塑料抗靜電劑是添加在塑料之中或塗敷於模塑製品的表面,以達到減少靜電積累目的的一類添加劑。
根據使用方式的不同, 抗靜電劑可以分為外塗型和內混型兩種。外塗型抗靜電劑是指塗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配成質量分數為 0、5 %~2、0 %的溶液 ,然後通過塗布、噴塗或浸漬等方法使之附著在高分子材料表面 , 再經過室溫或熱空氣乾燥而形成抗靜電塗層,但它們的效力只是暫時的,事後與溶劑接觸或與它物磨擦很容易失掉。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;內混型抗靜電劑是指在制品的加工過程中添加到樹脂內的一類抗靜電劑。根據產品的抗靜電要求不同,添加5 %~30 %的抗靜電劑與樹脂機械混合後再加工成型。此種以非離子型和高分子長效型抗靜電劑為主 , 陰、陽離子型在某些品種中也可以添加使用。內用添加抗靜電劑具有長效的抗靜電保護作用。東莞大展吉源新材料科技有限公司研發生產的抗靜電劑YJK-8201,YJK-8202是針對極性塑料材料開發的高分子長效型抗靜電劑,其可將聚合物表面積累的靜電荷導出,消除聚合物表面的電荷,從而達到抗靜電的效果,在聚合物中添加後不影響製品的表面性能和物性及顏色,同時可防止聚合物產品吸附塵埃。適用於TPU,CPU,PU,ABS,TPE 等。
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。它們在極性基質中,如硬質聚氯乙烯和苯乙烯類聚合物中效果很好,但對其熱穩定性有不良影響。這類抗靜電劑通常不得用於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鹼金屬鹽,也是主要用於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於苯乙烯系樹脂、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。它們廣泛地應用於聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中。生產銷售的有好幾種乙氧基化烷基胺,其區別在於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,即使是在相對溼度低的情況下亦然,而且長期有效。這類抗靜電劑已獲聯邦食品醫藥管理局批准,應用於與食品間接接觸的物品中,其他商業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於在溼度小的環境裡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於加工過程中的靜電保護。儘管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製成濃縮母料,這些母料是自由流動的小球狀產品,易於裝運,而其混煉時易於分散。乙氧基化烷基胺母料的優點可歸納如下:
(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品,易計量,易混合。
(3)加工性能好,在擠出機中少有螺杆打滑。
抗靜電劑工作原理1、外塗型抗靜電劑的作用機理
此類抗靜電劑加到水裡 , 抗靜電劑分子中的親水基就插入水裡 , 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於材料表面。浸漬完後乾燥 , 脫出水分後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排列 , 易吸收環境水分 , 或通過氫鍵與空氣中的水分相結合 , 形成一個單分子導電層 , 使產生的靜電荷迅速洩漏而達到抗靜電目的。
2、表面活性劑類內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 , 當混合物處於熔融狀態時 , 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部 , 親水基伸向樹脂外部。待樹脂固化後 , 抗靜電劑分子上的親水基都朝向空氣一側排列 , 形成一個單分子導電層。在加工和使用中 , 經過拉伸、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。但是不同於外塗敷型抗靜電劑 , 經過一段時間之後 , 材料內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。由於以上兩種類型抗靜電劑是通過吸收環境水分 , 降低材料表面電阻率達到抗靜電目的 , 所以對環境溼度的依賴性較大。顯然 , 環境溼度越高 , 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
高分子長效型抗靜電劑是近年來研究開發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後 , 一方面由於其分子鏈的運動能力較強 , 分子間便於質子移動 , 通過離子導電來傳導和釋放產生的靜電荷; 另一方面 , 抗靜電能力是通過其特殊的分散形態體現的。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「芯殼結構」, 並以此為通路洩漏靜電荷。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 , 所以受環境的溼度影響比較小。