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有机抗静电剂的应用和发展现状

1静电的产生与危害
    一般认为物体本身是电中性的,当两种化学组成不同或者物理状态不同的材料接触、摩擦时,它们表层上就会发生电荷再分配而形成双电层。两种物质重新分离后,每种材料上就会带上过量正(或负)电荷。这种形式产生的电荷就是静电。静电现象(thephenomenonofstaticelectricity)是指正常不带电的物体,由于摩擦、接触等原因而带上电荷的现象。摩擦产生的电荷可以通过体积传导、表层传导以及空中辐射的方式消散,但是如果电荷消散的速率比其产生的速率低,即电荷在绝缘体表层积累,当电荷积累到一定程度,静电荷就会以火花放电、电晕放电等形式向外释放。由于静电积累而产生的放电现象,在影响生产过程及制品的稳定性﹔在易燃易爆的环境中,还可能引起火灾或爆炸等危害。
    高聚物制品具有许多优越的性能,在化工及电子等领域都有比较广泛的应用。但是由于其一般都具有比较高的表层电阻率和体积电阻率,静电积累造成的危害严重。因此在高聚物成型加工和使用过程中,需要对高聚物制品进行抗静电改性。
2抗静电剂的应用和作用机理
    通常抗静电的方法一是通过增加制品的润滑性,抑制静电荷的产生,例如软质PVC在加工过程中添加适当的增塑剂就可以提高润滑性,提高抗静电效果。
    二是通过一定手段使已经产生的静电荷尽快泄漏。泄漏静电的方法主要有﹕接地﹔提高周围环境的湿度和增加材料的电导率[2]。提高材料的电导率是抗静电蕞有效、蕞根本的方法,可以通过表层改性或添加导电填料来提高材料电导率,也可以通过使用有机抗静电剂来达到相同的效果。
    有机抗静电剂是一种具有两亲结构、能够吸附在相界面上,降低相之间表层张力和材料电阻率的表层活性剂。有机抗静电剂通过在高聚物材料合成或加工过程中涂刷、喷洒在制品表层,或者在成型加工过程中添加到材料或制品内部以达到抗静电效果。有机抗静电剂的使用根据上述的使用方法分为外部涂敷法和内部混炼法。
    外用抗静电剂的作用效果取决于制品表层电阻率的大小和抗静电剂的吸湿性,作用效果与抗静电剂溶液的浓度有很大关系,溶液较稀时,增加浓度可以提高吸附量,使抗静电性能提高,但当接近饱和吸附的时候,浓度的进一步增加对抗静电性能影响较小。其作用机理主要为﹕(1)抗静电剂的亲水基吸附空气中的水分子,形成一个单分子导电膜。(2)离子型抗静电剂增加制品表层的离子浓度,增加制品的表层电导。(3)增加摩擦体间隙之间的介电性能。(4)抗静电剂的电荷中和制品表层电性相反的电荷。(5)增加制品表层的平滑性,降低摩擦系数,减少电荷的产生[2\3]。
    对于内用抗静电剂,其作用效果除了和电阻率及吸湿性有关外,还受它们与高聚物兼容性以及迁移速度的影响,作用机理主要是抗静电剂的亲水性基团迁移到制品表层并形成水吸附层,通过吸附层起到提高电导率的作用。这点与某些外用型抗静电剂的作用机理相似,不同的是制品内部的抗静电剂会不断向表层迁移9并补充制品表层因经水洗或摩擦而脱落的抗静电层,这样就会提高抗静电剂的耐持久性。
3.抗静电剂的选用原则
    由于聚合物种类多样,各种抗静电剂的作用效果是不同的,所以不同聚合物在加工或使用过程中,要选择不同类型的抗静电剂。理想的抗静电剂既要具有即
时性,又要具有持久性,但是根据不同的情况,一般都有不同的要求,其中蕞基本的原则是[2、3]。
   (1)耐久性、耐摩擦性。抗静电剂经过洗涤和摩擦从聚合物表层脱落就会失去效用,耐磨擦性抗静电剂往往具有高效持久的特点。
   (2)热稳定性。对于添加型抗静电剂,一般都是在聚合物加工的条件下混合到聚合物集体中,这就要求抗静电剂在制品加工温度下或在反复加热过程中不会分解。一般阳离子季铵盐类和非离子型表层活性剂都具有比较好的热稳定性。
   (3)与聚合物基体有合适的兼容性。对于添加型抗静电剂,如果与基体兼容性差,就会全部从聚合物中迁移到基体的表层,这种抗静电往往耐久性差﹔而如果抗静电剂与基体兼容性太好,就会完全分散在聚合物基体中,无法向基体的表层迁移,起不到抗静电作用。
   (4)对制品机械性能及表层特性的影响。由于聚合物加工与使用过程中需要一定的机械强度,所以抗静电剂不 应该对制品的机械性能有所影响﹔同时抗静电剂也不能影响制品的透明度、着色性。
   (5)与其他助剂之间的无对抗作用。在高聚物加工过程中往往加入很多助剂,如增塑剂、抗氧剂、热稳定剂、阻燃剂等,作为一种表层活性剂,抗静电剂必须与其他助剂有比较好的兼容性。
   (6)无毒无臭,对皮肤没有刺激性,不会破坏环境。

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