有機抗靜電劑的研究進展

高軍 吳劍 涂賓 鄧淑玲 林志丹

摘 要：介紹了高分子材料靜電的危害，有機抗靜電劑的分類和作用機理，闡述了抗靜電劑在高分子材料中的應用及發展概況。

關鍵詞：抗靜電劑 高分子材料 應用

中圖分類號：TQ314.24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0098-01

高分子材料具有質輕、無毒、耐腐蝕、高抗沖、容易加工、成本低且可重復使用等優點，在人們的生活、生產、科技、醫療等領域應用廣泛。但是高分子材料在使用加工過程中極易產生靜電荷積累，不僅影響材料的外觀特性、制造和使用，還存在安全隱患。靜電的積累會造成吸塵、電擊，甚至造成燃燒、爆炸等危險情況[1]。加入有機抗靜電劑是一種直接有效的防靜電方法。

1 抗靜電劑的作用機理

抗靜電的方法比較常用的有兩種，一是增加制品的潤滑性，抑制靜電荷的產生；二是加速靜電荷的泄露。可以通過表面改性、添加導電填料或使用有機抗靜電劑來提高材料的電導率，抗靜電的效果通過提高材料電導率來達到。有機抗靜電劑[2]是一種通過涂刷、噴灑在制品表面，或添加到材料內部以達到抗靜電作用的表面活性劑，因為其具有兩親結構，并且可以在相界面上被吸附，使材料電阻率和相間表面張力降低。根據使用方法不同可以將有機抗靜電劑分為外涂型和內混型。

1.1 外涂型靜電劑的作用機理

抗靜電劑的吸濕性和制品的表面電阻率決定了外涂型靜電劑的作用效果。其主要作用機理是：通過鍵與空氣中的水分子結合，抗靜電劑的親水基在塑料表面形成一個單分子導電膜，能夠降低表面電阻，加速電荷的泄漏；摩擦間隙中的介電常數高于空氣中的介電常數，使電場強度變弱，從而導致產生的電荷減少了[3-4]。

1.2 內混型抗靜電劑的作用機理

內混型抗靜電劑的作用效果與吸濕性及電阻率相關聯，此外還與高分子材料相容性及遷移速度有關。抗靜電劑的親水基遷移到制品表面并形成水吸附層，通過吸附層使電阻率得到提高，這就是其作用機理。樹脂內部的抗靜電劑分子會不斷向表面遷移，從而能恢復因摩擦、水洗和拉伸等造成的材料表面抗靜電劑分子層的缺損，使抗靜電劑的持久性進一步提高。

2 抗靜電劑的分類

根據抗靜電劑的化學組成結構，可分為高分子型抗靜電劑和表面活性劑型兩種。

2.1 表面活性劑型抗靜電劑

根據其親水基團電離與否，將表面活性劑型抗靜電劑分為離子型（陽離子型、陰離子型、兩性型）和非離子型。

電離后帶負電的分子中親水基團是陰離子型抗靜電劑，陰離子表現出活性。陰離子抗靜電劑包括硫酸鹽、烷基磺酸鹽、羧酸鹽、高級脂肪酸鹽、聚合型及磷酸衍生物等，其抗靜電性和耐熱性好，但相容性和透明性差，適用于PS、PP、PE、PVC。電離后為正電的為陽離子型抗靜電劑，主要有銨鹽、季銨鹽、烷基氨基酸鹽等，常用作外涂覆型抗靜電劑，其抗靜電性和附著力好，但耐熱性差，適用于PVC。其中，季銨鹽抗靜電性能良好的和附著力強，并在塑料和纖維中作為抗靜電劑被廣泛應用。但因為一些有些季銨鹽化合物有較差的熱穩定性，并且還有刺激性和毒性，使其應用受到一定的限制。在分子結構中同時具有陰離子親水基和陽離子親水基的稱作兩性型抗靜電劑，主要包括咪唑啉金屬鹽、季銨羧酸內鹽等，可分別與陰離子或陽離子配合使用，抗靜電效果好，適用于ABS、PS。

非離子型抗靜電劑本身不帶電荷而且極性很小。主要包括多元醇脂肪酸酯、聚乙二醇酯或醚類、脂肪酸烷醇酰胺等化合物，適用于PE、PVC、PP、ABS。

2.2 高分子型抗靜電劑

所謂的永久型抗靜電劑即高分子型抗靜電劑，屬于親水性聚合物，是一類新型抗靜電劑。在制品表層永久型抗靜電劑的分布主要是呈筋狀或微細的層狀，但在中心部分分布基本是球狀，即芯殼結構，并以此作為泄露靜電荷的通路。永久型抗靜電劑在樹脂中的分散程度和狀態是其發揮抗靜電作用的兩個關鍵因素。與傳統抗靜電劑相比，永久型抗靜電劑有持久的抗靜電效果，沒有誘導期，不受洗滌、擦拭等影響，適用于PS、PP、ABS、PVC、PE等樹脂。不過其抗靜電性能雖然好，但有較高的價格，有較大的添加量，通常為10%以上，其應用受到了很大程度的限制。

3 抗靜電劑在高分子材料中的應用

3.1 塑料用抗靜電劑

塑料有很差的導電性，是很好的電絕緣體，接觸或摩擦其他材料就會起靜電。因此，必須添加抗靜電劑來使得塑料制品表面的電阻降低。塑料工業中會廣泛應用抗靜電劑，如礦用管、醫療器械、電子儀器塑料殼體的靜電消散、石油輸送管道的防靜電。

3.2 涂料用抗靜電劑

隨著生產的需要，防靜電涂料也被廣泛應用于各個等領域，包括電氣配線系統、汽車、油罐、航空。涂料抗靜電劑是表面活性劑的一種，其抗靜電效果迅速、優良，且易于分散于水，溶于乙醇、異丙醇等溶劑及其混合溶劑。

3.3 纖維用抗靜電劑

常規合成纖維不加整理劑時，體積電阻率為1013～1014Ω·cm，是絕緣材料，加工時摩擦可產生靜電，與工件發生纏繞；制品易沾污吸塵；穿著不舒適。纖維使用過程中抗靜電劑是不可或缺改性劑。

3.4 橡膠用抗靜電劑

橡膠中通常會添加炭黑作為補強劑，加入炭黑就可以使橡膠表面的抗靜電性能提高。不過橡膠抗靜電多集中于對非炭黑添加型橡膠的應用和研究，因此很少有關于橡膠抗靜電劑方面的報道。朱玉璘等[5]在季銨鹽抗靜電劑對聚氨酯橡膠表面抗靜電性能的影響的研究中發現，聚氨酯橡膠中加入少量（2%）的抗靜電劑就表現出較好的抗靜電性。

4 結語

抗靜電劑在高分子材料中有著廣泛的應用，隨著生產的需要，人們對抗靜電劑性能也有越來越高的要求。研究開發出的抗靜電劑只有高效穩定、抗靜電性能和耐久性優異才能滿足市場的需求。

參考文獻

[1] 杜仕國.抗靜電劑的開發及其應用[J].化工新型材料，1994（7）：9-12.

[2] 王僧山，查敏，余章普，等.有機抗靜電劑的應用和發展現狀[J].加工應用，2006（3）：43-47.

[3] 呂世光.塑料助劑手冊[M].北京：輕工業出版社，1988.

[4] 趙擇卿.高分子材料抗靜電技術[M].北京：紡織工業出版社，1991.

[5] 朱玉璘，王淑榮.聚氨酯用季銨鹽類抗靜電劑[J].聚氨酯工業，1994（4）：11-15.