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抗静电剂在功能母粒中的应用
  发布者:admin 发布时间:2017/5/1 阅读:2856

        抗静电剂在功能母粒中的应用                王晓霞 王爱芹 郭路东 孙风鹏  孟凡刚  王立伟

                  (淄博海曼拓邦化工科技有限公司 山东 淄博 255400

          滨州市聚力化工有限公司  滨州 博兴   256500

摘要:在现代工业生产及日常生活中,静电危害往往造成重大损失和灾难。防止聚合物表面产生静电的方法主要有空气离子化法、加湿法、金属接触放电法、辐射线法、导电物质介入法、表面形成吸湿膜法、化学处理变形法及应用抗静电剂法等。其中,主要应用于塑料制品使用过程中的是掺入导电物质和添加抗静电剂。加入的导电物质一般为金属粉或金属短纤维、导电炭黑、导电聚合物短纤维等,能使制品具有良好的导电性(表面电阻率<106Ω)或抗静电性(表面电阻率<106~108Ω之间)。金属化合物的抗静电效果较好,但是价格较高,普通制品接受不了。

目前应用最多的抗静电方式是添加抗静电剂。抗静电剂是一种能防止产生静电荷,或能有效的消散静电荷的以表面活性剂为主体的化学添加剂。现代主要使用的抗静电剂可以根据表面活性剂的种类分为阳离子、阴离子和非离子化合物,以及外部抗静电剂。阳离子化合物的活性分子部分通常包括一个含有长链烷基的大体积阳离子(季铵盐,磷酸盐或硫酸盐)。阴离子化合物中的活性分子部分是阴离子,大多数是硫酸烷基、羧酸盐、磷酸盐、二硫化氨基甲酸盐。碱金属也经常做为阳离子化合物应用在塑料行业中。非离子化合物主要是指具有很低的极性的不带电的表面活性分子。已经被市场验证和广泛使用的有,聚乙二醇酯或醚、脂肪酸酯或乙醇酰胺、单-或甘油二酯或乙氧基脂肪胺。外部抗静电剂主要通过水或醇溶液沉积到表面上。阳离子化合物和阴离子化合物在使用过程中,会降低聚合物的热稳定性并且与非离子化合物相比,要采用5-10倍的添加比例才能具有抗静电效果,所以现在市面上存在的内添加型抗静电剂已经大部分是非离子化合物。由于非离子化合物的产品的外观状态是液体或者具有低软化点的蜡状固体。对于塑料制品的生产厂家,很难直接把非离子化合物直接混料直接吹膜、注塑、挤出。在市场上,大部分抗静电剂是以功能母粒的形式被大家使用的。

关键词:阳离子化合物 阴离子化合物 非离子化合物  表面活性剂 长效抗静电剂 永久抗静电剂 外部抗静电剂

 

 

一.抗静电剂的作用机理                      

 

阶段1.薄膜在挤压工程中,抗静电剂均匀分布在薄膜里面;

阶段2.数小时或数天后,抗静电将覆盖在表面;

阶段3.抗静电剂产生的亲水头与空气接触,从周围的空气中吸收水分而起到抗静电的效果。

二.导电材料和抗静电材料的表面电阻率的区别

   

 从抗静电性能的检测和评价指标表面电阻率可用于区分抗静电材料和导电材料的区别,如表所示:

1.导电材料和抗静电材料的表面电阻率/Ω(23℃,RH50%)

导电材料

静电消散材料

抗静电材料

绝缘材料

<106

106--108

108--1012

>1012

<106

106--109

108--1012

>1012

<106

106--108

108--1013

>1013

 

. 永久性抗静电剂

     永久性抗静电剂,抗静电性能相对较好且稳定持久。基础树脂与永久性抗静电剂之间以合金形式共混,细微而均匀地分散成线状或网状“导电网格”。亲水性聚合物(或其共聚物)与基体高分子组成的共混体系的结构状态发现,亲水性聚合物在特殊相容剂存在下,经较低的剪切力拉伸后,在基体高分子表面呈微细的筋状,即层状分散结构,而中心部分则接近球状分布。这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻,并且具有永久抗静电性能。

    永久型抗静电剂可分为离子型和聚醚型两类。离子型是通过高分子化学反应将小分子盐类引入高分子侧基得到的,如季铵盐型和磺酸盐型。聚醚型如PEG型,包括聚酰胺或聚酯酰胺的聚氧乙烯醚体系,甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物等;与低分子量的表面活性剂类抗静电剂相比,永久型抗静电剂具有抗静电性能持久,对空气的相对湿度依赖性小,对制品的表面性能影响小等优点。具有良好的永久性和及时性,并且能够在低湿度环境下也具有良好的抗静电效果。

四.影响抗静电效果的因素

1.分子结构和特征以及基团性质

    抗静电剂的效果首先取决于它作为表面活性剂的基本特征--表面活性。

表面活性与分子中亲水基种类、憎水基种类、分子的形状、分子量大小等有关。当抗静电剂分子在界面上作定向吸附时,不仅与基体的性质有关,而且还与表面活性剂的性质有关。根据极性相似规则,表面活性剂分子的碳氢链部分倾向与高分子链段接触,极性基团部分倾向与空气中的水接触。高分子材料作为疏水材料,抗静电剂在其表面的主要作用就是形成规则的面向空气中的水的亲水吸附层。在空气湿度相同的情况下,亲水性好的抗静电剂分子会结合更多的水,使得聚合物表面吸附更多的水,离子电离的条件更充分,从而改善抗静电效果。

通过质子置换,也能发生电荷转移。含有羟基或氨基的抗静电剂,可以通过氢键连成链状,在较低的湿度下也能起作用。

2.添加量的影响

    抗静电剂的添加量视制品用途而异。

CMC(临界胶束浓度)值是表面活性剂表面活性的一种量度。CMC值越小,表面活性剂达到表面(界面)吸附的浓度越低,或形成胶束所需浓度越低,因此抗静电性的起效浓度越低。不同结构的抗静电剂添加量不同,并且随着制品形式的不同而不同。添加量有一个范围。过低,抗静电效果不明显,过高,会影响材料的物理机械性能。薄片、片材等薄制品的添加量较少,厚制品的添加量则相对较多。

3.高聚物的结构、玻璃化温度等的内在特征影响

基材树脂除表面活性剂的结构和性能外,抗静电性还与高聚物的结构、玻璃化温度、结晶性能、介电常数及表面性能等有关。表面性能中除表面形状、多孔性等以外,最主要的是表面能或表面张力。

    此外,基材树脂的结构、结晶度和取向度(伸长率)、密度、孔隙率对抗静电效果也具有较大影响。抗静电剂只能存在于高聚物的非晶区域,并在其中活动。聚合物分子链的规整性越好,越容易结晶;结晶度越大,密度越大,则非结晶区越小,抗静电剂可活动的区域越小,致使其向外迁出困难。对于聚烯烃,加入抗静电剂的LDPE在加工后很快就显现抗静电效果并达到平衡。HDPE呈现一定滞后,而PP则很慢才出现抗静电效果。

高聚物的玻璃化转变温度会直接影响抗静电剂分子向表面迁移。玻璃化温度低的高聚物,在室温下其链段能“自由”运动。这种运动能促进链段周围的抗静电分子迁移至表面。玻璃化温度高的高聚物,在室温下链段处于“冻结”状态,不利于抗静电分子迁移。

4.环境的影响

添加型抗静电剂发挥抗静电效果大多是靠吸附水作为离子的电离场所来进行导电,因此空气湿度的大小将对抗静电效果产生较大的影响。

2.低密度聚乙烯中抗静电剂的作用效果随湿度的变化关系

 

5.其他添加剂的影响

高聚物材料加工时,往往要添加一些稳定剂、颜料、增塑剂、润滑剂、分散剂或阻燃剂等助剂。这些添加剂与抗静电剂的相互作用也会对抗静电效果产生很大影响。例如:阴离子型稳定剂会与阳离子型抗静电剂形成复合物,从而降低各自的效果。润滑剂通常能很快迁移到高聚物表面上,抑制了抗静电剂的转移。

抗静电剂与各种添加剂的影响大小,事先很难猜测,目前大多数是通过实验来选用最合适的抗静电剂和用量。

五.海曼拓邦推出的抗静电剂HT-090系列产品

阳离子化合物和阴离子化合物因为降低了聚合物的热稳定性,它们的应用还是很有限的。

海曼拓邦推出的抗静电剂HT-090系列产品属于非离子化合物。非离子化合物由于极性低,这类化合物是聚乙烯或聚丙烯的理想抗静电剂,因为它们的相容性很好。由于聚乙烯和聚丙烯的型号不同,它们的密度、结晶度及形态不同,可以通过调整烷基链的长度及羟基或醚基的数目来选择每一个抗静电剂的最佳化学结构,所以在具体的塑料中的抗静电剂都具有高效率。

3.应用对比

 

 


 结论:

海曼拓邦HT-090系列抗静电剂产品,由于该抗静电剂非极性链段的长度适合,粘度低,极性基团的活性强,抗静电分子不容易局部富集,同时在加工过程中的高温和高压环境下,不容易增加抗静电剂分子的动能,分子间相互碰撞的机会少,降低了在非晶间内缔合成由亲水的极性基团构成内核,亲油基和烃基构成外层的逆胶束,能较快的到达临界浓度。一般在制品中添加本品0.2~3%则能达到优良的抗静电效果。是目前为止使用效果较好的抗静电剂之一。

 

参考文献:塑料添加剂手册/[德]R.根赫特 H.米勒主编;成国祥 姚康德等译—北京:化学工业出版社,2000   P611-P616

 

 

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