抗靜電劑在高分子材料中的應(yīng)用研究

付瑩瑩 劉一諾 陳震 李新露 商艷濤

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，其對于材料的需求越來越難以滿足，導(dǎo)致工業(yè)發(fā)展的需求與現(xiàn)有材料本身所具有的物理屬性之間的矛盾越來越突出，所以科學(xué)家們圍繞材料的分子結(jié)構(gòu)不斷地進(jìn)行探索，試圖通過打破原有材料的分子結(jié)構(gòu)，用一種或者幾種分子結(jié)合成具有多個重復(fù)單體單元的大分子，于是有機(jī)高分子材料就應(yīng)運而生了。聚合物材料是高分子材料的另一個名字，它的基體是高分子化合物，然后再配制有其他的添加劑。高分子材料在眾多優(yōu)越的特性中卻存在著一個缺陷，即高分子材料在應(yīng)用過程中非常容易產(chǎn)生靜電，從而對一些行業(yè)造成某種程度上的危險。所以，抗靜電劑在高分子材料中的應(yīng)用研究就顯得非常有必要了。本文將從抗靜電劑的種類、作用，在高分子材料中使用抗靜電劑的必要性以及提升抗靜電劑效果的策略等方面展開論述，希望能對現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展有所借鑒意義。

關(guān)鍵詞：抗靜電劑;高分子材料

1 抗靜電劑的種類及作用

1.1 外涂型和內(nèi)混型

1.1.1 外涂型抗靜電劑

外涂型抗靜電劑是指通過涂在高分子材料表面來實現(xiàn)抗靜電效果的一種抗靜電劑，在使用前需要先用水或乙醇來和這種抗靜電劑調(diào)配成一種質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%和2.0%之間的溶液，然后通過噴涂或浸漬等方式把抗靜電劑附著在高分子材料表面，干燥后就形成了抗靜電隔層。外涂型抗靜電劑之所以能發(fā)揮抗靜電效果主要是由于吸附了空氣中的水分子，使高分子材料的表面形成了均勻分布著的導(dǎo)電溶液，從而使高分子材料產(chǎn)生的靜電易導(dǎo)向外界。外混型抗靜電劑雖能廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，但由于揮發(fā)性等因素又導(dǎo)致其抗靜電效果就顯得稍弱一些了。

1.1.2 內(nèi)混型抗靜電劑

顧名思義，內(nèi)混型抗靜電劑就是指在加工過程中添加在樹脂內(nèi)的抗靜電劑。在加工時，先準(zhǔn)備好定量的樹脂，再準(zhǔn)備其質(zhì)量的0.3%-3.0%的抗靜電劑，將二者混合后再加工成型以實現(xiàn)抗靜電效果。由于這種類型的抗靜電劑是存在于高分子材料內(nèi)部的，所以其抗靜電的效果自然會比外混型的更加持久一些。

1.2 陽離子型、陰離子型和非離子型抗靜電劑

1.2.1 陽離子型抗靜電劑

陽離子型抗靜電劑主要是長鏈的烷基季銨、磷或鏻鹽，其平衡離子是氯化物。它們在極性基質(zhì)（例如硬質(zhì)聚氯乙烯和苯乙烯類聚合物等）中效果明顯，然而卻對這類高分子材料的熱穩(wěn)定性方面存在著一些弊端。因此與食物接觸的物品是不允許使用這類抗靜電劑的，而且陽離子型抗靜電劑的抗靜電效果相對于內(nèi)混型抗靜電劑，只達(dá)到了五分之一到十分之一。

這類抗靜電劑被廣泛應(yīng)用于纖維和塑料中，其優(yōu)點在于能夠較強(qiáng)地附著于高分子材料上，但也有其局限性，即耐熱性差，會傷害皮膚。

1.2.2 陰離子型抗靜電劑

陰離子型抗靜電劑一般是烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的堿金屬鹽，聚氯乙烯和苯乙烯類樹脂材料主要用陽離子型抗靜電劑來降低靜電的產(chǎn)生。陰離子抗靜電劑與陽離子抗靜電劑在聚烯烴類樹脂中的應(yīng)用效果非常相似。在陰離子抗靜電劑中，苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯都主要使用烷基磺酸鈉來實現(xiàn)抗靜電的效果。陰離子抗靜電劑被廣泛應(yīng)用于化纖油劑、油品和塑料的抗靜電中，其優(yōu)越性在于不會傷害皮膚，不影響色彩效果，但是其抗靜電效果會差一些。

1.2.3 非離子型抗靜電劑

非離子型抗靜電劑能夠符合大多數(shù)高分子材料對抗靜電劑的要求，例如聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物，這類高分子材料就主要使用非離子型抗靜電劑來實現(xiàn)抗靜電效果。乙氧基化脂肪族烷基胺代表著最大的一類抗靜電劑，目前市場上生產(chǎn)銷售的幾種乙氧基化烷基胺，烷基鏈的長度和不飽和度的大小是它們之間的最大差異。乙氧基化烷基胺被認(rèn)為是抗靜電效果非常好的一種抗靜電劑，因為它在濕度低的情況下仍然能保持良好的性能和較長的時間。另外乙氧基化烷基酸胺類具有高的商業(yè)價值，如乙氧基月桂酷胺及甘油一硬脂酸酯（GMS）。

2 在高分子材料中使用抗靜電劑的重要性

靜電在生活中是一種普遍的現(xiàn)象，如摩擦過的塑料梳子能夠粘附碎紙屑，或者秋冬季脫毛衣等織物時能夠聽見靜電的聲音等，靜電普遍存在于我們?nèi)粘Ｉ钪?。靜電的實質(zhì)是一種摩擦后引起的電荷重新分布的現(xiàn)象。材料產(chǎn)生靜電的能力與自身的絕緣性有很大的關(guān)系，兩者呈正相關(guān)性。而高分子材料具有良好的絕緣性，所以其非常容易產(chǎn)生靜電且不易流失。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，有機(jī)高分子材料被廣泛應(yīng)用，所以防止靜電在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生危害越來越得到人們的關(guān)注。靜電嚴(yán)重時會灼傷人們的皮膚;人們的內(nèi)分泌系統(tǒng)也會受到各種電器電磁波和有害的干擾;尤其在在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，由靜電引起的電子設(shè)備的故障會造成電磁干擾;集成電路和精密的電子元件也可能會被達(dá)到一定積量的靜電擊穿，從而導(dǎo)致生產(chǎn)率降低;高壓靜電放電造成的電擊，甚至?xí)＜叭松戆踩?這些危害是我們不容小覷的，一旦發(fā)生后果不堪設(shè)想，因此使用抗靜電劑來避免高分子材料靜電危害是非常重要的。

3 提升抗靜電劑效果的策略

3.1 增加環(huán)境的濕度

抗靜電劑發(fā)揮作用的原理是高分子材料由于親水基的吸濕性而產(chǎn)生離子化基團(tuán)，為離子導(dǎo)電提供了途徑。研究表明，環(huán)境濕度是影響抗靜電劑的效果的重要因素之一，二者呈正相關(guān)關(guān)系。即當(dāng)環(huán)境濕度較高時，親水基的吸濕性會發(fā)吸附更多水分子，產(chǎn)生更多離子化基團(tuán)，使抗靜電劑的效果最大程度地發(fā)揮出來。但是，當(dāng)人工技術(shù)難以控制或調(diào)節(jié)環(huán)境濕度的時，我們只好選擇相對極性較大的抗靜電劑來增強(qiáng)其吸附水分子的能力，以此彌補(bǔ)環(huán)境濕度難以控制或調(diào)節(jié)的局限性，實現(xiàn)抗靜電劑效果的最大化。

3.2 精確地把握表面濃度

目前我們使用的抗靜電劑大多是表面活性劑，這種抗靜電劑是在噴涂于高分子材料表面上來發(fā)揮抗靜電作用的，因此其抗靜電效果與表面濃度存在極大的關(guān)系。但是二者并不存在簡單的正相關(guān)性或負(fù)相關(guān)性，經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，高分子材料表面的抗靜電劑含量是存在一個適當(dāng)區(qū)間的，只有當(dāng)抗靜電劑含量達(dá)到相對應(yīng)的程度時，抗靜電劑效果才能夠最大限度地發(fā)揮出來，一旦高于或低于相對應(yīng)的含量時，抗靜電劑的效果就會大打折扣。另外，二者的相容性也會影響表面抗靜電劑的濃度大小。二者相容性較好時，抗靜電效果也會較好，反之不然。因此，我們在高分子材料表面噴涂抗靜電劑時，要考慮到兩者的相容性，最好能夠精確地把握抗靜電劑的表面濃度，使抗靜電劑的作用發(fā)揮到極致。

3.3 選擇適宜的成型工藝

內(nèi)混型抗靜電劑的使用方法是先把樹脂和其添加質(zhì)量的0.3%-3.0%的抗靜電劑機(jī)械混合再加工成型，以達(dá)到抗靜電效果的目的。這種方式就決定了加工成型工藝成為影響抗靜電劑效果的因素。這是因為在高分子材料中，粘度高的組分會被黏度低的組分覆蓋，所以在混合抗靜電劑與高分子材料時，應(yīng)該保證樹脂基體的濃度高于抗靜電劑的濃度。除了選擇適宜的成型工藝外，混料方式、成型加工溫度、螺桿的轉(zhuǎn)速、冷卻速率在選擇時也要綜合考慮各種因素，選擇合適的條件進(jìn)行混合以提升抗靜電劑的抗靜電效果。

4 結(jié)語

綜上所述，我國目前在高分子材料的抗靜電方面應(yīng)用還存在諸多問題，所以還需要進(jìn)一步的相關(guān)研究，我相信在更多專業(yè)人才的探索下，抗靜電劑在高分子材料中的應(yīng)用會越來越成熟，效果也會更好，高分子材料易產(chǎn)生靜電的局限性將不會成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的限制。

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