高分子型抗靜電劑的發(fā)展?fàn)顩r

高軍等

摘 要：介紹了高分子型抗靜電的特性與類別，闡述了其作用機(jī)理及影響其抗靜電性能的因素，分析了國內(nèi)外高分子型抗靜電劑的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：抗靜電劑；高分子；永久型

抗靜電劑是一類具有減少或抑制高分子材料靜電荷產(chǎn)生作用的化學(xué)添加劑。它是通過增加制品潤滑性或加速靜電荷泄漏，來達(dá)到抗靜電的目的?？轨o電劑作為塑料、橡膠的常用改性劑，其研究技術(shù)日益成熟，目前研究主要趨向于高性能、持久性方面。高分子型抗靜電劑由于具有永久抗靜電性，是近年來研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

1 高分子型抗靜電劑

1.1 高分子型抗靜電劑的特性與類別

高分子型抗靜電劑又叫永久抗靜電劑，是指抗靜電劑本身也是聚合物，一類親水或?qū)щ妴卧木酆衔铩Ｖ饕悇e有：季銨鹽型（季銨鹽與甲基丙烯酸酯縮聚物的共聚物、季銨鹽與馬來酰亞胺縮聚物的共聚物），聚醚型（聚環(huán)氧乙烷、聚醚酰胺、聚醚酰胺亞胺、聚環(huán)氧乙烷-環(huán)氧氯丙烷共聚物），內(nèi)銨鹽型（羧基內(nèi)銨鹽接枝共聚體），磺酸型（聚苯乙烯磺酸鈉），其它類型（高分子電荷移動結(jié)合體）[1]。高分子型抗靜電劑具有優(yōu)異的抗靜電性、耐熱性和抗沖擊性，不受擦拭和洗滌等條件影響，對環(huán)境濕度依賴性小，且不影響制品力學(xué)和耐熱性能，但添加量較大（一般為5%～20%），價格偏高，而且只能通過混煉的方法加入到樹脂中。可作為塑料、合成纖維外部用永久性抗靜電劑。

1.2 高分子型抗靜電劑的作用機(jī)理

高分子型抗靜電劑主要在母體中形成“芯殼結(jié)構(gòu)”，并以此為通路泄漏電荷。高分子型抗靜電劑作為一類內(nèi)添加型抗靜電劑，改善高分子材料的表面抗靜電性能的方式是采用與高分子基體共混；比起外抗靜電劑，高分子抗靜電劑與樹脂具有更好的相容性，在制品表層呈微細(xì)的層狀或筋狀分布，在中心部分呈球狀分布，即“芯殼結(jié)構(gòu)”，有助于釋放靜電荷，提高制品抗靜電性能。因此其技術(shù)關(guān)鍵是提高高分子型抗靜電劑在樹脂中的分散程度和狀態(tài)。

盧霜[2]選用了反應(yīng)型水溶性聚氨酯高分子永久型抗靜電劑DM-3723，通過浸軋法對聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維和聚酰胺纖維織物進(jìn)行抗靜電改性。研究發(fā)現(xiàn)，DM-3723可賦予滌綸和錦綸織物優(yōu)異的抗靜電性，并且手感富有彈性，豐滿度好，洗滌后仍能牢固吸附在織物表面。已有報(bào)道，在聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維中添加3%-5%的高分子永久型抗靜電劑，其表面電阻率就能降到1010Ω以下，且半衰期小于10s[3-4]。

2 影響高分子型抗靜電性能的因素

成型加工條件和與樹脂的相容性是決定高分子型抗靜電劑形態(tài)結(jié)構(gòu)的主要因素，而抗靜電劑與樹脂基體的熔融粘度差最直接的影響因素。高分子抗靜電劑受環(huán)境濕度影響小，影響其抗靜電作用效率的主要因素為微觀形態(tài)、成型工藝、與高分子材料的相容性等。

2.1 微觀形態(tài)

具有較高的極性高分子型抗靜電劑與極性較低的材料復(fù)合，相容性不佳且抗靜電效果差。如ABS樹脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）中加入抗靜電劑PEEA，應(yīng)使平均1個羧基基團(tuán)能夠與PEEA的酰胺基團(tuán)結(jié)合或生成酯，從而提高他們的相容性，進(jìn)而提高ABS樹脂的抗沖強(qiáng)度和改善層狀剝離問題。

2.2 成型工藝

其它條件一定時，合理的成型加工條件對材料的抗靜電性能也有顯著影響。在共混過程中抗靜電劑的濃度應(yīng)該低于塑料基體的濃度；在熔融加工成型時，抗靜電劑的粘度應(yīng)該大于材料的粘度，這有助于其更好地分散于基體中；由于受到高剪切力，在擠出加工成型時，應(yīng)該綜合考慮粘度和剪切力兩個因素。當(dāng)然，適宜的混料方式、加工溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及冷卻速率均有助于提高材料的抗靜電性能。

2.3 與高分子材料的相容性

抗靜電劑的抗靜電效果與其與高分子材料的相容性有很大關(guān)系，影響主要源于抗靜電劑的遷移作用[5]。高分子型抗靜電劑作為一種添加型抗靜電劑，與材料應(yīng)有適宜的相容性，若兩者相容性過好，基體樹脂對抗靜電劑的吸引作用增強(qiáng)，抗靜電劑在樹脂內(nèi)部向表面遷移的能力降低，最終影響抗靜電效果；而與材料的相容性太差，抗靜電劑會在材料表面析出，不僅制品外觀受影響，且難以達(dá)到長久抗靜電效果，甚至造成加工性能下降，成型困難[6]。如將抗靜電劑PEEA加入到聚烯烴塑料中時，應(yīng)同時加入相容劑與PEEA中的酰胺基團(tuán)發(fā)生接枝反應(yīng)。

其次，還有高聚物分子結(jié)構(gòu)、其它添加劑等的影響。

3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

高分子型抗靜電劑是目前國際上研究的重點(diǎn)，但還沒有得到廣泛應(yīng)用。在國外，已經(jīng)商品化的高分子型抗靜電劑并不少見。如汽巴精化的Iragastat P 系列的產(chǎn)品，其中Iragastat P 18適用于加工溫度低于220℃的制品，而Iragastat P 22適用于PP、HDPE、PS、PET、PBT等塑料。日本旭化成工業(yè)公司成功開發(fā)的牌號為Adion-A的ABS系永久型抗靜電塑料，是以聚乙二醇系聚酰胺作為永久抗靜電劑。Atofina公司的高分子永久型抗靜電劑Pebox 4011，適用于PVC、ABS、PS等樹脂。日本油墨公司采用聚二環(huán)氧甘油醚乙二醇酯，并添加堿金屬或堿土金屬作為永久抗靜電劑，能使尼龍6的電阻率降至108Ω·cm。

國內(nèi)能夠商品化的抗靜電劑比較少，高分子型抗靜電劑則更少。其中研究開發(fā)抗靜電劑比較有名的單位有杭州市化工研究所、上海助劑廠、重慶主機(jī)廠、山西省化工研究所、濟(jì)南市化工研究所。周向東等[7]將封端型水系聚氨酯抗靜電劑與相關(guān)助劑復(fù)配成了耐久型抗靜電整理液，抗靜電效果顯著且具有很好的持久穩(wěn)定性。

總的來說，國內(nèi)抗靜電劑特別是高分子型抗靜電劑的研究還處于發(fā)展階段，與發(fā)達(dá)國家尚有一定差距，因此應(yīng)在現(xiàn)有抗靜電劑研究基礎(chǔ)上加快新品種、新技術(shù)的研究進(jìn)程，開發(fā)抗靜電性能優(yōu)異、高效穩(wěn)定、用途廣泛的抗靜電劑，才能滿足我國各行各業(yè)不斷發(fā)展的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]張傳兆.異壬醇的發(fā)展現(xiàn)狀及市場分析[J].齊魯石油化工，2010，38（4）：341-345.

[2]盧霜.抗靜電劑DM-3723[J].印染，2009（11）：35-37.

[3]杭偉明，朱亞偉.滌綸和棉綸織物的抗靜電整理[J].紡織學(xué)報(bào)，2009，30（6）：86-89.

[4]宋會芬，高琳，梁繼月.丙綸紡粘非織造布抗靜電整理的工藝研究[J].合成纖維，2006（5）：18-21.

[5]田瑤珠，于杰，羅筑等.不同類型4種抗靜電劑在PE-HD中的應(yīng)用效果及機(jī)理分析[J].聚合物與助劑，2004（2）：32-37.

[6]梁玉蘭，周禮邦.抗靜電劑的合成及其在涂料中的應(yīng)用[J].廣東化工，1997（4）：26-28.

[7]周向東，李純清，桂陸軍.封端型水系聚氨酯抗靜電劑的研制及應(yīng)用[J].紡織學(xué)報(bào)，2003，34（4）：293-295.