抗靜電劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展化

1、抗靜電劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展1 .靜電的危害靜電是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷。一般來說，靜電會在正當(dāng)兩個(gè)物體的解出與分離、摩擦、變形以及離子附著等情況下產(chǎn)生。靜電的危害有很多，但大致可以分為兩種。1.1 靜電的第一類危害靜電的第一類危害來源于帶電體的相互作用。飛機(jī)機(jī)體與空氣、灰塵、水蒸氣等微粒摩擦?xí)r會使飛機(jī)帶電。若不及時(shí)采取措施，飛機(jī)的無線電設(shè)備將會失靈。在印刷廠靜電會使紙張粘合，極難分開，給印刷帶來麻煩。靜電也很容易吸附灰塵和油污造成產(chǎn)品污染。1.2靜電的第二類危害第二類危害是指由于靜電火花點(diǎn)燃易燃物發(fā)生爆炸。平時(shí)靜電產(chǎn)生的火花對人體基本無害，可是在空氣中充滿易燃?xì)怏w和粉塵時(shí)，電火花引發(fā)威力巨大的爆

2、炸。例如，手術(shù)臺上，麻醉劑主要成分為乙醴，靜電火花會引起麻醉劑的爆炸，傷害醫(yī)生和病人；在煤礦，則會引起瓦斯爆炸，會導(dǎo)致工人死傷，礦井報(bào)廢。2抗靜電劑的定義抗靜電劑是一類添加在樹脂或涂布于高分子材料表面以防止或消散靜電荷產(chǎn)生的化學(xué)添加劑?？轨o電劑自身沒有自由活動的電子，屬于表面活性劑范疇，它通過離子化基團(tuán)或極性基團(tuán)傳導(dǎo)或吸濕作用，構(gòu)成泄露電荷通道，達(dá)到抗靜電的目的。13抗靜電劑的作用機(jī)理常用的抗靜電的方法有兩種，第一種是增加產(chǎn)品的潤滑性，防止靜電荷產(chǎn)生，第二種是加快靜電荷的泄露。因此抗靜電劑的使用方法也有兩種，一種是涂刷、噴灑在產(chǎn)品表面,另一種是添加到生產(chǎn)材料的內(nèi)部。這兩種使用方法都可以提高材料

3、的電導(dǎo)率，并且對應(yīng)著兩種作用機(jī)理。1.1 外部抗靜電劑的作用機(jī)理通過鍵與空氣中的水分子結(jié)合，抗靜電劑的親水基在塑料表面形成一個(gè)單分子導(dǎo)電膜，能夠降低表面電阻，加快電荷的泄露。摩擦間隙中的介電常數(shù)高于空氣中的介電常數(shù)，使電場變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致產(chǎn)生的電荷減少。1.2 內(nèi)部抗靜電劑的作用機(jī)理在樹脂中添加足夠量的抗靜電劑時(shí)，樹脂表面會形成一層稠密的排列，親水基向著空氣一側(cè)形成導(dǎo)電層，表面濃度高于內(nèi)部。加工時(shí)，由于外界的作用可以使樹脂表面的抗靜電劑分子缺損，抗靜電性能下降，但與此同時(shí)，樹脂內(nèi)部的抗靜電劑會不斷滲出到表面，向表面遷移，補(bǔ)充缺損的抗靜電劑分子的導(dǎo)電層并且形成水吸附層，通過吸附層使電導(dǎo)率提高。另外

4、抗靜電劑的遷移性與樹脂的相容性有密切關(guān)系，相容性小的抗靜電劑遷移速度大。如果不相容，那么抗靜電劑就會很快從樹脂中滲出，破壞產(chǎn)品的表面。因此抗靜電劑與樹脂應(yīng)有適度的相容性。4 抗靜電劑的分類根據(jù)抗靜電劑的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)，可分為導(dǎo)電填料類抗靜電劑和表面活性劑型抗靜電劑兩種。對于表面活性劑型的抗靜電劑，按表面活性劑的分類方法又可以分為陽離子型、陰離子型、兩性離子型和非離子型。4.1 表面活性劑型抗靜電劑4.1.1 陽離子型抗靜電劑主要包括各種銨鹽、季銨鹽等，其中季銨鹽比較重要。陽離子抗靜電劑對高分子材料的附著力強(qiáng)，作為外部抗靜電劑使用性能優(yōu)良，但季銨鹽耐熱性差，容易發(fā)生熱分解。具有代表性的季錢鹽抗靜電

5、劑的品種有硬脂酰胺丙基-B-羥乙基-二甲基硝酸錢。4.1.2 陰離子型抗靜電劑主要包括烷基磺酸鹽、高級脂肪酸鹽、硫酸鹽、羧酸鹽、磷酸衍生物和聚合型陰離子抗靜電劑，應(yīng)用于化纖油劑、油品的抗靜電。代表性品種有二月桂基磷酸酯鈉鹽。4.1.3 兩性離子型抗靜電劑主要包括季胺內(nèi)鹽和烷基氨基酸等，在一定條件下可分別起到陽離子型和陰離子型抗靜電劑的作用，在一狹窄的PH值范圍內(nèi)于等電點(diǎn)處形成內(nèi)鹽。它們可以互相伍使用，也就是說兩性型抗靜電劑可以和陽離子型或陰離子型配伍。4.1.4 非離子型抗靜電劑這類抗靜電劑本身不帶電荷而且極性很小。主要包括多元醇脂肪酸酯、聚乙二醇酯或醛類、脂肪酸烷醇酰胺等化合物。4.2 導(dǎo)電

6、填料類抗靜電劑主要包括導(dǎo)電炭黑，炭纖維，金屬及金屬氧化物等。如將炭黑、炭纖維摻到高分子材料中可以得到抗靜電性和抗靜電持續(xù)性的材料，而且沒有滲出和起霜的問題。5 抗靜電劑的應(yīng)用抗靜電劑的應(yīng)用，按使用方法分可分為內(nèi)部用和外部用，按在使用方向分主要是高分子材料上的應(yīng)用。5.1 外部用抗靜電劑的應(yīng)用外部抗靜電劑在使用時(shí)，一般要求溶液的濃度小，濃度過高發(fā)粘也易吸塵。同時(shí)，為了使抗靜電效果持久，常在溶液中添加適量對于聚合物有浸融作用的溶劑。塑料用的外部抗靜電劑常使用附著力強(qiáng)、效果好的陽離子型和兩性離子型的表面活性劑，很少使用陰離子型和非離子型的；而纖維用的外部抗靜電劑則采用陰、陽離子型和非離子型。一個(gè)理想

7、的外部抗靜電劑應(yīng)滿足以下基本要求：（1） 與樹脂結(jié)合性好；（2） 在干燥寒冷的條件下抗靜電效果依舊較好；（3） 能在溶劑中溶解；（4） 不破壞產(chǎn)品表面（5） 無毒廉價(jià)。5.2 內(nèi)部用抗靜電劑的應(yīng)用目前，纖維多用外部抗靜電劑，而塑料制品則采用內(nèi)部抗靜電劑者較多。內(nèi)部抗靜電劑耐洗滌，耐磨，耐熱，抗靜電的效果比較持久，因而大量用以塑料加工中，其中聚乙烯與聚丙烯的用量最大，其次是苯乙烯類和氯乙烯樹脂。雖然抗靜電劑需要在有水分存在的情況下發(fā)揮最好的效果，但在塑料加工和成型的過程中往往不希望有水存在，因此在加工成型前應(yīng)盡可能除去抗靜電劑的水分，并進(jìn)行充分的干燥。理想的內(nèi)部抗靜電劑應(yīng)該滿足以下幾個(gè)要求：（1

8、） 與材料相容性比較好；（2） 耐高溫，加工中不分解；（3） 不破壞原有材料的性能；（4） 能與其它添加劑混合使用；（5） 廉價(jià)無毒。5.3 塑料用抗靜電劑塑料雖然導(dǎo)電性差，但是接觸或摩擦就會起靜電，所以必須添加抗靜電劑使表面電阻率降低。廣泛應(yīng)運(yùn)的地方，如醫(yī)療器械、電子儀器的塑料外殼等。5.4 纖維用抗靜電劑合成纖維的電阻率極大，摩擦產(chǎn)生靜電就會吸附灰塵。而合成纖維主要用于服裝生產(chǎn)，帶灰塵的纖維極大影響產(chǎn)品質(zhì)量。5.5 涂料用抗靜電劑這類抗靜電劑主要運(yùn)用于航空、油管、汽車等領(lǐng)域其特點(diǎn)是效果迅速、優(yōu)良、而且易溶于水、乙醇等溶劑中。5.6 橡膠用抗靜電劑橡膠中往往添加炭黑，加入炭黑可以使橡膠的抗靜

9、電性提高。但是橡膠用的抗靜電劑并不多。5.7 油品用抗靜電劑這類抗靜電劑具備良好的抗靜電的性能而且不溶于水，無乳化性，低溫溶解性好。例如油酸三乙醇胺鹽。5.8 紙用抗靜電劑這類抗靜電劑使用方法是采用表面施膠的辦法單獨(dú)涂布或與之配成的涂料一同涂布，再超級壓光。代表抗靜電劑有聚氧乙烯基醚磷酸酯鹽。6 新型抗靜電劑6.1 高分子永久型抗靜電劑所謂的永久性型抗靜電劑即高分子抗靜電劑，屬于親水性聚合物，是一類新型抗靜電劑在制品表層永久型抗靜電劑的分布主要是呈筋狀或微細(xì)的層狀，但在中心部分分布基本是球狀，即芯殼結(jié)構(gòu)，并以此作為泄露靜電荷的通路。6.2 鈦酸鉀晶須鈦酸鉀晶須具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)異的隔熱性、

10、耐磨性、紅外反射率高。其力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于玻璃纖維、碳纖維。對其表面進(jìn)行導(dǎo)電處理可得到導(dǎo)電性鈦酸鉀纖維，用于各種導(dǎo)電塑料制品，例如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)中的零部件。6.3 納米石墨石墨具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，利用納米技術(shù)制備納米石墨的微片與樹脂基體復(fù)合的抗靜電材料，既具有良好的電性能又具有優(yōu)異的力學(xué)性能。7 國內(nèi)外抗靜電劑最新進(jìn)展高分子型抗靜電劑是目前國際上研究的重點(diǎn)，然而并沒有得到廣泛應(yīng)用，國外已經(jīng)商品化的高分子型抗靜電劑并不少見。日本旭化成工業(yè)公司以聚乙二醇聚酰胺作為永久抗靜電劑。日本油墨公司采用聚二環(huán)氧甘油醚乙二醇，并添加堿金屬或堿土金屬作為永久抗靜國內(nèi)能夠商品化的抗靜電劑比較少，高分子型就更少了。

11、其中研究開發(fā)抗靜電劑有名的單位有杭州市化工研究所、上海助劑廠、山西省化工研究所等。代表產(chǎn)品有封端型水系聚氨酯抗靜電劑?？傮w來說，國內(nèi)抗靜電劑的研究還處于發(fā)展階段，與發(fā)達(dá)國家還有一定的差距。所以要在現(xiàn)有的抗靜電劑的研究基礎(chǔ)上加快新品種、新技術(shù)的研究進(jìn)程，開發(fā)性能優(yōu)異用途廣泛的抗靜電劑才能滿足我國各行各業(yè)的發(fā)展。8 抗靜電劑的發(fā)展趨勢光電技術(shù)的發(fā)展對抗靜電劑的發(fā)展提出了新的要求，除了具有抗靜電性外，應(yīng)該還有較好的力學(xué)性能。近年來一些刺激性大、含毒的有害溶劑正在被安全衛(wèi)生、低毒或無毒的產(chǎn)品取代，同時(shí)國外在抗靜電劑領(lǐng)域正在積極研究高分子永久型產(chǎn)品，這類產(chǎn)品抗靜電性能永久，且基本無毒，沒有表面析出，因此不會造成表面污染，是今后抗靜電劑領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于塑料抗靜電劑與塑料一起加工溫度較高，很多抗靜電劑會分解產(chǎn)生有害氣體，為了解決這個(gè)問題，必須研制高耐熱的抗靜電劑品種。參考文獻(xiàn)：1 李燕云,尹振晏.抗靜電劑綜述J.北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào),2003,11(1):28-33.2 高軍,吳劍.有機(jī)抗靜電劑的研究進(jìn)展J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015,(6):98.3 林湖彬.抗靜電劑新進(jìn)展J.科技創(chuàng)新家,2013,(12):132.4 蘭天宇,王雅珍