抗靜電劑在高分子材料中的應用研究

付瑩瑩 劉一諾 陳震 李新露 商艷濤

摘 要：隨著現代工業不斷發展，其對于材料的需求越來越難以滿足，導致工業發展的需求與現有材料本身所具有的物理屬性之間的矛盾越來越突出，所以科學家們圍繞材料的分子結構不斷地進行探索，試圖通過打破原有材料的分子結構，用一種或者幾種分子結合成具有多個重復單體單元的大分子，于是有機高分子材料就應運而生了。聚合物材料是高分子材料的另一個名字，它的基體是高分子化合物，然后再配制有其他的添加劑。高分子材料在眾多優越的特性中卻存在著一個缺陷，即高分子材料在應用過程中非常容易產生靜電，從而對一些行業造成某種程度上的危險。所以，抗靜電劑在高分子材料中的應用研究就顯得非常有必要了。本文將從抗靜電劑的種類、作用，在高分子材料中使用抗靜電劑的必要性以及提升抗靜電劑效果的策略等方面展開論述，希望能對現代工業發展有所借鑒意義。

關鍵詞：抗靜電劑;高分子材料

1 抗靜電劑的種類及作用

1.1 外涂型和內混型

1.1.1 外涂型抗靜電劑

外涂型抗靜電劑是指通過涂在高分子材料表面來實現抗靜電效果的一種抗靜電劑，在使用前需要先用水或乙醇來和這種抗靜電劑調配成一種質量分數在0.5%和2.0%之間的溶液，然后通過噴涂或浸漬等方式把抗靜電劑附著在高分子材料表面，干燥后就形成了抗靜電隔層。外涂型抗靜電劑之所以能發揮抗靜電效果主要是由于吸附了空氣中的水分子，使高分子材料的表面形成了均勻分布著的導電溶液，從而使高分子材料產生的靜電易導向外界。外混型抗靜電劑雖能廣泛地應用于諸多領域，但由于揮發性等因素又導致其抗靜電效果就顯得稍弱一些了。

1.1.2 內混型抗靜電劑

顧名思義，內混型抗靜電劑就是指在加工過程中添加在樹脂內的抗靜電劑。在加工時，先準備好定量的樹脂，再準備其質量的0.3%-3.0%的抗靜電劑，將二者混合后再加工成型以實現抗靜電效果。由于這種類型的抗靜電劑是存在于高分子材料內部的，所以其抗靜電的效果自然會比外混型的更加持久一些。

1.2 陽離子型、陰離子型和非離子型抗靜電劑

1.2.1 陽離子型抗靜電劑

陽離子型抗靜電劑主要是長鏈的烷基季銨、磷或鏻鹽，其平衡離子是氯化物。它們在極性基質（例如硬質聚氯乙烯和苯乙烯類聚合物等）中效果明顯，然而卻對這類高分子材料的熱穩定性方面存在著一些弊端。因此與食物接觸的物品是不允許使用這類抗靜電劑的，而且陽離子型抗靜電劑的抗靜電效果相對于內混型抗靜電劑，只達到了五分之一到十分之一。

這類抗靜電劑被廣泛應用于纖維和塑料中，其優點在于能夠較強地附著于高分子材料上，但也有其局限性，即耐熱性差，會傷害皮膚。

1.2.2 陰離子型抗靜電劑

陰離子型抗靜電劑一般是烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的堿金屬鹽，聚氯乙烯和苯乙烯類樹脂材料主要用陽離子型抗靜電劑來降低靜電的產生。陰離子抗靜電劑與陽離子抗靜電劑在聚烯烴類樹脂中的應用效果非常相似。在陰離子抗靜電劑中，苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯都主要使用烷基磺酸鈉來實現抗靜電的效果。陰離子抗靜電劑被廣泛應用于化纖油劑、油品和塑料的抗靜電中，其優越性在于不會傷害皮膚，不影響色彩效果，但是其抗靜電效果會差一些。

1.2.3 非離子型抗靜電劑

非離子型抗靜電劑能夠符合大多數高分子材料對抗靜電劑的要求，例如聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物，這類高分子材料就主要使用非離子型抗靜電劑來實現抗靜電效果。乙氧基化脂肪族烷基胺代表著最大的一類抗靜電劑，目前市場上生產銷售的幾種乙氧基化烷基胺，烷基鏈的長度和不飽和度的大小是它們之間的最大差異。乙氧基化烷基胺被認為是抗靜電效果非常好的一種抗靜電劑，因為它在濕度低的情況下仍然能保持良好的性能和較長的時間。另外乙氧基化烷基酸胺類具有高的商業價值，如乙氧基月桂酷胺及甘油一硬脂酸酯（GMS）。

2 在高分子材料中使用抗靜電劑的重要性

靜電在生活中是一種普遍的現象，如摩擦過的塑料梳子能夠粘附碎紙屑，或者秋冬季脫毛衣等織物時能夠聽見靜電的聲音等，靜電普遍存在于我們日常生活中。靜電的實質是一種摩擦后引起的電荷重新分布的現象。材料產生靜電的能力與自身的絕緣性有很大的關系，兩者呈正相關性。而高分子材料具有良好的絕緣性，所以其非常容易產生靜電且不易流失。在現代工業領域中，有機高分子材料被廣泛應用，所以防止靜電在生產過程中產生危害越來越得到人們的關注。靜電嚴重時會灼傷人們的皮膚;人們的內分泌系統也會受到各種電器電磁波和有害的干擾;尤其在在現代工業領域中，由靜電引起的電子設備的故障會造成電磁干擾;集成電路和精密的電子元件也可能會被達到一定積量的靜電擊穿，從而導致生產率降低;高壓靜電放電造成的電擊，甚至會危及人身安全;這些危害是我們不容小覷的，一旦發生后果不堪設想，因此使用抗靜電劑來避免高分子材料靜電危害是非常重要的。

3 提升抗靜電劑效果的策略

3.1 增加環境的濕度

抗靜電劑發揮作用的原理是高分子材料由于親水基的吸濕性而產生離子化基團，為離子導電提供了途徑。研究表明，環境濕度是影響抗靜電劑的效果的重要因素之一，二者呈正相關關系。即當環境濕度較高時，親水基的吸濕性會發吸附更多水分子，產生更多離子化基團，使抗靜電劑的效果最大程度地發揮出來。但是，當人工技術難以控制或調節環境濕度的時，我們只好選擇相對極性較大的抗靜電劑來增強其吸附水分子的能力，以此彌補環境濕度難以控制或調節的局限性，實現抗靜電劑效果的最大化。

3.2 精確地把握表面濃度

目前我們使用的抗靜電劑大多是表面活性劑，這種抗靜電劑是在噴涂于高分子材料表面上來發揮抗靜電作用的，因此其抗靜電效果與表面濃度存在極大的關系。但是二者并不存在簡單的正相關性或負相關性，經過大量實驗發現，高分子材料表面的抗靜電劑含量是存在一個適當區間的，只有當抗靜電劑含量達到相對應的程度時，抗靜電劑效果才能夠最大限度地發揮出來，一旦高于或低于相對應的含量時，抗靜電劑的效果就會大打折扣。另外，二者的相容性也會影響表面抗靜電劑的濃度大小。二者相容性較好時，抗靜電效果也會較好，反之不然。因此，我們在高分子材料表面噴涂抗靜電劑時，要考慮到兩者的相容性，最好能夠精確地把握抗靜電劑的表面濃度，使抗靜電劑的作用發揮到極致。

3.3 選擇適宜的成型工藝

內混型抗靜電劑的使用方法是先把樹脂和其添加質量的0.3%-3.0%的抗靜電劑機械混合再加工成型，以達到抗靜電效果的目的。這種方式就決定了加工成型工藝成為影響抗靜電劑效果的因素。這是因為在高分子材料中，粘度高的組分會被黏度低的組分覆蓋，所以在混合抗靜電劑與高分子材料時，應該保證樹脂基體的濃度高于抗靜電劑的濃度。除了選擇適宜的成型工藝外，混料方式、成型加工溫度、螺桿的轉速、冷卻速率在選擇時也要綜合考慮各種因素，選擇合適的條件進行混合以提升抗靜電劑的抗靜電效果。

4 結語

綜上所述，我國目前在高分子材料的抗靜電方面應用還存在諸多問題，所以還需要進一步的相關研究，我相信在更多專業人才的探索下，抗靜電劑在高分子材料中的應用會越來越成熟，效果也會更好，高分子材料易產生靜電的局限性將不會成為現代工業發展的限制。

參考文獻：

[1]侯攀，周科勇，王明.抗靜電劑在高分子材料中的應用研究進展[J].中國塑料，2017（07）：11-16.

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