肖同姊

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熱塑性彈性體(Thermoplastic Elastomer，TPE)作為一種聚合物材料，具有高強(qiáng)度、高回彈性、加工成型方式多（可注塑、擠出，吹塑等）、應(yīng)用范圍廣泛、環(huán)保無(wú)毒安全的特點(diǎn)，其用量與需求逐年上升。TPE在家用電器、汽車、電線電纜等方面的應(yīng)用增多，這對(duì)TPE的抗靜電性能提出了要求，針對(duì)TPE抗靜電技術(shù)的研究得到了關(guān)注。

1 抗靜電方法及技術(shù)

1.1 抗靜電方法

聚合物材料的抗靜電等級(jí)根據(jù)表面電阻的高低分為很好（表面電阻＜1010Ω）、好（表面電阻1010Ω～1011Ω）、一般（表面電阻1011Ω～1012Ω）、差（表面電阻＞1012Ω）四個(gè)等級(jí)[1]。根據(jù)加工方法和使用方式，抗靜電聚合物材料的制備主要有兩種方法，一種是將抗靜電成分涂在TPE制品表面，另一種是將抗靜電成分添加到材料中。外涂型抗靜電成分主要指將抗靜電劑噴涂、刷涂或浸涂在制品表面，它的特點(diǎn)是速效、工藝簡(jiǎn)單、適用面廣，缺點(diǎn)是抗靜電層易被磨損而降低或失去抗靜電效果。

1.2 添加型抗靜電成分的種類

內(nèi)部添加型的抗靜電成分主要包括導(dǎo)電材料和抗靜電劑。導(dǎo)電材料在高分子材料中的抗靜電機(jī)理是形成導(dǎo)電通路，主要包括金屬粉末、金屬短纖維、導(dǎo)電炭黑粉末、碳納米管、導(dǎo)電聚合物短纖維等[2-3]，但這些材料顏色深、密度大，應(yīng)用受到一些限制，另外添加量過(guò)多將對(duì)材料的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。導(dǎo)電炭黑粉末價(jià)格低，抗靜電效果好，經(jīng)濟(jì)效益也最大[4]，但由于炭黑固有的顏色使得它只能用于對(duì)顏色沒(méi)有特殊要求的制品中。目前應(yīng)用最多的是添加抗靜電助劑。

抗靜電劑主要分為離子型抗靜電劑、非離子型抗靜電劑、高分子永久型抗靜電劑。離子型抗靜電劑根據(jù)親水基離子的帶電性質(zhì)劃分為陽(yáng)離子型抗靜電劑、陰離子型抗靜電劑、兩性型抗靜電劑。陽(yáng)離子型抗靜電劑包括季銨鹽類化合物、胺類化合物、烷基咪唑啉類化合物、季磷鹽或季硫鹽類化合物等。其特點(diǎn)是對(duì)高分子材料的附著力強(qiáng)，常用作涂覆型抗靜電劑，也可以加入樹脂中使用；缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差。陰離子型抗靜電劑包括烷基磺酸鹽類化合物、磷酸鹽類化合物等，其特點(diǎn)是可兼做外潤(rùn)滑油使用，與熱穩(wěn)定助劑協(xié)同作用。兩性型抗靜電劑是同時(shí)含有陽(yáng)離子型和陰離子型抗靜電劑，其特點(diǎn)是對(duì)高分子材料附著力強(qiáng)，缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差[5]。

非離子型抗靜電劑包括脂肪酸多元醇酯、脂肪酸、烷醇酰胺、烷醇胺、磷酸酯類等。其特點(diǎn)是不具有電離性，抗靜電效果不如離子型，但熱穩(wěn)定性好，多為無(wú)毒或低毒性。

抗靜電劑一般由親油基和親水基組成，親油基緩慢遷移至聚合物基體中，親水基遷移至聚合物表層，表層的強(qiáng)極性親水基通過(guò)吸濕在聚合物表面形成導(dǎo)電水層，電荷產(chǎn)生后能迅速向空氣水分傳導(dǎo)?？轨o電劑的遷移速度受外部環(huán)境影響，一般情況下溫濕度越高，遷移速度越快。這種遷移型抗靜電劑的優(yōu)點(diǎn)是種類多，價(jià)格相對(duì)較低，缺點(diǎn)是析出后容易使制品表面噴霜，抗靜電效果不持久。針對(duì)抗靜電劑的缺點(diǎn)，研究者開發(fā)出了高分子永久型抗靜電劑。

高分子永久型抗靜電劑按作用機(jī)理可分為親水性高分子抗靜電劑、本征型導(dǎo)電高分子抗靜電劑。親水性高分子抗靜電劑是指分子內(nèi)含有聚環(huán)氧乙烷、聚季銨鹽結(jié)構(gòu)等導(dǎo)電性單元的高分子聚合物。其特點(diǎn)是與樹脂不相容，普通共混效果不好，所以利用聚合物合金化技術(shù)，提高其分散程度，在基體樹脂中形成“芯-殼”結(jié)構(gòu)[6]。本征型導(dǎo)電高分子抗靜電劑指具有共軛π鍵長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的高分子經(jīng)過(guò)化學(xué)或電化學(xué)摻雜后形成的材料。其特點(diǎn)是具有高分子的豐富結(jié)構(gòu)，可加工，密度小，還具有金屬的高電導(dǎo)率和半導(dǎo)體性質(zhì)。永久型抗靜電劑雖然效果持久，但普遍價(jià)格相對(duì)較高，且多依賴進(jìn)口。

2 抗靜電熱塑性彈性體的研究進(jìn)展

2.1 抗靜電聚氨酯

聚氨酯彈性體所用的抗靜電劑主要是季銨鹽類的陽(yáng)離子型表面活性劑，優(yōu)點(diǎn)是與聚氨酯的相容性適宜，具有較強(qiáng)的附著力，閃電高，毒性小，缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性稍差[7]。

陶帥等人研究了抗靜電劑DE-8A、碳納米管、導(dǎo)電炭黑對(duì)聚醚型聚氨酯彈性體抗靜電性能的影響，結(jié)果表明：（1）添加量為1．44%時(shí)，三種抗靜電助劑中DE-8A對(duì)聚氨酯彈性體的硬度影響不大，分散性最好，表明電阻最低（由1015Ω降至109Ω），拉伸強(qiáng)度降低不多；碳納米管使材料硬度略有上升，表面電阻降至1011Ω，拉伸強(qiáng)度降低不多；導(dǎo)電炭黑使材料硬度升高最多，表面電阻降至1010Ω，拉伸強(qiáng)度降低最多。經(jīng)對(duì)比，在1．44%添加量下，抗靜電劑DE-8A的綜合效果最好。（2）隨著抗靜電劑DE-8A的增加（添加量由0．8%至2．8%），材料的表面電阻呈急速下降趨勢(shì)，當(dāng)添加量為2．8%時(shí)，表面電阻達(dá)到108Ω。

2.2 抗靜電聚脲彈性體

陳酒姜等人[8]研究了四種抗靜電劑（陽(yáng)離子型固體抗靜電劑Cyastat-LS、陽(yáng)離子型液體抗靜電劑 TM、高分子型固體永久抗靜電劑 E-1016、高分子型液體永久抗靜電劑 E-1019）對(duì)聚脲彈性體表面電阻的影響，結(jié)果表明：隨著抗靜電劑添加比例的升高（1．5%-3%），聚脲彈性體表面電阻逐漸下降，其中陽(yáng)離子型液體抗靜電劑 TM和高分子型液體永久抗靜電劑 E-1019的抗靜電效果較好。選取抗靜電劑E-1019作為改良配方的研究對(duì)象，在調(diào)整聚脲彈性體配方后，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)配方的聚脲彈性體樣品經(jīng)120℃耐溫測(cè)試無(wú)氣泡、無(wú)脫落、表面電阻無(wú)變化，該樣品6個(gè)月后測(cè)試表面電阻，亦無(wú)變化。

2.3 抗靜電SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料

葉林忠等人[9]研究了鹽、金屬氧化物、一縮二乙二醇對(duì)SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料抗靜電性能的影響，結(jié)果表明：（1）加入3份的一縮二乙二醇以及30-60份的鹽，不僅對(duì)SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的抗靜電性能沒(méi)有改善，表面電阻始終維持在1012Ω，而且使材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度都降低；（2）加入3份的一縮二乙二醇以及30-60份的金屬氧化物，對(duì)SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的抗靜電性能也沒(méi)有改善，并且使材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度都降低；（3）加入3份的一縮二乙二醇以及20-60份的鹽與金屬氧化物的混合物，當(dāng)添加量超過(guò)40份，SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的表面電阻開始降低，當(dāng)添加量為80份時(shí)，材料的表面電阻降至6．2×108Ω，可見(jiàn)一縮二乙二醇/鹽/金屬氧化物的混合物改善了SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的抗靜電性能。但是同時(shí)，鹽/金屬氧化物的增加使SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度下降。

2.4 抗靜電NBR/PVC熱塑性彈性體

彭建崗等人[10]采用雙輥混煉塑化—平板硫化的方法，研究了導(dǎo)電炭黑用量、混煉次數(shù)、橡塑比等變量對(duì)NBR/PVC熱塑性彈性體復(fù)合材料性能的影響。研究表明：（1）當(dāng)NBR/PVC橡塑比為70/30或60/40，導(dǎo)電炭黑含量由14份增加到40份時(shí)，彈性體復(fù)合材料的邵爾硬度升高，拉伸強(qiáng)度沒(méi)有顯著提高或降低，斷裂伸長(zhǎng)率降低，表面電阻降低。當(dāng)導(dǎo)電炭黑含量超過(guò)22份，彈性體復(fù)合材料表面電阻顯著降低，當(dāng)導(dǎo)電炭黑含量超過(guò)30份時(shí)，表面電阻變化不顯著。（2）混煉次數(shù)對(duì)彈性體復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、邵爾硬度、表面電阻均沒(méi)有顯著變化。

3 展望

抗靜電劑的使用效果除了受環(huán)境溫度濕度影響，在基體樹脂中分散性、相容性也影響抗靜電效果。熱塑性彈性體的種類較多，但是具體針對(duì)一種彈性體進(jìn)行的抗靜電研究還有待繼續(xù)深入。