第六章_抗静电剂

第六章 抗静电剂 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 6．1 概述 • 塑料具有电绝性（导电聚合物除外），塑料与其他材 料接触或摩擦时会产生静电积累。积累的静电如不及 时消除，可能导致静电吸附、吸尘、火化放电等，引 起燃烧、爆炸。 • 消除静电的方法有导电（导电炭黑、金属粉等） 填充法、导电装置法、抗静电剂。 • 采用抗静电剂（表面活性剂）消除塑料制品的静电， 有外部涂敷法和内部添加法。前者持久性差，多用于 临时性或短期静电处理，应用范围窄；内部添加法采 用的离子型和非离子型表面活性，因基材树脂的结构 特性不同而分别选用。 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 6．2 塑料的静电防止机理 • 6．2．1、静电产生 • 任何两种固体物，由于化学组成不同或物理状态相 异，接触时会发生结构内部电荷的重新分配，分离 后，会产生静电。由于物体中不同原子得失电子的能 力不同，不同的原子的外层电子能级不一样，其间易 发生电子转移，能量传递，因此两种物质接触时，界 面会出现大小相等，符号相反的两层电荷，称双电 层。其间的电位差称接触电位差。 • 不同物质其原子的原子核，对核外电子的束缚能力不 相同，以功函数或逸出功ψ表示。束缚能力大者，电 子不易逸出，相反地易吸引其它原子的电子，功函数 大，易带负电；反之，功函数小者带正电。当两种功 函数不同的物体接触时，其界面由于有双电层而产生 接触电位差，接触电位差与这两个物体的功函数差成 正比。 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 在电场力的作用下，电子将从功函数小的迁向功函数 大的，直到接触界面形成的双电层产生的反向电位差 与接触电位差相等而抵稍时，电荷的转移才停止。 • 表6-1 不同聚合物的ψ 聚合物名称 ψ（ev） 聚合物名称 ψ（ev） 尼龙-66 聚醋酸乙烯酯 PMMA 聚碳酸酯 聚乙烯 聚苯乙烯 4.3 4.38 4.68 4.80 4.9 4.9 聚砜 氯化聚乙烯 聚氟氯乙烯 聚四氟乙烯 4.93 5.14 5.30 5.75 从表中可以看出，两种聚合物接触时，位于前面的聚合物带正电，后面 的带负电。前后相距较远者，即ψ1与ψ2差愈大者，电荷转移愈多；同 时还与接触面积有关，面积大者电荷转移多，反之转移少。 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 塑料与塑料摩擦时，所带电荷的正负，取决于组成塑 料的聚合物的介电常数ε大小，一般认为，介电常数 大者带正电，小者带负电。 • 表6-2 聚合物的起电顺序与其介电常数的关系。 聚合物名称 ε （60Hz） 聚合物名称 ε（60Hz） 聚胺酯 尼龙-66〕 乙基纤维素 PMMA 聚乙烯醇缩甲醛 聚对苯二甲酸乙二醇酯 硬聚氯乙烯 7 4.0～4.6 3.8～4.3 3.7 3.2～3.7 3.4 3.2～3.6 聚碳酸酯 氯化聚醚 聚偏二氯乙烯 聚苯醚 聚苯乙烯 聚丙烯 聚四氟乙烯 3.1 3.1 3.0 2.55 2.45～2.65 2.25 2.0～2.2 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 聚合物自身或与其它物体相接触和摩擦时，一方面不 断产生静电，一方面又不断漏泄，电荷的积聚是一个 过程的动态平衡。 • 电荷漏泄的快慢，与电阻有关。 • 塑料的电阻都很大，所以静电很容易产生。如果所带 电荷的漏泄，只能靠塑料本身来完成，尽管用的时间 很长，但也是极其困难的，效果也不佳。 • 表6-3 一些塑料在20℃、65％相对湿度下与不锈钢摩擦后产生的静电压 塑料名称 V静（v） 塑料名称 V静（v） 硬聚氯乙烯 软聚氯乙烯 高压聚乙烯 低压聚乙烯 2000～4000 1000～3000 400～800 1000～2000 聚丙烯 2000～ 4000 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 6．2．2、静电的消除和预防止 • 抗静电剂的作用一是尽量控制静电的发生；二是尽 快将其漏泄掉。 • 选择抗静电剂时，一般都应考虑其具有润滑作用和吸 湿作用。利用润滑性可减少塑料表面的摩擦，减少静 电的发生；而更重要的是抗静电剂分子能排布于塑料 表面，吸附大气中的水分子，形成一层“水膜”，这层 膜在塑料表面可形成一层导电的通路，增加了塑料表 面积聚的电荷通向大气的传导作用。因为水是极性物 (纯水的体积电阻ρ为10＾8Ω cm；一般水的ρ为10＾ 6Ω.cm)，比塑料的体积电阻小10个数量级以上，故易 于把塑料表面的静电漏泄于空气中。 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 目前使用的抗静电剂，绝大部分为表面活性剂，其使用方式 （1）用于表面处理；（2）加入塑料内部。在塑料工业中多 使用后一种方式。因此要求抗静电剂分子都含有亲水基团和 亲油(憎水)基团。 • 表6-4 抗静电剂分子中亲油部分和亲水部分分类表 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 抗静电剂在制品中分布往往是不均匀的，表面的浓度高于 内部浓度。 • 经摩擦、洗涤或拉伸等过程，制品表面的抗静电剂会损 失。制品内部的抗静电剂总是不断向表面迁移，使损失那 部分及时得到补充，不同树脂其补充的速度不同。 • 抗静电剂向表面迁移的速度与树脂的玻璃化温度、抗静电 剂和树脂的相容性以及抗静电剂的分子量大小有关。 • 玻璃化温度低的树脂，迁移速度较快；与树脂相溶性小的 抗静电剂，迁移速度较大，与树脂相容性差的树脂，迁移 速度较快，甚至会无限制地向表而喷出，反而影响制品表 面性质。所以添加的抗静电剂与树脂的相溶性要适度。 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 按其分子亲水基能否电离，抗静电剂可分为离子型和 非离子型。由于离子型抗静电剂可直接利用本身离子 导电以漏泄电荷，故目前用得最多。 • 当塑料熔融时，离子型抗静电剂在塑料熔体表面定向 排列。在塑料内部还分散有抗静电剂分子。塑料冷却 硬化后，定向排列结构被固定下来，在塑料一空气(或 金属)的界面稠密排列。抗静电剂的极性基(亲水基)都 向着空气一侧排列，形成一个单分子导电层。从而达 到消除静电的作用。 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 6．2．3．抗静电剂主要品种 • 根据化学组成不同。抗静电剂可分为硫酸衍生物、磷酸衍 生物、胺类、季铵盐、咪唑类以及环氧乙烷衍生物等。 • 根据抗静电剂分子中的亲水基能否电离，分为离子型和非 离子型两种。 • 离子型抗静电剂根据电离后电荷的正负又分为阳离子型、 阴离子型和两性离子型三种。 • 1．阳离子抗静电剂 • 代表性品种：（1）单官能团：硬脂基三甲基季铵盐酸 盐，主要用于聚烯烃、ABS、聚碳酸酯等。 • 硬脂基三甲基季铵盐酸盐 小木虫经典出品 (C) emuch.net • （2）双官能团：抗静电剂硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝 酸盐，主要用于聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯薄及制品的 抗静电剂。 • 2．阴离子型抗静电剂 • （1）单官能团型抗静电剂 对壬基苯氧基丙基磺 酸钠（NP），主要用于氯醋树脂、ABS、聚烯烃等。 硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸盐 对壬基苯氧基丙基磺酸钠（NP） 小木虫经典出品 (C) emuch.net • （2）多官能团抗静电剂 烷基双（α－羟乙基胺磷 酸酯），主要用于合成纤维。 • （3）高分子型抗静电剂 为聚丙烯酸盐、马来酸酐 和其它不饱和单体共聚物的盐、聚苯乙烯苯磺酸等。 主要用于纤维。 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 3．非离子型抗静电剂 • （1）四溴双酚A 主要用于ABS、环氧树脂、聚氨 酯。同时也是阻燃剂。（兼有反应性） 四溴双酚A •（2）硬脂酸单甘油酯类，如ADA-10M及ASA－10等 主要用于聚烯烃类。 硬脂酸单甘油酯 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 3．两性型抗静电剂 • （1）烷基二羧甲基铵乙内酯，主要用于聚酯、尼龙 等。 • （2）十二烷基二甲基季乙内盐，主要用于聚酯、聚丙 烯、尼龙等。 烷基二羧甲基铵乙内酯 十二烷基二甲基季乙内盐 小木虫经典出品 (C) emuch.net • 各种抗静电剂由于化学结构不同，性能各异，产生的效果 也不同。 • 阳离子型的季胺盐类对高分子材料有较强的附着力，抗静 电性好，是塑料中用得较多的一类抗静电剂，但对皮肤有 刺激作用，且有毒，不适用于食品包装薄膜。 • 阴离子抗静电剂，通常对皮肤无作用，又不影响塑料的着 色，但在塑料中除酸性烷基磷酸酯或盐和烷基硫酸外，通 常很少使用。 • 一般非离子型的抗静电性较离子型差些，但热稳定性好， 不易引起塑料老化，尤适用于低温条件下；还可与阴或阳 离子型抗静电剂并用。 • 两性型的抗静电剂的最大特点是能与阴或阳离子型配合使 用。它们均对聚合物有强的附着力，因而能发挥优良的抗 静电性。 小木虫经典出品 (C) emuch.net