抗靜電劑概念 任何物體都帶有本身的靜電荷，這種電荷可以是負電荷也可以是正電荷，靜電荷的聚集使到生活或者工業(yè)生產(chǎn)受到影響甚至危害，將聚集的有害電荷導引/消除使其不對生產(chǎn)/生活造成不便或危害的化學品稱為抗靜電劑。 英文：Antistatic agent, ASA 抗靜電劑結(jié)構(gòu)特征 抗靜電劑一般都具有表面活性劑的特征，結(jié)構(gòu)上極性基團和非極性基團兼而有之。常用的極性基團(即親水基)有：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的陰離子，胺鹽、季銨鹽的陽離子，以及-OH、-O-等基團，常用的非極性基團(即親油基或疏水基)有：烷基、烷芳基等，從而形成了纖維工業(yè)常用的五種基本類型的ASA，即胺的衍生物，季銨鹽，硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。ASA 當涂層用時 ，疏水基團吸附于材料表面，最外層形成一層ASA 的分子層; 當采用共聚方法形成雙組分纖維時，外部的ASA 分子層受到破壞，內(nèi)部的ASA 便可以滲透到材料表面;材料表面有一個平滑的ASA 分子層，表面摩擦系數(shù)的降低使靜電產(chǎn)生幾率減少，但外用ASA 耐洗牢度不好，可考慮用反應性化合物與纖維在高溫下形成共價鍵結(jié)合[11]。 外用ASA 一般以水、醇或其它有機溶劑作為溶劑或分散劑，進行涂覆疏水基團附著于材料表面，向外排列的親水基團吸收環(huán)境中的微量水分，因為水是高介電常數(shù)的液體而形成導電層，并且纖維中所含的微量電解質(zhì)也一定程度地降低表面電阻;用于織物的ASA 多為飽和長碳鏈陽離子表面活性劑，因纖維表面呈負電性而容易被吸附形成濕氣膜，這樣材料摩擦間隙的介電常數(shù)也明顯提高;如果ASA 為離子化合物時，本身便具有離子導電作用[12]。內(nèi)用ASA 在聚合物中分布是不均勻的，當添加到一定數(shù)量時，復合材料的表面會形成一層親水基團向外排列的膜，同時內(nèi)部的ASA 能向表面滲透以 抗靜電劑 抗靜電劑 補充膜層的缺損;因此ASA 與聚合物的相容程度便形成了矛盾的兩方面，相容性好會使向外表滲透速度放慢，難以及時補充表層ASA 損失，反之又會使材料過早地喪失抗靜電性能。 抗靜電劑分類 根據(jù)使用方式的不同, 抗靜電劑可以分為外涂型和內(nèi)混型兩種。外涂型抗靜電劑是指涂在高分子材料表面所用的一類抗靜電劑。一般用前先用水或乙醇等將其調(diào)配成質(zhì)量分數(shù)為 0、5 %～2、0 %的溶液 ,然后通過涂布、噴涂或浸漬等方法使之附著在高分子材料表面 , 再經(jīng)過室溫或熱空氣干燥而形成抗靜電涂層。此種多為陽離子型抗靜電劑 , 也有一些為兩性型和陰離子型抗靜電劑; 內(nèi)混型抗靜電劑是指在制品的加工過程中添加到樹脂內(nèi)的一類抗靜電劑。常將樹脂和添加其質(zhì)量的0、3 %～3、0 %的抗靜電劑先機械混合后再加工成型。此種以非離子型和高分子永久型抗靜電劑為主 , 陰、陽離子型在某些品種中也可以添加使用。各種抗靜電劑分子除可賦予高分子材料表面一定的潤滑性、降低摩擦系數(shù)、抑制和減少靜電荷產(chǎn)生外 , 不同類型的抗靜電劑不僅化學組成和使用方式不同 , 而且作用機理也不同。 根據(jù)用法的不同，表面活性抗靜電劑有兩種，即外用的和內(nèi)用的、外用的、或局部的抗靜電劑是通過噴撒、擦搽或浸漬而施于聚合物的表面。這種外用抗靜電劑雖然適用于多種聚合物，但它們的效力只是暫時的，事后與溶劑接觸或與它物磨擦很容易失掉。內(nèi)用抗靜電劑則是在聚合物加工過程中摻合于其中。這樣的表面活性抗靜電劑能夠補充因搬運處理而被磨蝕的抗靜電功能。這種內(nèi)用抗靜電劑的作用有賴于噴霜。這里噴霜的意思是指加入于樹脂中的內(nèi)用抗靜電劑部分地向聚合物表面遷移的過程。因此，內(nèi)用抗靜電劑具有長期的抗靜電保護作用。 表面活性抗靜電劑可分為陽離子型的、陰離子型的和非離子型的。 陽離子抗靜電劑 通常是些長鏈的烷基季銨、磷或鏻鹽，以氯化物作平衡離子。它們在極性基質(zhì)中，如硬質(zhì)聚氯乙烯和苯乙烯類聚合物中效果很好，但對其熱穩(wěn)定性有不良影響。這類抗靜電劑通常不得用于與食物接觸的物品中;而且抗靜電效果僅為乙氧基化胺類之類內(nèi)用抗靜電劑的1/5到1/10。 陰離子抗靜電劑 通常是些烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的堿金屬鹽，也是主要用于聚氯乙烯和苯乙烯類樹脂中;它們在聚烯烴類樹脂中的應用效果與陽離子抗靜電劑相似。在陰離子抗靜電劑中，烷基磺酸鈉已廣泛應用于苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯中。 非離子型抗靜劑 如乙氧基化脂肪族烷基胺代表著最大的一類抗靜電劑。它們廣泛地應用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中。生產(chǎn)銷售的有好幾種乙氧基化烷基胺，其區(qū)別在于烷基鏈的長度和不飽和度的大小。乙氧基化烷基胺是很有效的抗靜電劑，即使是在相對濕度低的情況下亦然，而且長期有效。這類抗靜電劑已獲聯(lián)邦食品醫(yī)藥管理局批準，應用于與食品間接接觸的物品中，其他商業(yè)上有價值的非離子型抗靜電劑還有乙氧基化烷基酸胺，如乙氧基月桂酷胺，及甘油一硬脂酸酯(GMS)。乙氧基月桂酷胺適用于在濕度小的環(huán)境里使用的聚乙烯和聚丙烯，而且要求有速效長效的抗靜電功能的場合。GMS類抗靜電劑則只考慮用于加工過程中的靜電保護。盡管GMS向聚合物表面遷移的速度快，但它不能像乙氧基化烷基胺或乙氧基化烷基酸胺那樣發(fā)揮持久的抗靜電作用。 可以將高達75%的液體或低熔點的乙氧基化烷基肢和聚合物摻合制成濃縮母料，這些母料是自由流動的小球狀產(chǎn)品，易于裝運，而其混煉時易于分散。乙氧基化烷基胺母料的優(yōu)點可歸納如下： (1)分散性好，添加了預分散活性材料。 (2)裝運性好，自由流動的小球狀產(chǎn)品，易計量，易混合。 (3)加工性能好，在擠出機中少有螺桿打滑。 抗靜電劑工作原理 1、外涂型抗靜電劑的作用機理[1] 此類抗靜電劑加到水里 , 抗靜電劑分子中的親水基就插入水里 , 而親油基就伸向空氣。當用此溶液浸漬高分子材料時 , 抗靜電劑分子中的親油基就會吸附于材料表面。浸漬完后干燥 , 脫出水分后的高分子材料表面上 , 抗靜電劑分子中的親水基都向著空氣一側(cè)排列 , 易吸收環(huán)境水分 , 或通過氫鍵與空氣中的水分相結(jié)合 , 形成一個單分子導電層 , 使產(chǎn)生的靜電荷迅速泄漏而達到抗靜電目的。 2、表面活性劑類內(nèi)混型抗靜電劑的作用機理 在高分子材料成型過程中 , 如果其中含有足夠濃度的抗靜電劑 , 當混合物處于熔融狀態(tài)時 , 抗靜電劑分子就在樹脂與空氣或樹脂與金屬 (機械或模具) 的界面形成最稠密的取向排列 , 其中親油基伸向樹脂內(nèi)部 , 親水基伸向樹脂外部。待樹脂固化后 , 抗靜電劑分子上的親水基都朝向空氣一側(cè)排列 , 形成一個單分子導電層。在加工和使用中 , 經(jīng)過拉伸、摩擦和洗滌等會導致材料表面抗靜電劑分子層的缺損 , 抗靜電性能也隨之下降。但是不同于外涂敷型抗靜電劑 , 經(jīng)過一段時間之后 , 材料內(nèi)部的抗靜電劑分子又會不斷向表面遷移 , 使缺損部位得以恢復 , 重新顯示出抗靜電效果。由于以上兩種類型抗靜電劑是通過吸收環(huán)境水分 , 降低材料表面電阻率達到抗靜電目的 , 所以對環(huán)境濕度的依賴性較大。顯然 , 環(huán)境濕度越高 , 抗靜電劑分子的吸水性就越強 , 抗靜電性能就越顯著。 3、高分子永久型抗靜電劑的作用機理 高分子永久型抗靜電劑是近年來研究開發(fā)的一類新型抗靜電劑 , 屬親水性聚合物。當其和高分子基體共混后 , 一方面由于其分子鏈的運動能力較強 , 分子間便于質(zhì)子移動 , 通過離子導電來傳導和釋放產(chǎn)生的靜電荷; 另一方面 , 抗靜電能力是通過其特殊的分散形態(tài)體現(xiàn)的。研究表明: 高分子永久型抗靜電劑主要是在制品表層呈微細的層狀或筋狀分布 , 構(gòu)成導電性表層 , 而在中心部分幾乎呈球狀分布 , 形成所謂的“芯殼結(jié)構(gòu)”, 并以此為通路泄漏靜電荷。因為高分子永久型抗靜電劑是以降低材料體積電阻率來達到抗靜電效果 , 不完全依賴表面吸水 , 所以受環(huán)境的濕度影響比較小。 產(chǎn)品成份、特點] 外觀：白色粉狀物。 溶解性 ：不溶于水。 揮發(fā)性：(%)≤3。 熔點：50℃ 分解溫度：300 [產(chǎn)品用途] 本品主要應用于PS、ABS材料，添加量2～3.5%,可使制品表面電阻達到108～10Ω.本品也可應用于PE、PP、PVC、PC、PET等塑料制品，抗靜電效果顯著、持久. [使用方法] 根據(jù)加工條件、制品形態(tài)以及對抗靜電效果的要求程度，確定恰當?shù)奶砑恿浚话阍谥破分刑砑颖酒?.5～3%則能達到優(yōu)良的抗靜電效果。本品可直接添加到樹脂中加工制品。預先制成抗靜電母料，再與空白樹脂混合加工制品，則均勻性更好，效果更佳 。 [包裝] 本品采用內(nèi)襯塑料袋，外用鈣塑箱包裝，每箱凈重25公斤 。 抗靜電劑注意事項 靜電利與弊的利用和防止靜電的危害很多，它的第一種危害來源于帶電體的互相作用。在飛機機體與空氣、水氣、灰塵等微粒摩擦時會使飛機帶電，如果不采取措施，將會嚴重干擾飛機無線電設備的正常工作，使飛機變成聾子和瞎子;在印刷廠里，紙頁之間的靜電會使紙頁粘合在一起，難以分開，給印刷帶來麻煩;在制藥廠里。 由于靜電吸引塵埃，會使藥品達不到標準的純度;在放電視時熒屏表面的靜電容易吸附灰塵和油污，形成一層塵埃的薄膜，使圖像的清晰程度和亮度降低;就在混紡衣服上常見而又不易拍掉的灰塵，也是靜電搗的鬼。 靜電的第二大危害，是有可能因靜電火花點燃某些易燃物體而發(fā)生爆炸。漆黑的夜晚，我們脫尼龍、毛料衣服時，會發(fā)出火花和“叭叭”的響聲，這對人體基本無害。但在手術臺上，靜電火花會引起麻醉劑的爆炸，傷害醫(yī)生和病人;在煤礦，則會引起瓦斯爆炸，會導致工人死傷，礦井報廢。 在二十世紀中期，隨著工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展以及高分子材料的迅速推廣應用, 一方面，一些電阻率很高的高分子材料如塑料、橡膠等的制品的廣泛應用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高速化, 使得靜電能積累到很高的程度, 另一方面，靜電敏感材料的生產(chǎn)和使用, 如輕質(zhì)油品, 火藥, 固態(tài)電子器件等, 工礦企業(yè)部門受靜電的危害也越來越突出, 靜電危害造成了相當嚴重的后果和損失。曾使得造成電子工業(yè)年損失達上百億美元，這還不包括潛在的損失。在航天工業(yè)，靜電放電造成火箭和衛(wèi)星發(fā)射失敗，干擾航天飛行器的運行。在石化工業(yè)，美國從1960年到1975年由于靜電引起的火災爆炸事故達116起。1969年底在不到一個月的時間內(nèi)荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸以后，引起了世界科學家對靜電防護的關注。我國近年來在石化企業(yè)曾發(fā)生30多起較大的靜電事故, 其中損失達百萬元以上的有數(shù)起。例如上海某石化公司的2000m3甲苯罐, 山東某石化公司的膠渣罐, 撫順某石化公司的航煤罐等都因靜電造成了嚴重火災爆炸事故。二次世界大戰(zhàn)后許多工業(yè)發(fā)達國家都建立了靜電研究機構(gòu)。 靜電危害起因于靜電力和靜電火花，靜電危害中最嚴重的靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。人們常說，防患于未然，防止產(chǎn)生靜電的措施一般都是，改造起電強烈的工藝環(huán)節(jié)，采用起電較少的設備材料等。最簡單又最可靠的辦法是用導線把設備接地，這樣可以把電荷引人大地，避免靜電積累。細心的乘客大概會發(fā)現(xiàn);在飛機的兩側(cè)翼尖及飛機的尾部都裝有放電刷，飛機著陸時，為了防止乘客下飛時被電擊，飛機起落架上大都使用特制的接地輪胎或接地線; 以泄放掉飛機在空中所產(chǎn)生的靜電荷。我們還經(jīng)常看到油罐車的尾部拖一條鐵鏈，這就是車的接地線。適當增加工作環(huán)境的濕度，讓電荷隨時放出，也可以有效地消除靜電。潮濕的天氣里不容易做好靜電試驗，就是這個道理。科研人員研究的抗靜電劑，則能很好地消除絕緣體內(nèi)部的靜電。 然而，任何事物都有兩面性,對于靜電,只要摸透了它的脾氣，揚長避短，也能讓它為人類服務。比如， 靜電印花、靜電噴涂、靜電植絨、靜電除塵和港電分選技術等， 已在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到廣泛應用。靜電也開始在淡化海水，噴灑農(nóng)藥、人工降雨、低溫冷凍等許多方面大顯身手，甚至在宇宙飛船上也安裝有靜電加料器等靜電裝置。 抗靜電劑使用方法 抗靜電劑的最佳選用和添加量取決于聚合物的性質(zhì)、加工方式、加工條件、其他助劑的種類和多少、相對濕度和聚合物的最終用途。為了獲得足夠的抗靜電作用所需的時間是不同的，抗靜電保護作用的生成速度和持續(xù)時間可以通過提高抗靜電劑的濃度而增加。但是，過量使用抗靜電劑可能導致最終制品的表面油滑，有損于印刷性能或粘合性能。未經(jīng)處理的無機填料和顏料，可將防靜電劑分子吸附到它們的表面上，從而降低抗靜電劑的作用。這種現(xiàn)象可以由增加抗靜電劑的用量而得以補償。但是，對于那些與食物接觸的用品而言，抗靜電劑的添加量必須符合聯(lián)邦食品與藥物管理局的規(guī)定(詳見“聯(lián)邦規(guī)定法典，21(21CFR)”)。(CodeofFederalRegulations,Title21(21CFR))。 用于聚乙烯時，選用何種乙氧基化烷基胺抗靜電劑需考慮它們的物理形態(tài)，即膏狀、液體、小顆粒或固體。如果乙氧基化牛脂胺因其呈膏狀而不能處理，則可用液體的乙氧基化油胺。在高溫加工的條件下(180℃以上)，可以選用乙氧基化硬脂酞胺。如果需要速效抗靜電作用，則可選用乙氧基化月桂酷胺。用于聚丙烯時，要考慮的問題與用于聚乙烯時相仿。無論用于哪種樹脂，都必須考慮聯(lián)邦食品與藥物管理局的有關各項用途的規(guī)定限度。用于苯乙烯系聚合物時，建議選用乙氧基化椰子胺或其某一種適當?shù)哪噶稀?抗靜電劑的使用方法有涂布法和共混法兩種。涂布法具有見效快、用料省，對抗靜電劑的耐熱性要求低等優(yōu)點，但抗靜電效果不能持久，經(jīng)過水洗、摩擦后，抗靜電劑涂層會消失。而共混法具有耐洗滌、耐摩擦，抗靜電效果持久，使用方法簡單等優(yōu)點。 一、涂布法操作要點 涂布法操作分清洗配液、涂布和干燥四個工序。 (1) 清洗為了得到均一密實的抗靜電劑涂膜，涂刷抗靜電劑前，必須對塑料表面進行清洗，徹底除去表面灰塵、油脂等。可用1%左右的中性洗滌劑溶液清洗。清洗后需要放置在無塵室內(nèi)晾干。 (2) 配液用乙醇、酯類或水將抗靜電劑配成0.2～2%濃度的溶液，溶液的濃度在保證抗靜電效果的前提下，盡可能稀一些，因為濃度高的溶液會發(fā)粘，容易吸附灰塵。 (3) 涂布根據(jù)制品的形狀等選擇涂布方法，常用的涂布方法有直接法、浸漬法和噴涂法等幾種。直接法是用棉布、法蘭絨、毛刷和輥筒等工具將抗靜電劑液涂布在制品上。它簡便有效，使用最廣。浸漬法是將制品浸入抗靜電劑液中，它適用于形狀復雜或數(shù)量很大的小型制品。噴涂法是用噴槍將抗靜電劑液噴涂在制品上，它有速度快，效率高，涂膜均勻等優(yōu)點。 (4) 干燥涂布后的制品應充分干燥，使涂膜層硬化，在溫度30-40℃，濕度60-80%的條件下，大約需要干燥3個小時。干燥后還要在自然環(huán)境條件下放置5個小時。 (二)共混法操作要點 共混法是將抗靜電劑與樹脂混合后再加工成型，制成具有抗靜電的制品。常用的抗靜電劑有陽離子型和兩性離子型。抗靜電劑是易吸濕性化臺物，含有一定量的水份。在成塑過程中，少量水份的存在就會造成制品質(zhì)量下降，故抗靜電劑在加到樹脂前應充分干燥。可在70-80℃的熱風下，干燥4個小時。抗靜電劑的加入量應根據(jù)抗靜電劑本身的性能、樹脂的種類，加工條件、制品形態(tài)以及對抗靜電效果的要求程度而定，一般加入量為0.3～3%。薄的制品的加入量比厚制品要少