[摘要]摘要:闡述了抗靜電劑的種類、作用機理和選用原則,以及抗靜電劑在聚烯烴中的應用和國內最近的研究進展。提出了國內抗靜電劑研發的一些建議,今后應加強對高分子型抗靜電劑、復合型抗靜電劑 及抗靜電母料的研發。
關鍵詞:抗靜電劑聚烯烴復合抗靜電劑母料
聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)為代表的聚烯烴是 用途最廣泛的通用塑料。2003年聚乙烯和聚丙烯 的國內產量分別為4 110 kt和4 270 kt,同比年增 長率為15.3%和11.7%[1]。聚烯烴具有價格低、耐 水、化學穩定性好、成型加工容易的優點。但是聚 烯烴有很強的電絕緣性,體積電阻率均在1016～1020 Ω·㎝。目前,添加抗靜電劑是消除聚烯烴靜電最為常見的做法
抗靜電劑是塑料助劑中較常見的一種添加 劑。隨著塑料工業的不斷發展,抗靜電劑的產量 不斷增長。2003和2004年北美地區的抗靜電劑 市場以每年4%左右的幅度增長,大多用于電子 家電產品和食品包裝材料。未來幾年我國抗靜電 劑市場需求將以年均10%～15%的速度增長[2]。目 前國內生產能力不足,尤其是高性能新品種抗靜 電劑生產能力較少,不能滿足國內的需求。
1抗靜電劑在聚烯烴中的應用
1.1抗靜電劑的種類[3～5]
所謂抗靜電劑是指涂敷于材料表面或摻和在 材料內部,以防止減少靜電積累的助劑。根據使用方式的不同,分為外加型抗靜電劑和混煉型抗靜電劑。
外加型抗靜電劑的主要化學成份是表面活性 劑。使用前首先用適當的溶劑配制成0.5%～2.0% 濃度的溶液,然后通過涂布、噴霧、浸漬等方法使 之附著在聚合物制品的表面。應當指出,外加型抗 靜電劑在制品表面只是簡單的物理吸附,擦拭、水 洗后極易失去,使制品不再具有抗靜電效果,故而 屬于“暫時性抗靜電劑”。
混煉型抗靜電劑是在聚合物的加工過程中添加到樹脂內,成型后顯示良好的抗靜電性。混煉型 抗靜電劑與樹脂構成均一體系,抗靜電效果持久。 同時混煉型抗靜電劑要具有良好的耐熱性,在樹脂的加工溫度(100～300℃)下不分解、不揮發,并 且應具有與樹脂良好的相容性。
抗靜電劑的品種很多,主要是一些表面活性 劑。其中陽離子型抗靜電劑的抗靜電性能優異,耐 熱性較差,一般用于外部涂敷;陰離子型的耐熱性 和抗靜電效果都比較好,但與樹脂的相容性較差; 非離子型的相容性和耐熱性能良好,但用量相對大;兩性型抗靜電劑與陽離子型、陰離子型和非離 子型抗靜電劑具有良好的配伍性,它們對樹脂的 附著力較強,抗靜電效果顯著。
高分子型永久抗靜電劑是近20年涌現出的一種新型抗靜電劑,屬于親水聚合物。主要分為聚 醚類、季銨鹽類、磺酸鹽類和甜菜堿類。高分子型 抗靜電劑在基體樹脂中形成芯殼結構,并以此為 通路泄漏靜電荷;它主要以細微的層狀或芯狀形 態分布在制品的表面,而在中心部分較少且主要 以顆粒狀存在。決定該配合體系形態結構的主要 因素是成型加工條件和高分子型抗靜電劑與聚烯 烴的相容性[6]。
1.2抗靜電劑的作用機理[3,6～7]
外加型抗靜電劑一般以水、醇或其他有機溶劑 作為溶劑,配成一定濃度的溶液。在用溶液浸漬聚 合物時,抗靜電劑分子中的親油基吸附在聚合物表 面上,親水基則向外側均勻取向,吸收環境水分,形 成一個單分子的導電層,從而加速電荷的釋放。 混煉型抗靜電劑在制品加工中與樹脂均勻混 合,在使用或儲存中從制品內部均勻遷移至制品 表面。當聚合物配合體系處于熔融狀態時,在聚合 物熔體與空氣、金屬(加工機械或模具)的界面會形成抗靜電劑分子的取向排列,其中親水基伸向 熔體外部,親油基固定在熔體上,熔體固化后在制 品表面形成一個抗靜電劑的單分子層。
1.3抗靜電劑的選用原則[7]
理想的抗靜電劑既要具有時效性,又要具有 持久性,不同情況會有不同的要求,其中最基本的 原則是:
(1)熱穩定性。聚烯烴加工溫度一般在100～ 200℃,故要求抗靜電劑在制品加工溫度下或在反 復加熱過程中不會分解。
(2)與聚合物基體有合適的相容性。對于混煉 型抗靜電劑,如果與聚合物基體相容性差,就會絕 大部分從聚合物中遷移到基體的表面,抗靜電耐 久性差。
(3)不影響其他助劑的性能。在聚烯烴加工過 程中往往加入很多助劑,如熱穩定劑、抗氧劑、阻 燃劑、潤滑劑、著色劑等,因而抗靜電劑必須與其 他助劑有比較好的相容性。
(4)保證制品的各項性能。抗靜電劑不應該對 制品的機械性能有負面影響或影響盡可能小;抗 靜電劑也不應影響制品的透明度、著色性。
(5)無毒無臭,環境友好,有較高的衛生安全 性。
(6)不降低成型加工性和聚烯烴本身物性以 及二次加工性能,同時不腐蝕成型機械或模具。
(7)不會影響成型加工溫度,本身不發煙,不著色等。
1.4聚烯烴用抗靜電劑的應用
1.4.1國外情況
美國是世界上生產和消費抗靜電劑最多的國家,平均增長率高于全球平均增長水平。2003年日 本抗靜電劑使用量現已達到5 kt/a,預計將以1% 左右的增速持續增長。國外部分抗靜電劑生產廠 家及其產品類型見表1.
1.4.2國內情況
目前我國的抗靜電劑主要用于電子電器產品與食品包裝材料。國內的一些研究所、生產企業 相繼開發出多種類型的抗靜電劑,并逐漸向系列 化、多元化發展。用于聚烯烴的主要抗靜電劑品 種見表2。
2抗靜電劑在聚烯烴中的研究進展
2.1國外抗靜電劑的研究進展
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