1抗靜電劑的作用機(jī)理
抗靜電劑可以在材料表面形成導(dǎo)電層降低電阻形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)使電荷轉(zhuǎn)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(rùn)滑材料表面、降低摩擦系數(shù),從而抑制和減少靜電荷的產(chǎn)生[1]。
2抗靜電劑的種類(lèi)及應(yīng)用
目前實(shí)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(shí),要在材料表面形成抗靜電劑分子層。其分子的親油性基團(tuán)植于樹(shù)脂內(nèi)部,親水性基團(tuán)則在空氣一側(cè)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(fā)布的導(dǎo)電溶液,或自身離子化傳導(dǎo)表面電荷達(dá)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(yáng)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(nèi)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(shí)以陽(yáng)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(shù)脂中,并均勻分布在聚合物內(nèi)。加工后,抗靜電劑分子會(huì)向外遷移,并形成抗靜電層。當(dāng)表面的抗靜電層缺失或損壞時(shí),內(nèi)部的抗靜電劑分子可以繼續(xù)向外遷移補(bǔ)充,所以具有持續(xù)的抗靜電效果[4]。這種方法使用時(shí)非離子表面活性劑應(yīng)用最多。
表面活性劑型抗靜電劑在使用過(guò)程中存在很多缺點(diǎn),如抗靜電效果缺乏永久性、析出使表面變差、加工時(shí)受熱分解、對(duì)于溫度和濕度依賴(lài)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(wèn)題。將聚氧化乙烯(PEO)等作為導(dǎo)電單元的各種親水性聚合物加入到基體樹(shù)脂中形成合金可永久地保持抗靜電效果。這些含有導(dǎo)電單元的親水性化合物由于分子量較高而區(qū)別于低分子量的表面活性劑型抗靜電劑,稱(chēng)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(shù)脂中的分散程度和分散狀態(tài)。理想的分布狀態(tài)是抗靜電劑細(xì)微分布于基體樹(shù)脂中,其形狀呈筋狀或網(wǎng)狀,形成泄漏電荷的通路。這種分布狀態(tài)的實(shí)現(xiàn),取決于高分子抗靜電劑和基體樹(shù)脂的相容性和加工條件。可選擇合適的相容劑來(lái)調(diào)整抗靜電劑分散的粒徑,通過(guò)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(qū)結(jié)構(gòu)中,抗靜電劑形成良好的“導(dǎo)電路徑”。
除了添加到樹(shù)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(lái)越多地涂覆使用。如將包含季胺離子導(dǎo)電單元的聚合物作為塑料薄制品(片材、薄膜等)的涂層,呈現(xiàn)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(huán)氧丙烷共聚合物(PEO-ECH)、PEGMA等。許多新的產(chǎn)品還在不斷出現(xiàn)。
3結(jié)束語(yǔ)
目前抗靜電劑的種類(lèi)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(chǎn)。國(guó)內(nèi)在表面活性劑類(lèi)抗靜電劑方面研究很多,研制開(kāi)發(fā)取得一定進(jìn)展[7～11]。但較之國(guó)外特別是美國(guó)、日本等國(guó)家[12～18]還有一定差距。近年,國(guó)外關(guān)于高分子抗靜電劑,特別是無(wú)須控制復(fù)雜加工條件、涂覆使用的高分子抗靜電劑的發(fā)展很快。隨著研究的深入、成本的降低、應(yīng)用范圍的擴(kuò)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(yīng)用,抗靜電劑的需求也越來(lái)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(fā)展。
