引 言
塑料已经广泛地应用在生产生活中,它是一种电器绝缘性能良好的高分子材料,电阻率约在1010～1020Ω·ｃｍ范围内。但在作非电器绝缘材料使用时,其表面极易摩擦产生静电。静电会影响产品美观、损坏电子元件,甚至导致火灾、爆炸、电击等事故。通过在塑料中添加抗静电剂可以消除上述问题。
1 抗静电剂的作用机理
抗静电剂可以在材料表面形成导电层降低电阻形成导电网络使电荷转移,这样就可以避免电荷滞留在材料表面形成静电。另一方面,抗静电剂还可润滑材料表面、降低摩擦系数,从而抑制和减少静电荷的产生[1]。
2 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[2]。
塑料抗静电用的表面活性剂主要有以下品种[3]:
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[4]。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[5]。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(ＰＥＯ)等作为导电单元的各种亲水性聚合物加入到基体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[6]。
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(ＰＥＥＡ)、聚醚酯乙酰胺(ＰＥＡＩ)、聚氧化乙烯、环氧丙烷共聚合物(ＰＥＯ-ＥＣＨ)、ＰＥＧＭＡ等。许多新的产品还在不断出现。
3 结束语
目前抗静电剂的种类已很多,但随着使用要求的变化,新的品种仍在不断地研究和生产。国内在表面活性剂类抗静电剂方面研究很多,研制开发取得一定进展[7～11]。但较之国外特别是美国、日本等国家[12～18]还有一定差距。近年,国外关于高分子抗静电剂,特别是无须控制复杂加工条件、涂覆使用的高分子抗静电剂的发展很快。随着研究的深入、成本的降低、应用范围的扩展,高分子型永久抗静电剂将有广阔的前景。
总之,随着高分子材料的广泛应用,抗静电剂的需求也越来越大,成本和性能成为抗静电剂推广使用的决定因素。今后,抗静电剂将向着低成本、持久、耐热、适用性广和品种系列化的方向发展。 |
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