抗静电剂的研究现状及发展化

1抗静电剂的研究现状及发展1.静电的危害静电是一种处于静止状态的电荷。一般来说，静电会在正当两个物体的解出与分离、摩擦、变形以及离子附着等情况下产生。静电的危害有很多，但大致可以分为两种。1.1静电的第一类危害静电的第一类危害来源于带电体的相互作用。飞机机体与空气、灰尘、水蒸气等微粒摩擦时会使飞机带电。若不及时采取措施，飞机的无线电设备将会失灵。在印刷厂静电会使纸张粘合，极难分开，给印刷带来麻烦。静电也很容易吸附灰尘和油污造成产品污染。1.2静电的第二类危害第二类危害是指由于静电火花点燃易燃物发生爆炸。平时静电产生的火花对人体基本无害，可是在空气中充满易燃气体和粉尘时，电火花引发威力巨大的爆炸。例如，手术台上，麻醉剂主要成分为乙醚，静电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人；在煤矿，则会引起瓦斯爆炸，会导致工人死伤，矿井报废。2抗静电剂的定义抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消散静电荷产生的化学添加剂。抗静电剂自身没有自由活动的电子，属于表面活性剂范畴，它通过离子化基团或极性基团传导或吸湿作用，构成泄露电荷通道，达到抗静电的目的。[1]3抗静电剂的作用机理常用的抗静电的方法有两种，第一种是增加产品的润滑性，防止静电荷产生，第二种是加快静电荷的泄露。因此抗静电剂的使用方法也有两种，一种是涂刷、喷洒在产品表面，另一种是添加到生产材料的内部。这两种使用方法都可以提高材料的电导率，并且对应着两种作用机理。3.1外部抗静电剂的作用机理通过键与空气中的水分子结合，抗静电剂的亲水基在塑料表面形成一个单分子导电膜，能够降低表面电阻，加快电荷的泄露。摩擦间隙中的介电常数高于空气中的介电常数，使电场变弱，从而导致产生的电荷减少。3.2内部抗静电剂的作用机理在树脂中添加足够量的抗静电剂时，树脂表面会形成一层稠密的排列，亲水基向着空气一侧形成导电层，表面浓度高于内部。加工时，由于外界的作用可以使树脂表面的抗静2电剂分子缺损，抗静电性能下降，但与此同时，树脂内部的抗静电剂会不断渗出到表面，向表面迁移，补充缺损的抗静电剂分子的导电层并且形成水吸附层，通过吸附层使电导率提高。另外抗静电剂的迁移性与树脂的相容性有密切关系，相容性小的抗静电剂迁移速度大。如果不相容，那么抗静电剂就会很快从树脂中渗出，破坏产品的表面。因此抗静电剂与树脂应有适度的相容性。4抗静电剂的分类根据抗静电剂的化学组成结构，可分为导电填料类抗静电剂和表面活性剂型抗静电剂两种。对于表面活性剂型的抗静电剂，按表面活性剂的分类方法又可以分为阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型。4.1表面活性剂型抗静电剂4.1.1阳离子型抗静电剂主要包括各种铵盐、季铵盐等，其中季铵盐比较重要。阳离子抗静电剂对高分子材料的附着力强，作为外部抗静电剂使用性能优良，但季铵盐耐热性差，容易发生热分解。具有代表性的季铵盐抗静电剂的品种有硬脂酰胺丙基-β-羟乙基-二甲基硝酸铵。4.1.2阴离子型抗静电剂主要包括烷基磺酸盐、高级脂肪酸盐、硫酸盐、羧酸盐、磷酸衍生物和聚合型阴离子抗静电剂，应用于化纤油剂、油品的抗静电。代表性品种有二月桂基磷酸酯钠盐。4.1.3两性离子型抗静电剂主要包括季胺内盐和烷基氨基酸等，在一定条件下可分别起到阳离子型和阴离子型抗静电剂的作用，在一狭窄的PH值范围内于等电点处形成内盐。它们可以互相伍使用，也就是说两性型抗静电剂可以和阳离子型或阴离子型配伍。4.1.4非离子型抗静电剂这类抗静电剂本身不带电荷而且极性很小。主要包括多元醇脂肪酸酯、聚乙二醇酯或醛类、脂肪酸烷醇酰胺等化合物。4.2导电填料类抗静电剂主要包括导电炭黑，炭纤维，金属及金属氧化物等。如将炭黑、炭纤维掺到高分子材料中可以得到抗静电性和抗静电持续性的材料，而且没有渗出和起霜的问题。5抗静电剂的应用抗静电剂的应用，按使用方法分可分为内部用和外部用，按在使用方向分主要是高分3子材料上的应用。5.1外部用抗静电剂的应用外部抗静电剂在使用时，一般要求溶液的浓度小，浓度过高发粘也易吸尘。同时，为了使抗静电效果持久，常在溶液中添加适量对于聚合物有浸融作用的溶剂。塑料用的外部抗静电剂常使用附着力强、效果好的阳离子型和两性离子型的表面活性剂，很少使用阴离子型和非离子型的；而纤维用的外部抗静电剂则采用阴、阳离子型和非离子型。一个理想的外部抗静电剂应满足以下基本要求：（1）与树脂结合性好；（2）在干燥寒冷的条件下抗静电效果依旧较好；（3）能在溶剂中溶解；（4）不破坏产品表面（5）无毒廉价。5.2内部用抗静电剂的应用目前，纤维多用外部抗静电剂，而塑料制品则采用内部抗静电剂者较多。内部抗静电剂耐洗涤，耐磨，耐热，抗静电的效果比较持久，因而大量用以塑料加工中，其中聚乙烯与聚丙烯的用量最大，其次是苯乙烯类和氯乙烯树脂。虽然抗静电剂需要在有水分存在的情况下发挥最好的效果，但在塑料加工和成型的过程中往往不希望有水存在，因此在加工成型前应尽可能除去抗静电剂的水分，并进行充分的干燥。理想的内部抗静电剂应该满足以下几个要求：（1）与材料相容性比较好；（2）耐高温，加工中不分解；（3）不破坏原有材料的性能；（4）能与其它添加剂混合使用；（5）廉价无毒。5.3塑料用抗静电剂塑料虽然导电性差，但是接触或摩擦就会起静电，所以必须添加抗静电剂使表面电阻率降低。广泛应运的地方，如医疗器械、电子仪器的塑料外壳等。5.4纤维用抗静电剂合成纤维的电阻率极大，摩擦产生静电就会吸附灰尘。而合成纤维主要用于服装生产，4带灰尘的纤维极大影响产品质量。5.5涂料用抗静电剂这类抗静电剂主要运用于航空、油管、汽车等领域其特点是效果迅速、优良、而且易溶于水、乙醇等溶剂中。5.6橡胶用抗静电剂橡胶中往往添加炭黑，加入炭黑可以使橡胶的抗静电性提高。但是橡胶用的抗静电剂并不多。5.7油品用抗静电剂这类抗静电剂具备良好的抗静电的性能而且不溶于水，无乳化性，低温溶解性好。例如油酸三乙醇胺盐。5.8纸用抗静电剂这类抗静电剂使用方法是采用表面施胶的办法单独涂布或与之配成的涂料一同涂布，再超级压光。代表抗静电剂有聚氧乙烯基醚磷酸酯盐。6新型抗静电剂6.1高分子永久型抗静电剂所谓的永久性型抗静电剂即高分子抗静电剂，属于亲水性聚合物，是一类新型抗静电剂在制品表层永久型抗静电剂的分布主要是呈筋状或微细的层状，但在中心部分分布基本是球状，即芯壳结构，并以此作为泄露静电荷的通路。6.2钛酸钾晶须钛酸钾晶须具有稳定的化学性质、优异的隔热性、耐磨性、红外反射率高。其力学性能远优于玻璃纤维、碳纤维。对其表面进行导电处理可得到导电性钛酸钾纤维，用于各种导电塑料制品，例如打印机、复印机中的零部件。6.3纳米石墨石墨具有优良的导电和导热性，利用纳米技术制备纳米石墨的微片与树脂基体复合的抗静电材料，既具有良好的电性能又具有优异的力学性能。7国内外抗静电剂最新进展高分子型抗静电剂是目前国际上研究的重点，然而并没有得到广泛应用，国外已经商品化的高分子型抗静电剂并不少见。日本旭化成工业公司以聚乙二醇聚酰胺作为永久抗静电剂。日本油墨公司采用聚二环氧甘油醚乙二醇，并添加碱金属或碱土金属作为永久抗静5电剂。国内能够商品化的抗静电剂比较少，高分子型就更少了。其中研究开发抗静电剂有名的单位有杭州市化工研究所、上海助剂厂、山西省化工研究所等。代表产品有封端型水系聚氨酯抗静电剂。总体来说，国内抗静电剂的研究还处于发展阶段，与发达国家还有一定的差距。所以要在现有的抗静电剂的研究基础上加快新品种、新技术的研究进程，开发性能优异用途广泛的抗静电剂才能满足我国各行各业的发展。8抗静电剂的发展趋势光电技术的发展对抗静电剂的发展提出了新的要求，除了具有抗静电性外，应该还有较好的力学性能。近年来一些刺激性大、含毒的有害溶剂正在被安全卫生、低毒或无毒的产品取代，同时国外在抗静电剂领域正在积极研究高分子永久型产品，这类产品抗静电性能永久，且基本无毒，没有表面析出，因此不会造成表面污染，是今后抗静电剂领域研究的热点。由于塑料抗静电剂与塑料一起加工温度较高，很多抗静电剂会分解产生有害气体，为了解决这个问题，必须研制高耐热的抗静电剂品种。参考文献：[1]李燕云,尹振晏.抗静电剂综述[J].北京石油化工学院学报,2003,11(1):28-33.[2]高军,吴剑.有机抗静电剂的研究进展[J].科技创新导报,2015,(6):98.[3]林湖彬.抗静电剂新进展[J].科技创新家,2013,(12):132.[4]兰天宇,王雅珍.塑料用抗静电剂的研究进展[J].广东化工,2014,41(9):96-97.[5]蒋杰.抗静电剂与环境的关系及发展[J].塑料助剂,2014,(4):31.[6]SherSingh,Steven,Shoei-LungLi.Phthalates:Toxicog-enomicsandInferredHumanDiseases［J］.Genomics,2011,(97):148-157.