[摘要]摘要:阐述了抗静电剂的种类、作用机理和选用原则,以及抗静电剂在聚烯烃中的应用和国内最近的研究进展。提出了国内抗静电剂研发的一些建议,今后应加强对高分子型抗静电剂、复合型抗静电剂 及抗静电母料的研发。
关键词:抗静电剂聚烯烃复合抗静电剂母料
聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为代表的聚烯烃是 用途最广泛的通用塑料。2003年聚乙烯和聚丙烯 的国内产量分别为4 110 kt和4 270 kt,同比年增 长率为15.3%和11.7%[1]。聚烯烃具有价格低、耐 水、化学稳定性好、成型加工容易的优点。但是聚 烯烃有很强的电绝缘性,体积电阻率均在1016～1020 Ω·㎝。目前,添加抗静电剂是消除聚烯烃静电最为常见的做法
抗静电剂是塑料助剂中较常见的一种添加 剂。随着塑料工业的不断发展,抗静电剂的产量 不断增长。2003和2004年北美地区的抗静电剂 市场以每年4%左右的幅度增长,大多用于电子 家电产品和食品包装材料。未来几年我国抗静电 剂市场需求将以年均10%～15%的速度增长[2]。目 前国内生产能力不足,尤其是高性能新品种抗静 电剂生产能力较少,不能满足国内的需求。
1抗静电剂在聚烯烃中的应用
1.1抗静电剂的种类[3～5]
所谓抗静电剂是指涂敷于材料表面或掺和在 材料内部,以防止减少静电积累的助剂。根据使用方式的不同,分为外加型抗静电剂和混炼型抗静电剂。
外加型抗静电剂的主要化学成份是表面活性 剂。使用前首先用适当的溶剂配制成0.5%～2.0% 浓度的溶液,然后通过涂布、喷雾、浸渍等方法使 之附着在聚合物制品的表面。应当指出,外加型抗 静电剂在制品表面只是简单的物理吸附,擦拭、水 洗后极易失去,使制品不再具有抗静电效果,故而 属于“暂时性抗静电剂”。
混炼型抗静电剂是在聚合物的加工过程中添加到树脂内,成型后显示良好的抗静电性。混炼型 抗静电剂与树脂构成均一体系,抗静电效果持久。 同时混炼型抗静电剂要具有良好的耐热性,在树脂的加工温度(100～300℃)下不分解、不挥发,并 且应具有与树脂良好的相容性。
抗静电剂的品种很多,主要是一些表面活性 剂。其中阳离子型抗静电剂的抗静电性能优异,耐 热性较差,一般用于外部涂敷;阴离子型的耐热性 和抗静电效果都比较好,但与树脂的相容性较差; 非离子型的相容性和耐热性能良好,但用量相对大;两性型抗静电剂与阳离子型、阴离子型和非离 子型抗静电剂具有良好的配伍性,它们对树脂的 附着力较强,抗静电效果显著。
高分子型永久抗静电剂是近20年涌现出的一种新型抗静电剂,属于亲水聚合物。主要分为聚 醚类、季铵盐类、磺酸盐类和甜菜碱类。高分子型 抗静电剂在基体树脂中形成芯壳结构,并以此为 通路泄漏静电荷;它主要以细微的层状或芯状形 态分布在制品的表面,而在中心部分较少且主要 以颗粒状存在。决定该配合体系形态结构的主要 因素是成型加工条件和高分子型抗静电剂与聚烯 烃的相容性[6]。
1.2抗静电剂的作用机理[3,6～7]
外加型抗静电剂一般以水、醇或其他有机溶剂 作为溶剂,配成一定浓度的溶液。在用溶液浸渍聚 合物时,抗静电剂分子中的亲油基吸附在聚合物表 面上,亲水基则向外侧均匀取向,吸收环境水分,形 成一个单分子的导电层,从而加速电荷的释放。 混炼型抗静电剂在制品加工中与树脂均匀混 合,在使用或储存中从制品内部均匀迁移至制品 表面。当聚合物配合体系处于熔融状态时,在聚合 物熔体与空气、金属(加工机械或模具)的界面会形成抗静电剂分子的取向排列,其中亲水基伸向 熔体外部,亲油基固定在熔体上,熔体固化后在制 品表面形成一个抗静电剂的单分子层。
1.3抗静电剂的选用原则[7]
理想的抗静电剂既要具有时效性,又要具有 持久性,不同情况会有不同的要求,其中最基本的 原则是:
(1)热稳定性。聚烯烃加工温度一般在100～ 200℃,故要求抗静电剂在制品加工温度下或在反 复加热过程中不会分解。
(2)与聚合物基体有合适的相容性。对于混炼 型抗静电剂,如果与聚合物基体相容性差,就会绝 大部分从聚合物中迁移到基体的表面,抗静电耐 久性差。
(3)不影响其他助剂的性能。在聚烯烃加工过 程中往往加入很多助剂,如热稳定剂、抗氧剂、阻 燃剂、润滑剂、着色剂等,因而抗静电剂必须与其 他助剂有比较好的相容性。
(4)保证制品的各项性能。抗静电剂不应该对 制品的机械性能有负面影响或影响尽可能小;抗 静电剂也不应影响制品的透明度、着色性。
(5)无毒无臭,环境友好,有较高的卫生安全 性。
(6)不降低成型加工性和聚烯烃本身物性以 及二次加工性能,同时不腐蚀成型机械或模具。
(7)不会影响成型加工温度,本身不发烟,不着色等。
1.4聚烯烃用抗静电剂的应用
1.4.1国外情况
美国是世界上生产和消费抗静电剂最多的国家,平均增长率高于全球平均增长水平。2003年日 本抗静电剂使用量现已达到5 kt/a,预计将以1% 左右的增速持续增长。国外部分抗静电剂生产厂 家及其产品类型见表1.
1.4.2国内情况
目前我国的抗静电剂主要用于电子电器产品与食品包装材料。国内的一些研究所、生产企业 相继开发出多种类型的抗静电剂,并逐渐向系列 化、多元化发展。用于聚烯烃的主要抗静电剂品 种见表2。
2抗静电剂在聚烯烃中的研究进展
2.1国外抗静电剂的研究进展
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