抗静电剂的介绍(三)
来源:中颜网 日期: 2020-11-23 09:05:27 浏览次数:669
一般情况下抗静电剂是在密炼机或挤出机中与颜料和其他助剂一起混配。从技术上讲,纯抗静电剂,如乙氧基化烷基胺,还有另外一个优点,那就是在液体注射成型过程中它可以熔融,从而起颜料母料分散剂的作用。抗静电剂母料可以直接加入到最终加工设备中去。内用抗静电剂的作用与最终制品的生产加工条件有很大关系。例如,注射成型制品的抗静电性能取决于模具的温度。通常,模具的温度较低时,抗静电剂迁移较快,从而改善抗静电性能。
评价抗静电剂效果的测试方法有两个:表面电阻(率)法和静电衰变法;这两种方法都在广泛地使用。
根据ASTMD257—78的定义,材料的表面电阻率是电势梯度与材料表面单位宽度上通过的电流之比,它原则上与试样的几何形状有关。将两个电极放置于塑料样品表面的同一侧,并给电极通过直流电;测量通过试样的电流,并计算电阻;然后把表面电阻率的测量结果用
欧姆表示出来。
根据联邦测试方法4046的定义,静电衰变是指感应电荷的放电速度。将试样(通常是薄板或薄膜)置于两个电极之间,电极与样品表面的距离为数毫米。一个电极接连于电源,另一个电极连接于电流表和记录器,由一个电极在样品表面上感应的电荷所引起的电场变化由另一个电极测量。抗静电样品将表现出感应电荷的衰变。衰变半衰期(以秒计)便是电荷由其最初值衰减一半所需的时间。
另一个广泛应用于工业的标准测试方法是美国军用标准,专用于电子产品的包装。选择哪种合适的方法要看需要进行检测的塑料的最终用途。
塑料本身的电阻率为1014欧姆,当按表亚所示的添加量加入抗静电剂时,电阻率可能会下降到1013至109欧姆。若欲进一步降低电阻率只能依靠改进导电性能,如使用导电炭黑。发展
抗静电包装技术正在发展,以强调对环境的关切。广泛使用的乙氧基化烷基胺采用可多次利用的散装容器包装。供货商倾向于生产浓缩度更高的抗静电剂,到用户手里以后可根据加工需要进行稀释。这样做的目的是要减少固体废物的处理成本。通过开发高浓度抗静电剂,生产厂商可以一次装运较多的抗静电剂而减少需由用户处理的包装容器的数量。
从技术上来看,很多的研究开发工作依然继续围绕着电子产品的包装市场。乙氧基化月桂酰胺,通常被视为无胺抗静电剂,常用于这一方面。乙氧基化月桂酷胺在吹塑LDPE和LLDPE薄膜方面的用量亦在增长,因为它在低湿度条件下的抗静电效果也较好。这种产品的浓缩物和母料也可以买到。乙氧基化硬脂酞胺(含完全饱和的18一碳烷基链)已经应用于双轴定向聚丙烯薄膜的生产,在这个生产过程中加工温度高,要求抗静电剂具有高度热稳定性
1、分子结构和特征基团性质及添加量
抗静电剂的效果首先取决于它作为表面活性剂的基本特性 ―表面活性 。 表面活性与分中亲水基种类 、 憎水基种类 、 分子的形状 、 分子量大小等有关 。 当抗静电剂分子在相界面作定向吸附时,就会降低相界面的自由能及水和塑料之间的临界接触角。这种吸附作用 ,仅与基体的性质有关 , 而且还与表面活性剂的性质有关 。 根据极性相似规则 , 表面活性剂分子的碳氢链部分倾向与高分子链段接触 , 极性基团部分倾向与空气中的水接触 。 高分子材料作为疏水材料 , 抗静电剂在其表面的主要作用就是形成规则的面向空气中的水的亲水吸附层。
在空气湿度相同的情况下,亲水性好的抗静电剂会结合更多的水,使得聚合物表面吸附更多的水,离子电离的条件更充分,从而改善抗静电效果。
通过质子置换,也能发生电荷转移。含有羟基或氨基的抗静电剂,可以通过氢键连成链状,在较低的湿度下也能起作用。在干燥的空气环境中,若要求塑料制品成型之后立即发挥抗静电性,采用多元醇单硬脂酸酯抗静电剂非常有效。只有在相对湿度 50 %的环境中贮存一段时间之后,聚丙烯中的羟乙基烷基胺才表现出最佳的抗静电效果, 而且受湿度的影响非常大。 硬脂酸单甘油酯在加入之后立即产生抗静电效果且不受湿度的影响,但是随着贮存时间的延长,其作用效果明显下降。
添加型抗静电剂效果决定于添加剂向塑料制品表面的迁移速率。当塑料制品表面被一层连续的导电层覆盖时,电荷的衰减才达到最佳。
抗静电剂的分子量太高 , 不利于它向高聚物表面迁移 ; 分子量太低 , 耐洗涤性和表面耐摩擦性不佳 。 通常抗静电剂的分子量比高聚物分子量小得多 。 加入低分子量物质可能会使高聚物材料的物理机械性能恶化。为了减少这种不良影响,通常情况下抗静电剂的添加量是很少的,如同
表面活性剂“一点就鲜” ,一般为1ppm~1000ppm,也可以稀释后添加。抗静电剂的添加量还视制品用途而异。
CMC (临界胶束浓度)值是表面活性剂表面活性的一种量度。 CMC 值越小,表面活性剂达到表面 ( 界面 ) 吸附的浓度越低 , 或形成胶束所需浓度越低 , 因此抗静电性的起效浓度也越低 。 不同结构的抗静电剂添加量不同 , 并且随制品形式的不同而不同 。 添加量有一个范围 。过低 , 抗静电效果不明显,过高,会影响材料的物理机械性能 。 薄膜 、 片材等薄制品的添加量较少,厚制品的添加量则相对较多。
2、抗静电剂与聚合物的相容性遵循极性相近相容原理。高分子材料都具有长碳链结构,多属非极性树脂,有的具有极性端基 , 增强了极性 。 抗静电剂同时具有憎水基 ( 非极性 ) 和亲水基 ( 极性 ) 。 一般憎水基碳链越长 , 与聚合物的相容性越好 。 亲水基若极性很强 , 则与聚合物的相容性不好;若极性较弱,则亲水吸附性较差。相容性太好,抗静电剂不易迁出 , 达不到抗静电效果 ; 相容性不好 , 迁出太快 , 持效期太短 , 影响长期使用 。 因此在设计和使用抗静电剂时需要考虑上述因素,通过实验筛选抗静电剂的品种及最佳使用量。
3 、其它添加剂的影响
高聚物材料加工时 , 往往要添加一些稳定剂 、 颜料 、 增塑剂 、 润滑剂 、 分散剂或阻燃剂等助剂 。 这些添加剂与抗静电剂的相互作用也会对抗静电效果产生很大影响。例如阴离子型稳定剂会与阳离子型抗静电剂形成复合物,从而降低各自的效果。润滑剂通常能很快迁移到高聚物表面上,抑制了抗静电剂的转移。若润滑剂分子层覆盖在抗静电剂分子层上,会使抗静电剂表面浓度降低,显著影响抗静电效果 ; 有时由于润滑剂的影响 , 也会促进抗静电剂向表面转移。增塑剂会增加大分子链间的距离,使分子运动更为容易 , 提高了高聚物的孔隙率 ,有利于抗静电剂向制品表面迁移发挥抗静电作用。有些增塑剂会降低高聚物的玻璃化温度 ,也可使抗静电剂的效果增大 。 抗静电剂与各种添加剂的影响大小,事先很难预测,大多数是通过实验来选用最合适的抗静电剂和用量。分散剂、稳定剂及颜料等无机添加剂,一般都有较强的吸附能力,使抗静电剂难以迁移到表面上,对抗静电剂的扩散迁移具有反作用,抗静电效果会变差。大多数无机添加剂都是细小的微粒,具有较大的表面积,易吸附抗静电剂,使其不能有效地发挥抗静电作用。颜料微粒则容易富集在抗静电剂周围 , 影响其向外扩散。例如,相同抗静电剂浓度的 ABS 中加入二氧化钛后,抗静电作用降低。不同无机填料的吸附性不同,对抗静电效果发挥的影响也不一样。
此外,高聚物组分中的弹性体也会使抗静电剂的效能变差。例如在聚丙烯与橡胶的复合材料中,发现抗静电剂富集在橡胶组分周围,使其难于迁移到表面。
4、加工过程的影响
聚合物制品的加工方式最终会影响制品中高分子链的规整程度 、 结晶度 、 结晶形态及有序化程度。若高聚物在熔融状态下成型后,立即在低于其玻璃化温度的室温下进行冷却 , 抗静电剂就很难扩散到制品表面 , 从而没有足够的抗静电效果 。 若制品在高于玻璃化温度的温度下冷却 , 由于大分子链段运动有助于抗静电剂扩散 , 这样不仅制品能呈现出足够抗静电效果,而且即使用摩擦或水洗除去表面上的抗静电剂,也能较迅速恢复其抗静电效果。
在我国,随着人们环保意识的不断增强,绿色化工已成为今后发展的主要方向。各类低毒、无毒的抗静电剂将越来越受到食品包装业、电子产业的青睐,这类抗静电剂的研究已日益受到关注。
(1)非离子型抗静电剂 由于非离子型抗静电剂热稳定性能好,价格较便宜,使用方便,对皮肤无刺激.是抗静电基材中不可缺少的抗静电剂,具有良好的应用前景。
(2)复合型抗静电剂 复合型抗静电剂是利用各组分的协调效应原理开发出来的,各组分互补性强,抗静电效果远优于单一组分。但要注意各种抗静电剂之间的对抗作用。如阳离子型和阴离子型的抗静电剂不能同时使用。
(3)多功能浓缩抗静电母粒 由于抗静电剂多为粘稠液体,而且其中一部分为极性聚合物,在塑料中分散困难,带来使用上的不便。多功能浓缩母粒分散性均匀,操作方便,
具有发展前途。
(4)高分子永久性抗静电剂 由于高分子永久性抗静电剂的耐久性好,所以一般用于对抗静电效果要求严格的塑料制品,如家用电器外壳、汽车外壳、电子仪表零部件、精密机械零部件等。
(5)纳米导电填料纳米材料的特点就是粒子尺寸小,有效表面积大,这些特点使纳米材料具有特殊的表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米材料可改变材料原有的性能。例如,电阻材料Sio2制备成纳米材料后成为导电材料。张景昌等人研究了PVC塑料中添加纳米siO2制备复合材料的关键技术及PVC树脂添加纳米SiO 后提高塑料抗静电性能的机理,结果表明,纳米SiO,不仅提高了PVC材料的延展性,而且使PVC的表面电阻降低了7~8个数量级,使其相对介电常数明显增加,为进一步制备用于静电屏蔽的PVC基纳米复合材料奠定了试验基础。
(6)无锡巨旺塑化最近两年研发并推出的高分子型永久导电和永久抗静电母料(非碳黑型)被广泛用于多种高端导电及抗静电制品上,添加量2-4%即可达到表面电阻值10的7-8次方,添加量达5-9%即可达到表面电阻值10的3-4次方,导电或抗静电值永久有效,并且边角料可回收使用,不影响导电和抗静电效果。为更高要求标准的导电和抗静电制品提供了更为理想的母料和原粉,从而提升了导电和抗静电的更优标准,仕必威955 防静电喷剂使用效果很好。
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