抗静电剂的种类及应用

《抗静电剂的种类及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《抗静电剂的种类及应用（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、抗静电剂的种类及应用目前实用的塑料抗静电剂以表面活性剂和亲水性高分子为主。表面活性剂作为抗静电剂使用时 ,要在材料表面形成抗静电剂分子层。 其分子的亲油性基团植于树脂内部 ,亲水性基团则在空气一侧取向排列。前者使抗静电剂和塑料保持一定的相容性 ,后者吸附空气中的水分子在材料表面形成一层均匀发布的导电溶液 ,或自身离子化传导表面电荷达到抗静电效果。塑料抗静电用的表面活性剂主要有以下品种 : 阳离子型 :季铵盐、胺盐等 ;阴离子型 :磷酸盐、磺酸盐等 ; 非离子型 :多元醇、多元醇脂肪酸酯、聚氧化乙烯附加物等 ; 两性型 :季铵内盐、丙胺酸盐等。表面活性剂可以用水、醇等溶剂配成溶液直接喷涂、浸渍或

2、涂刷材料表面 ,脱除溶剂后形成抗静电涂层。这种方法使用时以阳离子型表面活性剂效果最好。但目前最常用的使用方法是将表面活性剂混配到树脂中 ,并均匀分布在聚合物内。加工后 ,抗静电剂分子会向外迁移 ,并形成抗静电层。 当表面的抗静电层缺失或损坏时 ,内部的抗静电剂分子可以继续向外迁移补充 ,所以具有持续的抗静电效果。这种方法使用时非离子表面活性剂应用最多。表面活性剂型抗静电剂在使用过程中存在很多缺点 ,如抗静电效果缺乏永久性、 析出使表面变差、 加工时受热分解、对于温度和湿度依赖性大等。而用各种亲水性聚合物作为抗静电剂可以解决以上问题。将聚氧化乙烯 ( )等作为导电单元的各种亲水性聚合物加入到基体

3、树脂中形成合金可永久地保持抗静电效果。这些含有导电单元的亲水性化合物由于分子量较高而区别于低分子量的表面活性剂型抗静电剂 ,称为高分子型永久抗静电剂。与塑料合金化的高分子抗静电剂效果取决于其在树脂中的分散程度和分散状态。理想的分布状态是抗静电剂细微分布于基体树脂中 ,其形状呈筋状或网状 ,形成泄漏电荷的通路。这种分布状态的实现 ,取决于高分子抗静电剂和基体树脂的相容性和加工条件。可选择合适的相容剂来调整抗静电剂分散的粒径 ,通过控制剪切速率和加工温度使母体成分和分散相有合适的粘度差。这样控制的微区结构中 ,抗静电剂形成良好的 “ 导电路径 ” 。除了添加到树脂中加工成具有抗静电效果的聚合物合金

4、外 ,高分子抗静电剂也越来越多地涂覆使用。 如将包含季胺离子导电单元的聚合物作为塑料薄制品 (片材、薄膜等 )的涂层 ,呈现良好的抗静电性。已商品化的高分子型永久抗静电剂有聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚体 ,聚醚酯酰胺 ( )、聚醚酯乙酰胺 ( )、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物 ( - )、等。许多新的产品还在不断出现李燕云 尹振晏 朱严瑾 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 1 。 如在纺织工业中合成纤维的生产和加工 ; 电子工业中各种静电敏感性元件的生产、 运输、 贮放 , 由于静电荷的积累往往会造成重大损失2

5、; 化工、炼油业、采矿业以及军事工业中 , 由各种非金属材料的应用而引起的静电积累所造成的危害也屡见不鲜 , 在美国塑料电子部件于贮运过程中废品率达 50%,损失高达 50 亿美元 ; 我国石化企业静电事故产生的损失高达百万元以上 , 所以静电的防治已经引起人们的重视。目前最常用且行之有效的方法是使用抗静电剂以降低材料的表面电阻率 , 目前抗静电剂的开发与应用已成为重要的课题。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消散静电荷产生的化学添加剂。 抗静电剂自身没有自由活动的电子 , 属于表面活性剂范畴 , 它通过离子化基团或极性基团的离子传导或吸湿作用 , 构成泄漏电荷通道 , 达

6、到抗静电的目的。 1 抗静电剂的分类及其特性抗静电剂按照使用方式可分为外部抗静电剂和内部抗静电剂两大类。 外部抗静电剂是把抗静电剂以一定浓度溶于醇或醇 - 醇混合溶液中 , 对塑料制品表面进行涂覆或浸渍 , 经过烘干或凉干抗静电剂牢固地结合在制品表面。使用时不影响聚合物的加工性能和物理机械性能 , 但因摩擦、洗涤或向聚合物内部迁移而逐步减少 , 因此 , 处理后抗静电效果难以持久。 内部抗静电剂是在聚合物材料加工前或加工中加入的 , 其分子分散在聚合物分子之间 , 表面的抗静电剂损失后 , 能及时迁移到制品表面 , 使其保持持久的抗静电效果。按照作用的耐久性又分暂时性抗静电剂和耐久性抗静电剂

7、; 按照抗静电剂的结构特征又可分为3: 无机盐类、表面活性剂、无机半导体、电解质高分子和有机半导体高聚物等 , 下面重点介绍表面活性剂抗静电剂。这类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 阴离子型抗静电剂=#page#= 在这类抗静电剂中 , 分子的活性部分是阴离子 , 其中包括烷基磺酸盐、硫酸盐、磷酸衍生物、高级脂肪酸盐、羧酸盐及聚合型阴离子抗静电剂等。其阳离子部分多为碱金属或碱土金属的离子、铵、有机胺、氨基醇等 , 广泛用于化纤油剂、油品等的抗静电剂。在塑料工业中 , 除了某些烷基磷酸酯、烷基硫酸酯及其胺盐用作外部抗静电剂外

8、, 一般较少用作内部抗静电剂使用。1.2 阳离子型抗静电剂阳离子型抗静电剂主要包括胺盐、季铵盐、烷基氨基酸盐等。其中季铵盐最为重要 , 抗静电性能优良 , 对高分子材料有较强的附着力 , 广泛用作纤维和塑料的抗静电剂。但是 , 有些季铵盐化合物热稳定性差 , 具有一定的毒性和刺激性 , 并且与某些着色剂和荧光增白剂反应 , 作为内部抗静电剂使用受到限制。1.2.1 季铵盐季铵盐是用叔胺与烷基化试剂通过季铵化反应来合成的。 通常的烷基化试剂有烷基卤化物如3、 3、 2= 2 , 芳香族卤化物如 6 5 2、 6 5以及硫酸二烷酯等。随着所使用的叔胺和烷基化试剂的不同 , 作为抗静电剂使用的季铵盐

9、品种很多 ,较重要的代表性品种有以下几类 : (1) 烷基叔胺氯化物 : 代表品种有硬脂酰三甲基氯化铵 ( 如 18), 硬脂酰二甲基戊基氯化铵 , 广泛作为纤维、织物的抗静电剂、柔软剂。(2) 烷基叔胺硝酸盐 : 代表品种有抗静电剂 , 是带有酰胺结构的阳离子季铵盐抗静电剂 , 广泛作为塑料的内、外抗静电剂 , 可用于聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、树脂、聚乙烯、聚丙烯和聚酯等多种塑料。(3) 烷基叔胺硫酸酯盐 : 代表性品种有 :( 月桂酰胺丙基三甲基铵 ) 硫酸甲酯盐 ( 美国氰胺公司 ) 、 , - 双 (2- 羟乙基 )- - (3 - 十二烷氧基 - 2 - 羟基丙基 ) 甲铵硫酸

10、甲酯盐( 美国氰胺公司 609) 、 三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐 ( 英国公司抗静电剂 ) 、 , - 十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐 ( 美国公司 ) 等。(4) 烷基叔胺磷酸盐 : 这类阳离子型抗静电剂有硬脂酰胺丙基二甲基 - - 羟乙基铵二氢磷酸盐 ( 美国氰胺公司 ) 。除了季铵盐之外 , 阳离子型抗静电剂还包括烷基胺、环胺、酰氨基胺的盐、咪唑啉盐乙基丙烯酰胺盐等。广泛的用作纤维的抗静电剂和表面处理剂。1.3 非离子型抗静电剂=#page#= 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

11、好的加工性和热稳定性 , 是合成材料理想的内部抗静电剂。 主要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 两性抗静电剂从广义上看两性型抗静电剂是指在抗静电剂分子结构中同时具有两种或两种以上离子性质的抗静电剂。日本丸茂秀雄等人对此类化合物抗静电剂做过广泛深入的研究 , 发表过许多论文和专著2 4 。通常 , 两性抗静电剂主要是指在分子结构中同时具有阴离子亲水基和阳离子亲水基这样一类的离子型抗静电剂。分子结构中的亲水基在水溶液中产生电离 , 在某些介质中表现为阴离子表面

12、活性剂特征 , 而在另一些介质中又表现为阳离子表面活性剂特征。此类抗静电剂与高分子材料有良好的相容性、 配伍性 , 以及较好的耐热性 , 是一类性能优良的内部抗静电剂。 具有两性型离子的化合物很多 , 但作为抗静电剂使用的主要有季铵羧酸内盐、咪唑啉金属盐等。1.5 高分子永久性抗静电剂 5 用各种亲水性聚合物作为抗静电剂 , 加入到基料树脂中可得到高分子聚合型永久性抗静电剂树脂 ,技术关键是提高永久性抗静电剂在树脂中的分散程度和状态 , 因为它是在母体中形成芯壳结构 ,并以此为通路泄漏静电荷。永久性抗静电剂以微细的层状或筋状形态主要分布在制品表面 , 而在中心部分较少且主要以颗粒状存在。 决定

13、形态结构的主要因素是成形加工条件和与母体树脂的相容性 , 最直接的影响因素是母体与永久性抗静电剂的熔融粘度差或粘度比 , 它常以剪切速率和加工温度控制。根据电荷状态 , 永久性抗静电剂可分为阳离子型、 阴离子型和非离子型 , 抗静电能力依次减小。 环氧乙烷及其衍生物的共聚物研究最早 , 也是目前商品化的主要品种 , 已广泛应用的有 : 聚环氧乙烷( ), 聚醚酯酰胺及聚醚酯酰亚胺 ( ) 等。1.5.1 高分子永久性抗静电剂的设计 6 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

14、特性 , 以及光学特性 , 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 , 如树脂 ( 丙烯晴、丁二烯、苯乙烯共聚物 ) 中加入抗静电剂应使平均 1 个 - 基团能同的酰胺基团结合或生成酯 , 这样可改进它们的相容性 , 提高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 ;

15、(3) 使用相溶剂 : 当将抗静电剂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 , 它可与中的酰胺基团发生接技反应。=#page#= 1.5.2 高分子永久性抗静电剂的市场开发高分子永久性抗静电剂的市场开发潜力很大 , 以日本为例 , 三洋化成工业公司的聚醚型高分子永久性抗静电剂 , 是一种本体聚合物 , 主要用于树脂、 丙烯酸树脂、 尼龙中均有较好的相容性 ;日本三菱公司已开发出专门用于聚碳酸酯的聚酯合金作为永久性抗静电剂 , 相容性和抗静电性优良 , 透明性也较好。 2 抗静电剂的使用技术与作用机理高分子材料中所使用的抗静电剂 , 根据添加方式的不同分为外部涂敷法和内部混炼法两种。2.1 抗静电剂的使用技术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