抗靜電劑
廣義地講,能防止或消除塑料表面靜電的添加劑均稱為抗靜電劑。
塑料通常具有很離的電絕緣性,是電的不良導體,在其加工,貯運和使用過程中,由于受到擠壓和摩擦的作用,往往容易產生和積累很高的靜電。給塑料制品的使用帶來不利和危害。要防止靜電的產生和積累,就需要使塑料制品表面具有一定的導電性,能使靜電電荷迅速有效地泄漏。
一種較早和廣泛使用的,便塑料制品表面具有導電性的方法是表面金屬化,即采用電鍍、噴涂、粘貼等方法使塑料表面復合上一層金屬導體。
另一種方法是填充法,即在塑料基體中加人導電性填料而使其達到導電的目的,這些導電性填料包括炭黑、石墨、金屬粉末、金屬箔片、金屬纖維、金屬鹽、金屬氧化物和碳纖維等。這些導電性填料能賦予塑料優異的和永久性的杭靜電效果,但由于價格太貴或對塑料性能改變太大等原因,除炭黑和石墨外,常用于需要高導電性(如電磁波屏蔽、電場屏蔽等)或需要特殊性能的場合。
炭黑和石墨,尤其是炭黑,被廣泛用于抗靜電塑料的制備,它具有擾靜電效果優良,待久穩定,價格低廉,且對塑料有補強效果等優點。但其主要缺點是顏色單一,生產環境差。習慣上,常把它們歸入具有導電功能的填料類。
目前人們所說的擾靜電劑主要是加人樹脂中或涂復在塑料制品表面以防止高分子材料產生靜電危害的一類化學添加劑。抗靜電劑的作用是將高分子材料表面層的電阻降到109Ω以下,從而減輕離分子材料在加工、貯運和使用過程中的靜電積累。抗靜電劑大都是一些表面活性劑,它們的抗靜電機理主要是下述4種作用中的一種或多種:
(1)增加制品表面的吸水性。形成一個單層水分子導電膜;
(2)增加制品表面離子濃度,增加離子導電性;
(3)增加摩擦接觸面間的相對介電常數,增加其介電性;
(4)增加制品表面平滑性,降低摩擦系數,減少靜電產生。
理想的抗靜電劑應具備以下條件:
(1)抗靜電效果好、持久并穩定;
(2)耐熱性好,在塑科加工條件下不受熱分解;
(3)不明顯影響塑料的加工性能和使用性能;
(4)與塑料具有一定的相容性和適當的滲出速率;
(5)不與其他助劑產生對抗效應;
(6)無毒、無臭、無污染;
(7)價格低廉。
評價抗靜電劑抗靜電效果的方法主要有三種。一是塑料的表面電阻或表面電阻率;二是側定摩擦后的帶電狀況;如電量、電壓及其衰減;三是電壓衰減的半衰期。
常用的抗靜劑分類方法有:
(1)根據使用方法的不同。抗靜電劑可以分為外部抗靜電劑和內部抗靜電劑兩類。外部抗靜電劑是通過噴涂、浸涂、刷涂等方法將杭靜電劑溶液涂覆于制品表面,這種方法簡便實用,見效快,但容易因擦洗而失效。因而只能提供暫時或短期的抗靜電效果。內部抗靜電劑是將其在配料或成型過程中加人塑料中,均勻分散在制品內部,一且表面被擦洗掉后,內部又會繼續滲出,維持其抗靜電效果,因而具有持久性,是目前使用抗靜電劑的主要方式。有許多抗靜電劑可以兼做內外兩用。
(2)根據化學結構的不同,抗靜電劑又可以分為硫酸衍生物、磷酸衍生物、胺類、季銨鹽、咪唑啉和環氧乙烷衍生鈞等。
(3)根據抗靜電劑中親水基能否電離的怕況又可分為陰離子型、陽離子型、兩性離子型和非離子型。
1)陰離子型 屬于該類型的主要包括硫酸衍生物、磷酸衍生物以及高相對分子質量的聚丙烯酸鹽、聚苯乙烯磺酸、馬來酸酐與其它不飽和單體的共聚物的鹽等。這類抗靜電劑耐熱性、抗靜電效果均較好,但不適宜透明及淺色制品,多用于聚苯乙烯、聚烯烴和PVC等。磷酸酯鹽有較大毒性。
2)陽離子型 屬于該類型的主要有季銨鹽、烷基咪唑啉和胺鹽等,其中以季銨鹽最重要,但有較大毒性。它們抗靜電性能優良,對塑料有較強的附著力。但耐熱性差,易受熱分解,更適宜于外部抗靜電用途,多用于pvc。
3)兩性離子型 這種類型主要包括季銨內鹽、兩性烷基咪唑啉鹽和烷基氮基酸等。在一定條件下可具有陰離子和陽離子抗靜電劑的雙重作用,同時也可以和其它陰離子或陽離子配合使用。兩性離子型擾靜電劑耐熱性好,與塑料附著力也較強,抗靜電效果良好,適宜于尼龍、聚烯烴、abs等塑料。
4)非離子型 非離子型抗靜電劑的主要品種有多元醇和多元醇酯、醇或烷基酚的環氧乙烷加合物、胺或酞胺的環氧乙烷加合物等。它們的抗靜電效果較差,用量需較大,但熱和化學穩定性好,主要作為內部抗靜電劑使用,適宜于ABS,、聚烯烴、PVC等塑料,其中又以烷基胺的環氧乙烷加合物使用最廣。