高分子型抗靜電劑的發展狀況

高軍等

摘 要：介紹了高分子型抗靜電的特性與類別，闡述了其作用機理及影響其抗靜電性能的因素，分析了國內外高分子型抗靜電劑的研究現狀、發展趨勢。

關鍵詞：抗靜電劑；高分子；永久型

抗靜電劑是一類具有減少或抑制高分子材料靜電荷產生作用的化學添加劑。它是通過增加制品潤滑性或加速靜電荷泄漏，來達到抗靜電的目的。抗靜電劑作為塑料、橡膠的常用改性劑，其研究技術日益成熟，目前研究主要趨向于高性能、持久性方面。高分子型抗靜電劑由于具有永久抗靜電性，是近年來研究開發的熱點。

1 高分子型抗靜電劑

1.1 高分子型抗靜電劑的特性與類別

高分子型抗靜電劑又叫永久抗靜電劑，是指抗靜電劑本身也是聚合物，一類親水或導電單元的聚合物。主要類別有：季銨鹽型（季銨鹽與甲基丙烯酸酯縮聚物的共聚物、季銨鹽與馬來酰亞胺縮聚物的共聚物），聚醚型（聚環氧乙烷、聚醚酰胺、聚醚酰胺亞胺、聚環氧乙烷-環氧氯丙烷共聚物），內銨鹽型（羧基內銨鹽接枝共聚體），磺酸型（聚苯乙烯磺酸鈉），其它類型（高分子電荷移動結合體）[1]。高分子型抗靜電劑具有優異的抗靜電性、耐熱性和抗沖擊性，不受擦拭和洗滌等條件影響，對環境濕度依賴性小，且不影響制品力學和耐熱性能，但添加量較大（一般為5%～20%），價格偏高，而且只能通過混煉的方法加入到樹脂中。可作為塑料、合成纖維外部用永久性抗靜電劑。

1.2 高分子型抗靜電劑的作用機理

高分子型抗靜電劑主要在母體中形成“芯殼結構”，并以此為通路泄漏電荷。高分子型抗靜電劑作為一類內添加型抗靜電劑，改善高分子材料的表面抗靜電性能的方式是采用與高分子基體共混；比起外抗靜電劑，高分子抗靜電劑與樹脂具有更好的相容性，在制品表層呈微細的層狀或筋狀分布，在中心部分呈球狀分布，即“芯殼結構”，有助于釋放靜電荷，提高制品抗靜電性能。因此其技術關鍵是提高高分子型抗靜電劑在樹脂中的分散程度和狀態。

盧霜[2]選用了反應型水溶性聚氨酯高分子永久型抗靜電劑DM-3723，通過浸軋法對聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維和聚酰胺纖維織物進行抗靜電改性。研究發現，DM-3723可賦予滌綸和錦綸織物優異的抗靜電性，并且手感富有彈性，豐滿度好，洗滌后仍能牢固吸附在織物表面。已有報道，在聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維中添加3%-5%的高分子永久型抗靜電劑，其表面電阻率就能降到1010Ω以下，且半衰期小于10s[3-4]。

2 影響高分子型抗靜電性能的因素

成型加工條件和與樹脂的相容性是決定高分子型抗靜電劑形態結構的主要因素，而抗靜電劑與樹脂基體的熔融粘度差最直接的影響因素。高分子抗靜電劑受環境濕度影響小，影響其抗靜電作用效率的主要因素為微觀形態、成型工藝、與高分子材料的相容性等。

2.1 微觀形態

具有較高的極性高分子型抗靜電劑與極性較低的材料復合，相容性不佳且抗靜電效果差。如ABS樹脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）中加入抗靜電劑PEEA，應使平均1個羧基基團能夠與PEEA的酰胺基團結合或生成酯，從而提高他們的相容性，進而提高ABS樹脂的抗沖強度和改善層狀剝離問題。

2.2 成型工藝

其它條件一定時，合理的成型加工條件對材料的抗靜電性能也有顯著影響。在共混過程中抗靜電劑的濃度應該低于塑料基體的濃度；在熔融加工成型時，抗靜電劑的粘度應該大于材料的粘度，這有助于其更好地分散于基體中；由于受到高剪切力，在擠出加工成型時，應該綜合考慮粘度和剪切力兩個因素。當然，適宜的混料方式、加工溫度、螺桿轉速及冷卻速率均有助于提高材料的抗靜電性能。

2.3 與高分子材料的相容性

抗靜電劑的抗靜電效果與其與高分子材料的相容性有很大關系，影響主要源于抗靜電劑的遷移作用[5]。高分子型抗靜電劑作為一種添加型抗靜電劑，與材料應有適宜的相容性，若兩者相容性過好，基體樹脂對抗靜電劑的吸引作用增強，抗靜電劑在樹脂內部向表面遷移的能力降低，最終影響抗靜電效果；而與材料的相容性太差，抗靜電劑會在材料表面析出，不僅制品外觀受影響，且難以達到長久抗靜電效果，甚至造成加工性能下降，成型困難[6]。如將抗靜電劑PEEA加入到聚烯烴塑料中時，應同時加入相容劑與PEEA中的酰胺基團發生接枝反應。

其次，還有高聚物分子結構、其它添加劑等的影響。

3 國內外發展狀況

高分子型抗靜電劑是目前國際上研究的重點，但還沒有得到廣泛應用。在國外，已經商品化的高分子型抗靜電劑并不少見。如汽巴精化的Iragastat P 系列的產品，其中Iragastat P 18適用于加工溫度低于220℃的制品，而Iragastat P 22適用于PP、HDPE、PS、PET、PBT等塑料。日本旭化成工業公司成功開發的牌號為Adion-A的ABS系永久型抗靜電塑料，是以聚乙二醇系聚酰胺作為永久抗靜電劑。Atofina公司的高分子永久型抗靜電劑Pebox 4011，適用于PVC、ABS、PS等樹脂。日本油墨公司采用聚二環氧甘油醚乙二醇酯，并添加堿金屬或堿土金屬作為永久抗靜電劑，能使尼龍6的電阻率降至108Ω·cm。

國內能夠商品化的抗靜電劑比較少，高分子型抗靜電劑則更少。其中研究開發抗靜電劑比較有名的單位有杭州市化工研究所、上海助劑廠、重慶主機廠、山西省化工研究所、濟南市化工研究所。周向東等[7]將封端型水系聚氨酯抗靜電劑與相關助劑復配成了耐久型抗靜電整理液，抗靜電效果顯著且具有很好的持久穩定性。

總的來說，國內抗靜電劑特別是高分子型抗靜電劑的研究還處于發展階段，與發達國家尚有一定差距，因此應在現有抗靜電劑研究基礎上加快新品種、新技術的研究進程，開發抗靜電性能優異、高效穩定、用途廣泛的抗靜電劑，才能滿足我國各行各業不斷發展的需要。

參考文獻

[1]張傳兆.異壬醇的發展現狀及市場分析[J].齊魯石油化工，2010，38（4）：341-345.

[2]盧霜.抗靜電劑DM-3723[J].印染，2009（11）：35-37.

[3]杭偉明，朱亞偉.滌綸和棉綸織物的抗靜電整理[J].紡織學報，2009，30（6）：86-89.

[4]宋會芬，高琳，梁繼月.丙綸紡粘非織造布抗靜電整理的工藝研究[J].合成纖維，2006（5）：18-21.

[5]田瑤珠，于杰，羅筑等.不同類型4種抗靜電劑在PE-HD中的應用效果及機理分析[J].聚合物與助劑，2004（2）：32-37.

[6]梁玉蘭，周禮邦.抗靜電劑的合成及其在涂料中的應用[J].廣東化工，1997（4）：26-28.

[7]周向東，李純清，桂陸軍.封端型水系聚氨酯抗靜電劑的研制及應用[J].紡織學報，2003，34（4）：293-295.