第六章_抗静电剂
第六章 抗静电剂
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• 6.1 概述
• 塑料具有电绝性(导电聚合物除外),塑料与其他材
料接触或摩擦时会产生静电积累。积累的静电如不及
时消除,可能导致静电吸附、吸尘、火化放电等,引
起燃烧、爆炸。
• 消除静电的方法有导电材料(导电炭黑、金属粉等)
填充法、导电装置法、抗静电剂。
• 采用抗静电剂(表面活性剂)消除塑料制品的静电,
有外部涂敷法和内部添加法。前者持久性差,多用于
临时性或短期静电处理,应用范围窄;内部添加法采
用的离子型和非离子型表面活性,因基材树脂...
第六章 抗静电剂
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• 6.1 概述
• 塑料具有电绝性(导电聚合物除外),塑料与其他材
料接触或摩擦时会产生静电积累。积累的静电如不及
时消除,可能导致静电吸附、吸尘、火化放电等,引
起燃烧、爆炸。
• 消除静电的方法有导电材料(导电炭黑、金属粉等)
填充法、导电装置法、抗静电剂。
• 采用抗静电剂(
面活性剂)消除塑料制品的静电,
有外部涂敷法和内部添加法。前者持久性差,多用于
临时性或短期静电处理,应用范围窄;内部添加法采
用的离子型和非离子型表面活性,因基材树脂的结构
特性不同而分别选用。
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• 6.2 塑料的静电防止机理
• 6.2.1、静电产生
• 任何两种固体物,由于化学组成不同或物理状态相
异,接触时会发生结构内部电荷的重新分配,分离
后,会产生静电。由于物体中不同原子得失电子的能
力不同,不同的原子的外层电子能级不一样,其间易
发生电子转移,能量传递,因此两种物质接触时,界
面会出现大小相等,符号相反的两层电荷,称双电
层。其间的电位差称接触电位差。
• 不同物质其原子的原子核,对核外电子的束缚能力不
相同,以功函数或逸出功ψ表示。束缚能力大者,电
子不易逸出,相反地易吸引其它原子的电子,功函数
大,易带负电;反之,功函数小者带正电。当两种功
函数不同的物体接触时,其界面由于有双电层而产生
接触电位差,接触电位差与这两个物体的功函数差成
正比。
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• 在电场力的作用下,电子将从功函数小的迁向功函数
大的,直到接触界面形成的双电层产生的反向电位差
与接触电位差相等而抵稍时,电荷的转移才停止。
• 表6-1 不同聚合物的ψ
聚合物名称 ψ(ev) 聚合物名称 ψ(ev)
尼龙-66
聚醋酸乙烯酯
PMMA
聚碳酸酯
聚乙烯
聚苯乙烯
4.3
4.38
4.68
4.80
4.9
4.9
聚砜
氯化聚乙烯
聚氟氯乙烯
聚四氟乙烯
4.93
5.14
5.30
5.75
从表中可以看出,两种聚合物接触时,位于前面的聚合物带正电,后面
的带负电。前后相距较远者,即ψ1与ψ2差愈大者,电荷转移愈多;同
时还与接触面积有关,面积大者电荷转移多,反之转移少。
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• 塑料与塑料摩擦时,所带电荷的正负,取决于组成塑
料的聚合物的介电常数ε大小,一般认为,介电常数
大者带正电,小者带负电。
• 表6-2 聚合物的起电顺序与其介电常数的关系。
聚合物名称 ε
(60Hz)
聚合物名称 ε(60Hz)
聚胺酯
尼龙-66〕
乙基纤维素
PMMA
聚乙烯醇缩甲醛
聚对苯二甲酸乙二醇酯
硬聚氯乙烯
7
4.0~4.6
3.8~4.3
3.7
3.2~3.7
3.4
3.2~3.6
聚碳酸酯
氯化聚醚
聚偏二氯乙烯
聚苯醚
聚苯乙烯
聚丙烯
聚四氟乙烯
3.1
3.1
3.0
2.55
2.45~2.65
2.25
2.0~2.2
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• 聚合物自身或与其它物体相接触和摩擦时,一方面不
断产生静电,一方面又不断漏泄,电荷的积聚是一个
过程的动态平衡。
• 电荷漏泄的快慢,与电阻有关。
• 塑料的电阻都很大,所以静电很容易产生。如果所带
电荷的漏泄,只能靠塑料本身来完成,尽管用的时间
很长,但也是极其困难的,效果也不佳。
• 表6-3 一些塑料在20℃、65%相对湿度下与不锈钢摩擦后产生的静电压
塑料名称 V静(v) 塑料名称 V静(v)
硬聚氯乙烯
软聚氯乙烯
高压聚乙烯
低压聚乙烯
2000~4000
1000~3000
400~800
1000~2000
聚丙烯 2000~
4000
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• 6.2.2、静电的消除和预防止
• 抗静电剂的作用一是尽量控制静电的发生;二是尽
快将其漏泄掉。
• 选择抗静电剂时,一般都应考虑其具有润滑作用和吸
湿作用。利用润滑性可减少塑料表面的摩擦,减少静
电的发生;而更重要的是抗静电剂分子能排布于塑料
表面,吸附大气中的水分子,形成一层“水膜”,这层
膜在塑料表面可形成一层导电的通路,增加了塑料表
面积聚的电荷通向大气的传导作用。因为水是极性物
(纯水的体积电阻ρ为10^8Ω cm;一般水的ρ为10^
6Ω.cm),比塑料的体积电阻小10个数量级以上,故易
于把塑料表面的静电漏泄于空气中。
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• 目前使用的抗静电剂,绝大部分为表面活性剂,其使用方式
(1)用于表面处理;(2)加入塑料内部。在塑料工业中多
使用后一种方式。因此要求抗静电剂分子都含有亲水基团和
亲油(憎水)基团。
• 表6-4 抗静电剂分子中亲油部分和亲水部分分类表
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• 抗静电剂在制品中分布往往是不均匀的,表面的浓度高于
内部浓度。
• 经摩擦、洗涤或拉伸等过程,制品表面的抗静电剂会损
失。制品内部的抗静电剂总是不断向表面迁移,使损失那
部分及时得到补充,不同树脂其补充的速度不同。
• 抗静电剂向表面迁移的速度与树脂的玻璃化温度、抗静电
剂和树脂的相容性以及抗静电剂的分子量大小有关。
• 玻璃化温度低的树脂,迁移速度较快;与树脂相溶性小的
抗静电剂,迁移速度较大,与树脂相容性差的树脂,迁移
速度较快,甚至会无限制地向表而喷出,反而影响制品表
面性质。所以添加的抗静电剂与树脂的相溶性要适度。
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• 按其分子亲水基能否电离,抗静电剂可分为离子型和
非离子型。由于离子型抗静电剂可直接利用本身离子
导电以漏泄电荷,故目前用得最多。
• 当塑料熔融时,离子型抗静电剂在塑料熔体表面定向
排列。在塑料内部还分散有抗静电剂分子。塑料冷却
硬化后,定向排列结构被固定下来,在塑料一空气(或
金属)的界面稠密排列。抗静电剂的极性基(亲水基)都
向着空气一侧排列,形成一个单分子导电层。从而达
到消除静电的作用。
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• 6.2.3.抗静电剂主要品种
• 根据化学组成不同。抗静电剂可分为硫酸衍生物、磷酸衍
生物、胺类、季铵盐、咪唑类以及环氧乙烷衍生物等。
• 根据抗静电剂分子中的亲水基能否电离,分为离子型和非
离子型两种。
• 离子型抗静电剂根据电离后电荷的正负又分为阳离子型、
阴离子型和两性离子型三种。
• 1.阳离子抗静电剂
• 代表性品种:(1)单官能团:硬脂基三甲基季铵盐酸
盐,主要用于聚烯烃、ABS、聚碳酸酯等。
• 硬脂基三甲基季铵盐酸盐
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• (2)双官能团:抗静电剂硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝
酸盐,主要用于聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯薄及制品的
抗静电剂。
• 2.阴离子型抗静电剂
• (1)单官能团型抗静电剂 对壬基苯氧基丙基磺
酸钠(NP),主要用于氯醋树脂、ABS、聚烯烃等。
硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸盐
对壬基苯氧基丙基磺酸钠(NP)
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• (2)多官能团抗静电剂 烷基双(α-羟乙基胺磷
酸酯),主要用于合成纤维。
• (3)高分子型抗静电剂 为聚丙烯酸盐、马来酸酐
和其它不饱和单体共聚物的盐、聚苯乙烯苯磺酸等。
主要用于纤维。
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• 3.非离子型抗静电剂
• (1)四溴双酚A 主要用于ABS、环氧树脂、聚氨
酯。同时也是阻燃剂。(兼有反应性)
四溴双酚A
•(2)硬脂酸单甘油酯类,如ADA-10M及ASA-10等
主要用于聚烯烃类。
硬脂酸单甘油酯
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• 3.两性型抗静电剂
• (1)烷基二羧甲基铵乙内酯,主要用于聚酯、尼龙
等。
• (2)十二烷基二甲基季乙内盐,主要用于聚酯、聚丙
烯、尼龙等。
烷基二羧甲基铵乙内酯
十二烷基二甲基季乙内盐
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• 各种抗静电剂由于化学结构不同,性能各异,产生的效果
也不同。
• 阳离子型的季胺盐类对高分子材料有较强的附着力,抗静
电性好,是塑料中用得较多的一类抗静电剂,但对皮肤有
刺激作用,且有毒,不适用于食品包装薄膜。
• 阴离子抗静电剂,通常对皮肤无作用,又不影响塑料的着
色,但在塑料中除酸性烷基磷酸酯或盐和烷基硫酸外,通
常很少使用。
• 一般非离子型的抗静电性较离子型差些,但热稳定性好,
不易引起塑料老化,尤适用于低温条件下;还可与阴或阳
离子型抗静电剂并用。
• 两性型的抗静电剂的最大特点是能与阴或阳离子型配合使
用。它们均对聚合物有强的附着力,因而能发挥优良的抗
静电性。
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