胶,使PEG的导电率有较大提高。

研究表明金属离子跟PEG内的醚键配合,在PEG内呈云状分布,形成离子导电网络,因此可提高导电率。

3.1抗静电剂制备：以氯化亚锡(SnCl2)为原料,无水乙醇为有机溶剂,在磁力搅拌作用下氯化亚锡可以完全溶解。

实验过程中,氯化亚锡与无水乙醇的物质的量之比为1∶15,然后在溶液中加入适量的氨水,并不断搅拌,调整氨水的用量,直至溶液发生充分的反应并形成溶胶。

将湿溶胶置于真空干燥箱中在70℃的条件下干燥8 h,得到松散的二氧化锡(SnO2)干溶胶粉末,密封保存。

把含醚键的聚(氧化丙烯-氧化乙烯)加入烧瓶中,加入适量无水乙醇为溶剂。

水浴加热到70℃,待其完全溶解至溶液透明时,加入一定量的SnO2干溶胶粉末,搅拌反应4~6 h。

蒸干溶液,放入真空烘箱烘24 h,取出磨成粉末,即制得抗静电剂,密封保存。

3.2抗静电剂中SnO2溶胶用量对尼龙力学性能的影响随着抗静电剂中SnO2溶胶用量的增加,尼龙6的拉伸强度和弯曲强度逐渐增加。

这可能是SnO2溶胶跟尼龙6基体树脂产生作用,增大了分子间作用力,导致拉伸跟弯曲时需要的作用力增大。

冲击强度随着抗静电剂中SnO2溶胶用量的增加而减小,这可能是SnO2溶胶用量的增加,部分SnO2溶胶聚集在一起,引起应力集中以及产生缺陷的几率加大所致。

随着抗静电剂中SnO2溶胶用量的增加,尼龙的熔体质量流动速率增大,说明加工性能变好。

因为SnO2溶胶相对分子质量小,本身的流动性好,均匀分散在尼龙6树脂中,促进了链段的运动;从而减小了熔体的粘度,使材料的流动性变好制备的抗静电剂在尼龙6的加工温度范围内稳定性良好,由此可知：（1）抗静电剂中SnO2溶胶与聚合物基体产生相互作用,形成配合结构。

（2）随着抗静电剂中SnO2溶胶用量的增加,体系的缺口冲击强度有所下降,拉伸强度和弯曲强度有所增大,熔融指数增大,流动性变好。

在实验范围内,样品性能符合使用要求。

（3）含50%SnO2溶胶的抗静电剂效果最好,添加3份该抗静电剂比空白尼龙的体积电阻下降三个数量级。

四：聚氨酯塑料用的抗静电剂聚氨酷塑料是绝缘体，因摩擦而产生的静电荷不易消失，静电荷的积聚会产生许多问题、甚至成为灾害。

为了降低聚氨酷制品的表面电阻，防止静电带来的危害，需要添加抗静电剂。

4.1聚氨酯抗静电剂的作用机理抗静电剂能够控制静电荷的产生或使静电荷尽快地泄漏。

抗静电剂一般应具有润滑作用和吸湿作用，降低塑料制品表面层的电阻，防止静电的危害。

抗静电剂是一种表面活性剂，其化学结构上有极性基团(亲水基)，还有非极性基团(亲油基)。

如果分子内亲水基部分与亲油基部分配合适宜，则抗静电剂与塑料有较好的相溶性，使其易于迁移到塑料制品的表面，形成抗静电剂的分子层。

因此抗静电剂的作用是:①在塑料表面形成光滑的抗静电剂分子层，降低制品的摩擦系数.减少因摩擦而产生的静电荷;②所形成的抗静电剂分子层是导电层，能使静电荷迅速逸散不聚集;③抗静电剂本身带有电荷，可产生电中和，从而消除静电。

五：影响抗静电剂抗静电效果的因素（1）抗静电剂与塑料的相容性极性影响：抗静电剂与塑料两者的极性之间应保持适当的平衡。

两者极性相近，即相容性较好，互相渗透也容易;极性差别大的则混合困难。

如果两者相容性不好，容易在表面分布不均匀，发粘或影响在表面上的印刷，在搬运中甚至留下指纹，从而影响塑料的表面质量及加工性。

（2）高分子溶液参数与分子结构有关的参数中，首先考虑的是玻璃化温度（Tg）。

塑料的玻璃化温度取决于高分子链内和链间的原子和分子的结构形态和它们之间的作用力。

在此温度下.高聚物分子呈冻结状态。

在此温度以上分子呈微布朗运动，加入其中的抗静电剂，借助于分子链段运动向表迁移。

玻璃化温度高的聚合物，抗静电剂很难向表面迁移而发挥作用。

所以在此情况下，应选极性差稍大的抗静电剂，适当增加用量，有时为了加快迁移还要加热处理，以尽快显示抗静电性。

（3）结晶状态PE、PP等结晶性塑料，当添加抗静电剂时，存在于高聚物的非结晶部分，则与抗静电剂进行掺混，借助于分子的链段运动向表面迁移。