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抗静电剂在聚烯烃中的应用和研究进展


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  抗静电剂是塑料助剂中较常见的一种添加剂。随着塑料工业的不断发展,抗静电剂的产量不断增长。2003和2004年北美地区的抗静电剂市场以每年4%左右的幅度增长,大多用于电子家电产品和食品包装材料。未来几年我国抗静电剂市场需求将以年均10%~15%的速度增长[2]。目前国内生产能力不足,尤其是高性能新品种抗静电剂生产能力较少,不能满足国内的需求。

    1抗静电剂在聚烯烃中的应用

    1.1抗静电剂的种类[3~5]

    所谓抗静电剂是指涂敷于材料表面或掺和在材料内部,以防止减少静电积累的助剂。根据使用方式的不同,分为外加型抗静电剂和混炼型抗静电剂。

    外加型抗静电剂的主要化学成份是表面活性剂。使用前首先用适当的溶剂配制成0.5%~2.0%浓度的溶液,然后通过涂布、喷雾、浸渍等方法使之附着在聚合物制品的表面。应当指出,外加型抗静电剂在制品表面只是简单的物理吸附,擦拭、水洗后极易失去,使制品不再具有抗静电效果,故而属于“暂时性抗静电剂”。

    混炼型抗静电剂是在聚合物的加工过程中添加到树脂内,成型后显示良好的抗静电性。混炼型抗静电剂与树脂构成均一体系,抗静电效果持久。同时混炼型抗静电剂要具有良好的耐热性,在树脂的加工温度(100~300℃)下不分解、不挥发,并且应具有与树脂良好的相容性。

    抗静电剂的品种很多,主要是一些表面活性剂。其中阳离子型抗静电剂的抗静电性能优异,耐热性较差,一般用于外部涂敷;阴离子型的耐热性和抗静电效果都比较好,但与树脂的相容性较差;非离子型的相容性和耐热性能良好,但用量相对大;两性型抗静电剂与阳离子型、阴离子型和非离子型抗静电剂具有良好的配伍性,它们对树脂的附着力较强,抗静电效果显著。高分子型永久抗静电剂是近20年涌现出的一种新型抗静电剂,属于亲水聚合物。主要分为聚醚类、季铵盐类、磺酸盐类和甜菜碱类。高分子型抗静电剂在基体树脂中形成芯壳结构,并以此为通路泄漏静电荷;它主要以细微的层状或芯状形态分布在制品的表面,而在中心部分较少且主要以颗粒状存在。决定该配合体系形态结构的主要因素是成型加工条件和高分子型抗静电剂与聚烯烃的相容性 1.2抗静电剂的作用机理[3,6~7]

 
    外加型抗静电剂一般以水、醇或其他有机溶剂作为溶剂,配成一定浓度的溶液。在用溶液浸渍聚合物时,抗静电剂分子中的亲油基吸附在聚合物表面上,亲水基则向外侧均匀取向,吸收环境水分,形成一个单分子的导电层,从而加速电荷的释放。混炼型抗静电剂在制品加工中与树脂均匀混合,在使用或储存中从制品内部均匀迁移至制品表面。当聚合物配合体系处于熔融状态时,在聚合物熔体与空气、金属(加工机械或模具)的界面会形成抗静电剂分子的取向排列,其中亲水基伸向熔体外部,亲油基固定在熔体上,熔体固化后在制品表面形成一个抗静电剂的单分子层。
 
    1.3抗静电剂的选用原则[7]
 
    理想的抗静电剂既要具有时效性,又要具有持久性,不同情况会有不同的要求,其中最基本的原则是:
 
    (1)热稳定性。聚烯烃加工温度一般在100~200℃,故要求抗静电剂在制品加工温度下或在反复加热过程中不会分解。
 
    (2)与聚合物基体有合适的相容性。对于混炼型抗静电剂,如果与聚合物基体相容性差,就会绝大部分从聚合物中迁移到基体的表面,抗静电耐久性差。
 
    (3)不影响其他助剂的性能。在聚烯烃加工过程中往往加入很多助剂,如热稳定剂、抗氧剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂等,因而抗静电剂必须与其他助剂有比较好的相容性。
 
    (4)保证制品的各项性能。抗静电剂不应该对制品的机械性能有负面影响或影响尽可能小;抗静电剂也不应影响制品的透明度、着色性。
 
    (5)无毒无臭,环境友好,有较高的卫生安全性。
 
    (6)不降低成型加工性和聚烯烃本身物性以及二次加工性能,同时不腐蚀成型机械或模具。
 
    (7)不会影响成型加工温度,本身不发烟,不着色等。
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