教你认识抗静电剂

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• 发布日期：2011-4-22   点击：3609   

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    抗静电剂一般都具有表面活性剂的特征，结构上极性基团和非极性基团兼而有之。常用的极性基团（即亲水基）有：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的阴离子，胺盐、季铵盐的阳离子，以及-OH、-O-等基团，常用的非极性基团（即亲油基或疏水基）有：烷基、烷芳基等，从而形成了纤维工业常用的五种基本类型的ASA，即胺的衍生物，季铵盐，硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。ASA 当涂层用时，疏水基团吸附于材料表面，最外层形成一层ASA 的分子层； 

　　当采用共聚方法形成双组分纤维时，外部的ASA 分子层受到破坏，内部的ASA 便可以渗透到材料表面；材料表面有一个平滑的ASA 分子层，表面摩擦系数的降低使静电产生几率减少，但外用ASA 耐洗牢度不好，可考虑用反应性化合物与纤维在高温下形成共价键结合[11]。

抗静电机理

　　外用ASA 一般以水、醇或其它有机溶剂作为溶剂或分散剂，进行涂覆疏水基团附着于材料表面，向外排列的亲水基团吸收环境中的微量水分，因为水是高介电常数的液体而形成导电层，并且纤维中所含的微量电解质也一定程度地降低表面电阻；用于织物的ASA 多为饱和长碳链阳离子表面活性剂，因纤维表面呈负电性而容易被吸附形成湿气膜，这样材料摩擦间隙的介电常数也明显提高；如果ASA 为离子化合物时，本身便具有离子导电作用。 

危害

　　静电利与弊的利用和防止静电的危害很多，它的第一种危害来源于带电体的互相作用。在飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成聋子和瞎子；在印刷厂里，纸页之间的静电会使纸页粘合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里。 由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度；在放电视时荧屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃的薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低；就在混纺衣服上常见而又不易拍掉的灰尘，也是静电捣的鬼。 

　　静电的第二大危害，是有可能因静电火花点燃某些易燃物体而发生爆炸。漆黑的夜晚，我们脱尼龙、毛料衣服时，会发出火花和“叭叭”的响声，这对人体基本无害。但在手术台上，静电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人；在煤矿，则会引起瓦斯爆炸，会导致工人死伤，矿井报废。 

　　在二十世纪中期，随着工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用, 一方面，一些电阻率很高的高分子材料如塑料、橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化, 使得静电能积累到很高的程度, 另一方面，静电敏感材料的生产和使用, 如轻质油品, 火药, 固态电子器件等, 工矿企业部门受静电的危害也越来越突出, 静电危害造成了相当严重的后果和损失。曾使得造成电子工业年损失达上百亿美元，这还不包括潜在的损失。在航天工业，静电放电造成火箭和卫星发射失败，干扰航天飞行器的运行。在石化工业，美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆炸事故达116起。1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸以后，引起了世界科学家对静电防护的关注。我国近年来在石化企业曾发生30多起较大的静电事故, 其中损失达百万元以上的有数起。例如上海某石化公司的2000m3甲苯罐, 山东某石化公司的胶渣罐, 抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾爆炸事故。二次世界大战后许多工业发达国家都建立了静电研究机构。 

　　静电危害起因于静电力和静电火花，静电危害中最严重的静电放电引起可燃物的起火和爆炸。人们常说，防患于未然，防止产生静电的措施一般都是，改造起电强烈的工艺环节，采用起电较少的设备材料等。最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引人大地，避免静电积累。细心的乘客大概会发现；在飞机的两侧翼尖及飞机的尾部都装有放电刷，飞机着陆时，为了防止乘客下飞时被电击，飞机起落架上大都使用特制的接地轮胎或接地线； 以泄放掉飞机在空中所产生的静电荷。我们还经常看到油罐车的尾部拖一条铁链，这就是车的接地线。适当增加工作环境的湿度，让电荷随时放出，也可以有效地消除静电。潮湿的天气里不容易做好静电试验，就是这个道理。科研人员研究的抗静电剂，则能很好地消除绝缘体内部的静电。 

　　然而，任何事物都有两面性,对于静电,只要摸透了它的脾气，扬长避短，也能让它为人类服务。比如， 静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电除尘和港电分选技术等， 已在工业生产和生活中得到广泛应用。静电也开始在淡化海水，喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面大显身手，甚至在宇宙飞船上也安装有静电加料器等静电装置。 

分类

　　根据用法的不同，表面活性抗静电剂有两种，即外用的和内用的、外用的、或局部的抗静电剂是通过喷撒、擦搽或浸渍而施于聚合物的表面。这种外用抗静电剂虽然适用于多种聚合物，但它们的效力只是暂时的，事后与溶剂接触或与它物磨擦很容易失掉。内用抗静电剂则是在聚合物加工过程中掺合于其中。这样的表面活性抗静电剂能够补充因搬运处理而被磨蚀的抗静电功能。这种内用抗静电剂的作用有赖于喷霜。这里喷霜的意思是指加入于树脂中的内用抗静电剂部分地向聚合物表面迁移的过程。因此，内用抗静电剂具有长期的抗静电保护作用。 

　　表面活性抗静电剂可分为阳离子型的、阴离子型的和非离子型的。

阳离子抗静电剂

　　通常是些长链的烷基季按、磷或领盐，以氯化物作平衡离子。它们在极性基质中，如硬质聚氯乙烯和苯乙烯类聚合物中效果很好，但对其热稳定性有不良影响。这类抗静电剂通常不得用于与食物接触的物品中；而且抗静电效果仅为乙氧基化胺类之类内用抗静电剂的1／5到1／10。

阴离子抗静电剂

　　通常是些烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐，也是主要用于聚氯乙烯和苯乙烯类树脂中；它们在聚烯烃类树脂中的应用效果与阳离子抗静电剂相似。在阴离子抗静电剂中，烷基磺酸钠已广泛应用于苯乙烯系树脂、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯中。

非离子型抗静剂

　　如乙氧基化脂肪族烷基胺代表着最大的一类抗静电剂。它们广泛地应用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中。现在生产销售的有好几种乙氧基化烷基胺，其区别在于烷基链的长度和不饱和度的大小。乙氧基化烷基胺是很有效的抗静电剂，即使是在相对湿度低的情况下亦然，而且长期有效。这类抗静电剂已获联邦食品医药管理局批准，应用于与食品间接接触的物品中，其他商业上有价值的非离子型抗静电剂还有乙氧基化烷基酸胺，如乙氧基月桂酷胺，及甘油一硬脂酸酯（GMS）。乙氧基月桂酷胺适用于在湿度小的环境里使用的聚乙烯和聚丙烯，而且要求有速效长效的抗静电功能的场合。GMS类抗静电剂则只考虑用于加工过程中的静电保护。尽管GMS向聚合物表面迁移的速度快，但它不能像乙氧基化烷基胺或乙氧基化烷基酸胺那样发挥持久的抗静电作用。 

　　可以将高达75％的液体或低熔点的乙氧基化烷基肢和聚合物掺合制成浓缩母料，这些母料是自由流动的小球状产品，易于装运，而其混炼时易于分散。乙氧基化烷基胺母料的优点可归纳如下： 

　　（1）分散性好，添加了预分散活性材料。 

　　（2）装运性好，自由流动的小球状产品，易计量，易混合。 

　　（3）加工性能好，在挤出机中少有螺杆打滑。 

使用方法

　　抗静电剂的最佳选用和添加量取决于聚合物的性质、加工方式、加工条件、其他助剂的种类和多少、相对湿度和聚合物的最终用途。为了获得足够的抗静电作用所需的时间是不同的，抗静电保护作用的生成速度和持续时间可以通过提高抗静电剂的浓度而增加。但是，过量使用抗静电剂可能导致最终制品的表面油滑，有损于印刷性能或粘合性能。未经处理的无机填料和颜料，可将防静电剂分子吸附到它们的表面上，从而降低抗静电剂的作用。这种现象可以由增加抗静电剂的用量而得以补偿。但是，对于那些与食物接触的用品而言，抗静电剂的添加量必须符合联邦食品与药物管理局的规定 

　　用于聚乙烯时，选用何种乙氧基化烷基胺抗静电剂需考虑它们的物理形态，即膏状、液体、小颗粒或固体。如果乙氧基化牛脂胺因其呈膏状而不能处理，则可用液体的乙氧基化油胺。在高温加工的条件下（180℃以上），可以选用乙氧基化硬脂酞胺。如果需要速效抗静电作用，则可选用乙氧基化月桂酷胺。用于聚丙烯时，要考虑的问题与用于聚乙烯时相仿。无论用于哪种树脂，都必须考虑联邦食品与药物管理局的有关各项用途的规定限度。用于苯乙烯系聚合物时，建议选用乙氧基化椰子胺或其某一种适当的母料。 

混配与加工

　　一般情况下抗静电剂是在密炼机或挤出机中与颜料和其他助剂一起混配。从技术上讲，纯抗静电剂，如乙氧基化烷基胺，还有另外一个优点，那就是在液体注射成型过程中它可以熔融，从而起颜料母料分散剂的作用。抗静电剂母料可以直接加入到最终加工设备中去。内用抗静电剂的作用与最终制品的生产加工条件有很大关系。例如，注射成型制品的抗静电性能取决于模具的温度。通常，模具的温度较低时，抗静电剂迁移较快，从而改善抗静电性能。 

　　评价抗静电剂效果的测试方法有两个：表面电阻（率）法和静电衰变法；这两种方法都在广泛地使用。 

　　根据ASTMD257—78的定义，材料的表面电阻率是电势梯度与材料表面单位宽度上通过的电流之比，它原则上与试样的几何形状有关。将两个电极放置于塑料样品表面的同一侧，并给电极通过直流电；测量通过试样的电流，并计算电阻；然后把表面电阻率的测量结果用欧姆表示出来。 

　　根据联邦测试方法4046的定义，静电衰变是指感应电荷的放电速度。将试样（通常是薄板或薄膜）置于两个电极之间，电极与样品表面的距离为数毫米。一个电极接连于电源，另一个电极连接于电流表和记录器，由一个电极在样品表面上感应的电荷所引起的电场变化由另一个电极测量。抗静电样品将表现出感应电荷的衰变。衰变半衰期（以秒计）便是电荷由其最初值衰减一半所需的时间。 

　　另一个广泛应用于工业的标准测试方法是美国军用标准，专用于电子产品的包装。选择哪种合适的方法要看需要进行检测的塑料的最终用途。 

　　塑料本身的电阻率为1014欧姆，当按表亚所示的添加量加入抗静电剂时，电阻率可能会下降到1013至109欧姆。若欲进一步降低电阻率只能依靠改进导电性能，如使用导电炭黑。近期发展 

　　抗静电包装技术正在发展，以强调对环境的关切。广泛使用的乙氧基化烷基胺现在采用可多次利用的散装容器包装。供货商倾向于生产浓缩度更高的抗静电剂，到用户手里以后可根据加工需要进行稀释。这样做的目的是要减少固体废物的处理成本。通过开发高浓度抗静电剂，生产厂商可以一次装运较多的抗静电剂而减少需由用户处理的包装容器的数量。 

　　从技术上来看，很多的研究开发工作依然继续围绕着电子产品的包装市场。乙氧基化月桂酰胺，通常被视为无胺抗静电剂，常用于这一方面。乙氧基化月桂酷胺在吹塑LDPE和LLDPE薄膜方面的用量亦在增长，因为它在低湿度条件下的抗静电效果也较好。这种产品的浓缩物和母料也可以买到。乙氧基化硬脂酞胺（含完全饱和的18一碳烷基链）已经应用于双轴定向聚丙烯薄膜的生产，在这个生产过程中加工温度高，要求抗静电剂具有高度热稳定性