抗静电剂的作用机理「抗静电剂有哪些」

今天带来抗静电剂的作用机理「抗静电剂有哪些」，关于抗静电剂的作用机理「抗静电剂有哪些」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

原创首发| 美特高分子 钟明

一、何谓静电？

当两个物理状态不同的固体相互接触摩擦时，它们各自的表面就会发生电荷再分配，重新分离后，每一个固体表面都将带有比接触前过量的正（负）电荷，这种现象称为静电。静电现象在聚合物成产、加工和使用过程中是非常普遍的。由于一般聚合物的电阻率高，其体积电阻率在1010-1020Ω·cm之间，一旦产生静电，很难消除。这种电荷的聚集将可能会造成严重的危险，比如，在医药上引尘、引菌；甚至产生火花后造成爆炸等严重事件。如图1-1所示。

图1-1 聚合物静电实物图

目前最常用且行之有效的方法就是使用抗静电剂降低聚合物表面电阻率，因此，抗静电剂的开发与应用具有重要的意义。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于聚合物表面以防止或消除静电荷产生的化学添加剂。抗静电剂本身没有自由活动的电子，属于表面活性剂范畴，它通过离子化基团或极性基团的离子传到或吸湿作用，构成泄漏电荷通道，达到抗静电目的。

二、抗静电剂分类及特性

表一例举了抗静电剂种类及适用树脂。其中，阳离子型的抗静电剂的抗静电性能优良，但耐热性相对较差，而且对皮肤有害，因此主要用于外部涂敷型。阴离子型的耐热性和抗静电性都较好，但与树脂的相容性差，并对产品的透明性有影响。非离子型抗静电剂的相容性和耐热性良好，对产品的物理性能无不良影响，但是用量相对较大。两性型抗静电剂的最大特点就是既能与阳离子型又能与阴离子型抗静电剂配合使用，抗静电性能与阳离子类似，但耐热性不如非离子型。高分子型主要用于永久抗静电。

表一：抗静电剂的主要种类

三、抗静电剂的实用技术及作用机理抗静电剂的使用技术

抗静电剂使用技术主要分为两种。（1）外部涂敷法即在高分子材料表面涂上一层抗静电剂，从而使其起到表面抗静电作用。具体步骤是：先用水、乙醇或醋酸乙酯等溶剂将抗静电剂配制成 0.5 %～2.0 %浓度的溶液，然后直接喷涂、浸渍或涂刷材料表面，在经室温或热空气干燥而形成抗静电涂层。该法的优点是操作简单、用量较少，且不影响制品的成形加工性能。缺点是使用寿命较短，经过水洗或摩擦后，抗静电涂层容易脱落或消失，因此是一种暂时性的抗静电处理方法。国外曾采用高分子活性表面活性剂作为抗静电涂层，在一定程度上改善了高分子材料抗静电剂的持久性。（2）内部混炼法则是将抗静电剂与树脂经机械混合后再加工成形，抗静电剂分子由高分子材料内部向表面迁移，并在表面形成均匀的抗静电层。若表面的抗静电剂因水洗或擦落后，内部抗静电剂分子还可以移向表面，从而恢复其抗静电性能 ,因此又成为永久性抗静电剂，这种技术目前已被广泛应用。

抗静电剂的作用机理

根据电荷状态，永久性抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型和非离子型 ,抗静电能力依次减小。环氧乙烷及其衍生物的共聚物研究最早，也是目前商品化的主要品种，已广泛应用的有：聚环氧乙烷(PEO) ，聚醚酯酰胺及聚醚酯酰亚胺(PEEA) 等。无论是外部涂敷法还是内部混炼法，高分子材料用抗静电剂的作用机理主要表现在两个方面：一是抗静电剂在材料表面形成导电性的连续膜，即能赋予制品表面具有一定吸湿性与离子性的薄膜，从而降低表面电阻率，使已经产生的静电荷迅速泄漏，以达到抗静电的目的；二是赋予材料表面有一定的润滑性，降低摩擦系数，从而抑制和减少静电荷的产生。 无论是使用外部抗静电剂还是内部抗静电剂对材料进行抗静电处理，环境的相对湿度、温度以及表面浓度等因素对抗静电性能都有一定的影响。如图2所示。

图2 抗静电剂聚合物复合材料的导电机理示意图，1-抗静电剂、 2-抗静电剂间隔

四、抗静电剂的抗静电性能影响因素

用各种亲水性聚合物作为抗静电剂，加入到基料树脂中可得到高分子聚合型永久性抗静电剂树脂，技术关键是提高永久性抗静电剂在树脂中的分散程度和状态，因为它是在母体中形成芯壳结构，并以此为通路泄漏静电荷。永久性抗静电剂以微细的层状或筋状形态主要分布在制品表面，而在中心部分较少且主要以颗粒状存在。决定形态结构的主要因素是成形加工条件和与母体树脂的相容性，最直接的影响因素是母体与永久性抗静电剂的熔融粘度差或粘度比，它常以剪切速率和加工温度控制。

湿度和温度的影响

水具有一定的导电性 ,纯水的导电率大约为 3. 3 ×10 - 5S/ cm ,其带电半衰期仅有10 - 6 s。因此，材料的表面若还有一定量的水分，即在一定的湿度条件下，绝缘性材料也会表现出一定的表面导电性，若有水合离子生成，可提高导电性。湿气化的电解质离子，构成离子导电通道；非离子化合物，由于本身的增湿作用，亲水基与空气中的水分子形成氢键，产生离子化趋向，除构成泄漏电荷通道外，还充当电荷交换接触点，实现电荷交换。最近的研究表明，带有 - OH、- NH3 的抗静电剂，通过形成氢键，电荷的转移可由质子转移来完成。因此环境湿度越大 ,抗静电效果越好。

与树脂相容性的影响

抗静电剂与树脂的相容性取决于高分子材料的分子结构和抗静电剂的极性，极性相近者相容。两者相容性过甚，抗静电剂分子的迁移难以进行，表面损失的抗静电剂不能及时得到补充，难以发挥作用；而相容性太差又造成加工困难，抗静电剂会大量析出，制品外观性能下降，析出的抗静电剂会很快损失，同样难以维持持久的抗静电效果。因此，选择适当的亲水基和亲油基的搭配，是抗静电剂特别是内部抗静电剂分子设计首先要考虑的。

高聚物分子结构的影响

在与分子结构有关的参数中，首先是玻璃化温度( Tg) ,在玻璃化温度以上，靠聚合物分子的微观布朗运动，加到聚合物中的抗静电剂分子不断向表面迁移。在此温度以下，聚合物分子呈冻结状态，抗静电剂几乎封闭在聚合物分子之间，很难向表面迁移。所以，在这种情况下，要选择与树脂极性差别大的抗静电剂 ,并适当增大添加量，借助成形加工过程，通过模具表面向制品表面转移。另一方面，聚合物结晶状态的不同也造成抗静电剂迁移速率的差异。其次还有抗静电剂表面浓度、其它添加剂等的影响。

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