抗静电剂

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料助剂手册》第631页（3425字）

【释文】：

塑料的静电危害

大多数塑料及其它高分子材料都具有优良的绝缘性和耐水性，这些宝贵性能使它们在电气和电子工业中获得了广泛应用。然而，高绝缘性也从反面为塑料带来静电危害问题。当塑料制品因摩擦而产生静电时，由于它们的电阻很高，加之吸水性又低，形成的静电不易消去。静电压和容量的聚集增大，使塑料制品容易吸附尘埃，影响其制品的透明性及表面洁净和美观，而且还可影响制品的使用性能。例如唱片吸尘后，放唱时会产生“沙声”或“爆点”等杂音，严重损害音质。电影胶片吸尘后，放映时影像会变得模糊不清。在空气干燥的地区，当我们行走在塑料地板或合成材料地毯上时，鞋底与地板的摩擦会使人体带电，严重时若人手与门把或其它物体接触，还可能产生放电现象，使人有电麻感。在塑料加工过程中，产生的静电更大，静电压常常会高达几千伏甚至几万伏，直接影响到生产的正常进行和产品质量。例如在薄膜包装机进行包装时，静电作用可使薄膜吸附在金属部件上，使操作难以连续进行。在电影胶片的生产过程中，涂布乳剂时由于静电放电会导致火花曝光，在收卷薄膜时，由于静电的积累常使人触电。更有甚者，当静电引起电晕放电或火花放电时，若周围环境中有易燃易爆的物质存在，还会导致着火或爆炸。

近代塑料加工不断向高速发展，塑料制品的应用遍及工业和我们生活的各个方面，静电危害问题越来越突出，已引起了塑料加工和应用部门的普遍重视。

塑料中静电的产生

静电现象对于人们来说并不陌生，许多物体经摩擦后都会发生静电。产生静电的原因虽经不少研究，但至今还不完全清楚。根据电子理论的一般解释是：当两个物体相互摩擦时，电子离开一个物体的表面附在另一物体的表面，这样失去电子的物体带正电，得到多余电子的物体带负电。至于说相互摩擦的两个物体究竟哪个带正电，哪个带负电，这要取决于两种物质的结构和性质。研究表明，塑料等高分子材料的带电序列如下：

(十)聚氨酯，毛发，尼龙，羊毛，蚕丝，粘胶纤维，棉，硬橡胶，醋酸纤维，维尼龙，聚丙烯，聚酯，聚丙烯腈，聚氯乙烯，氯乙烯-丙烯腈共聚物，聚乙烯，聚四氟乙烯(一)

按照这一序列，两种物质摩擦时，总是位于前面的物质带正电，位于后面的带负电，两者在此序列中的间隔越大，摩擦所产生的电量也越大。再一个规律是：分子中含有极性基团多的聚合物如尼龙、聚氨酯等容易带正电，极性小的聚合物如聚乙烯、聚四氟乙烯等容易带负电。应当指出，这一带电序列只是根据经验排布的，由于对静电的成因尚不明了，实际中可能会遇到与此不符的现象。

摩擦过程中的电荷不断产生也不断消失。电荷消散的主要途径有三个，即摩擦物的体积传导、表面传导和向空中辐射。但当摩擦体的电阻过高，电荷来不及漏泄时，物体就会因电荷聚集而带电。

塑料的体积电阻和表面电阻可作为衡量其带电难易的尺度，电阻值越大，越容易积累电荷而生电。表7－1根据体积电阻将各种塑料的带电性分为五类，一般属于一、二、三类的塑料常有抗静电的必要。

表7－1 塑料的带电性分类

塑料中静电的消除与防止

在工业上消除和防止塑料带静电的方法有很多种，例举如下。

(1)在塑料加工过程中使用导电装置消除静电。

(2)增加塑料制品加工和使用环境中的空气湿度。

(3)通过接枝共聚改变聚合物结构，使其带有较多的极性基团或离子化基团，降低电阻，增加导电性。

(4)用强氧化剂氧化塑料制品表面，或用电晕放电处理其表面，增加导电性。

(5)向塑料中添加导电性填料如金属粉等。

(6)使用抗静电剂。

这些方法各具特点，也各有其局限性，其中以添加抗静电剂的方法比较简便有效，应用也较普遍。

抗静电剂的定义与分类

添加于塑料中或涂敷于其制品表面，能够降低表面电阻和体积电阻，适度增加导电性，从而防止制品上积聚静电荷的物质称为抗静电剂，也可称作静电防止剂或静电消除剂。

现在实际上使用的抗静电剂绝大多数是表面活性剂，而且以离子型表面活性剂为主。

抗静电剂的分类方法有多种，最常用的是按化学结构和使用方法分类。按照化学结构可将抗静电剂分为如下几类：

阳离子型

阴离子型

两性离子型

非离子型

按照抗静电剂的使用方法可分为外涂型和内加型两类。外涂型抗静电剂是通过刷涂、喷涂或浸涂等方法涂敷于制品表面，它们见效快，适用面广，但容易因摩擦、洗涤而脱失。因此，它们只能提供暂时的或短期的抗静电效应。

内加型抗静电剂是在配料时加入到树脂中，使其均匀地分散于整个聚合物内，起到比较永久性的抗静电作用。它们耐摩擦，耐洗涤，效能持久，是塑料中广泛使用的抗静电剂主要类型。

在外涂型和内加型抗静电剂之间，并无明确界限，往往是一种化合物可兼做两用。

抗静电剂的作用机理

抗静电剂消除静电的方式主要有如下四种：

(1)抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性，形成一个单分子的导电膜。

(2)离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性。

(3)介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙之间的介电性。

(4)增加制品表面的平滑性，降低其摩擦系数。

在以上四种作用方式中，(1)和(2)可以降低制品的电阻，增加其导电性，加快电荷的漏泄。(3)和(4)可以减少摩擦时电荷的产生。一般认为，前两种作用是抗静电剂的主要功能。当然，对于一种抗静电剂来说未必全部具备上述所有的功能。

抗静电剂的使用条件

理想的抗静电剂应具备如下条件。

(1)抗静电效能大而持久。

(2)耐热性好，在成型加工的高温(120～300℃)下或反复进行热加工时不分解。

(3)与塑料的相容性适中，既具有一定的相容性，又具有一定的不相容性，在混炼和熔融加工时可与树脂良好地相容，成型后不会明显喷霜析出，但抗静电剂与树脂还须有一定的不相容性，以保证当表面的抗静电剂分子层受到破坏时，内部的抗静电剂能够及时渗出，形成新的分子层，恢复防电效能。

(4)不影响塑料的加工性能(如熔点、粘度、溶解性等)和制品性能(如透明性、着色性、印刷性、热合性和力学性能等)。

(5)与其它助剂的相容性好，无对抗效应。

(6)无毒、无臭、对皮肤无刺激。

(7)价格低廉。