抗靜電劑在聚烯烴中的應用和研究進(jìn)展


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  抗靜電劑是塑料助劑中較常見(jiàn)的一種添加劑。隨著(zhù)塑料工業(yè)的不斷發(fā)展,抗靜電劑的產(chǎn)量不斷增長(cháng)。2003和2004年北美地區的抗靜電劑市場(chǎng)以每年4%左右的幅度增長(cháng),大多用于電子家電產(chǎn)品和食品包裝材料。未來(lái)幾年我國抗靜電劑市場(chǎng)需求將以年均10%~15%的速度增長(cháng)[2]。目前國內生產(chǎn)能力不足,尤其是高性能新品種抗靜電劑生產(chǎn)能力較少,不能滿(mǎn)足國內的需求。

    1抗靜電劑在聚烯烴中的應用

    1.1抗靜電劑的種類(lèi)[3~5]

    所謂抗靜電劑是指涂敷于材料表面或摻和在材料內部,以防止減少靜電積累的助劑。根據使用方式的不同,分為外加型抗靜電劑和混煉型抗靜電劑。

    外加型抗靜電劑的主要化學(xué)成份是表面活性劑。使用前首先用適當的溶劑配制成0.5%~2.0%濃度的溶液,然后通過(guò)涂布、噴霧、浸漬等方法使之附著(zhù)在聚合物制品的表面。應當指出,外加型抗靜電劑在制品表面只是簡(jiǎn)單的物理吸附,擦拭、水洗后極易失去,使制品不再具有抗靜電效果,故而屬于“暫時(shí)性抗靜電劑”。

    混煉型抗靜電劑是在聚合物的加工過(guò)程中添加到樹(shù)脂內,成型后顯示良好的抗靜電性?;鞜捫涂轨o電劑與樹(shù)脂構成均一體系,抗靜電效果持久。同時(shí)混煉型抗靜電劑要具有良好的耐熱性,在樹(shù)脂的加工溫度(100~300℃)下不分解、不揮發(fā),并且應具有與樹(shù)脂良好的相容性。

    抗靜電劑的品種很多,主要是一些表面活性劑。其中陽(yáng)離子型抗靜電劑的抗靜電性能優(yōu)異,耐熱性較差,一般用于外部涂敷;陰離子型的耐熱性和抗靜電效果都比較好,但與樹(shù)脂的相容性較差;非離子型的相容性和耐熱性能良好,但用量相對大;兩性型抗靜電劑與陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型抗靜電劑具有良好的配伍性,它們對樹(shù)脂的附著(zhù)力較強,抗靜電效果顯著(zhù)。高分子型永久抗靜電劑是近20年涌現出的一種新型抗靜電劑,屬于親水聚合物。主要分為聚醚類(lèi)、季銨鹽類(lèi)、磺酸鹽類(lèi)和甜菜堿類(lèi)。高分子型抗靜電劑在基體樹(shù)脂中形成芯殼結構,并以此為通路泄漏靜電荷;它主要以細微的層狀或芯狀形態(tài)分布在制品的表面,而在中心部分較少且主要以顆粒狀存在。決定該配合體系形態(tài)結構的主要因素是成型加工條件和高分子型抗靜電劑與聚烯烴的相容性 1.2抗靜電劑的作用機理[3,6~7]

 
    外加型抗靜電劑一般以水、醇或其他有機溶劑作為溶劑,配成一定濃度的溶液。在用溶液浸漬聚合物時(shí),抗靜電劑分子中的親油基吸附在聚合物表面上,親水基則向外側均勻取向,吸收環(huán)境水分,形成一個(gè)單分子的導電層,從而加速電荷的釋放?;鞜捫涂轨o電劑在制品加工中與樹(shù)脂均勻混合,在使用或儲存中從制品內部均勻遷移至制品表面。當聚合物配合體系處于熔融狀態(tài)時(shí),在聚合物熔體與空氣、金屬(加工機械或模具)的界面會(huì )形成抗靜電劑分子的取向排列,其中親水基伸向熔體外部,親油基固定在熔體上,熔體固化后在制品表面形成一個(gè)抗靜電劑的單分子層。
 
    1.3抗靜電劑的選用原則[7]
 
    理想的抗靜電劑既要具有時(shí)效性,又要具有持久性,不同情況會(huì )有不同的要求,其中最基本的原則是:
 
    (1)熱穩定性。聚烯烴加工溫度一般在100~200℃,故要求抗靜電劑在制品加工溫度下或在反復加熱過(guò)程中不會(huì )分解。
 
    (2)與聚合物基體有合適的相容性。對于混煉型抗靜電劑,如果與聚合物基體相容性差,就會(huì )絕大部分從聚合物中遷移到基體的表面,抗靜電耐久性差。
 
    (3)不影響其他助劑的性能。在聚烯烴加工過(guò)程中往往加入很多助劑,如熱穩定劑、抗氧劑、阻燃劑、潤滑劑、著(zhù)色劑等,因而抗靜電劑必須與其他助劑有比較好的相容性。
 
    (4)保證制品的各項性能。抗靜電劑不應該對制品的機械性能有負面影響或影響盡可能小;抗靜電劑也不應影響制品的透明度、著(zhù)色性。
 
    (5)無(wú)毒無(wú)臭,環(huán)境友好,有較高的衛生安全性。
 
    (6)不降低成型加工性和聚烯烴本身物性以及二次加工性能,同時(shí)不腐蝕成型機械或模具。
 
    (7)不會(huì )影響成型加工溫度,本身不發(fā)煙,不著(zhù)色等。
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