抗静电剂的作用与原理

塑料具有电绝性（导电聚合物除外），塑料与其他材料接触或摩擦时会产生静电积累。积累的静电如不及时消除，可能导致静电吸附、吸尘、火化放电等，引起燃烧、爆炸。

消除静电的方法有导电材料（导电炭黑、金属粉等）填充法、导电装置法、抗静电剂。

采用抗静电剂（表面活性剂）消除塑料制品的静电，有外部涂敷法和内部添加法。前者持久性差，多用于临时性或短期静电处理，应用范围窄；内部添加法采用的离子型和非离子型表面活性，因基材树脂的结构特性不同而分别选用。

抗静电的作用原理

降低摩擦系数，使玻璃纤维难于产生静电，阳离子季铵类润滑剂及咪唑啉类润滑剂均具有抗静电的作用。

形成导电通道，使电荷能很快地从纤维表面移走。对有机抗静电剂，如聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯月桂酸酯、聚乙二醇等。它们均含有醚段，极易通过氢键与 空气中水分结合并形成导电通道，这些具有吸湿性的有机化合物与离子型的季铵盐、叔胺盐或羧酸盐类有机化合物共同使用，可取得更好的抗静电效果。

另一类最常用的抗静电剂为无机盐类，此类无机盐有强烈形成水化物的趋势，成为带有结晶水的盐类。也就是说具有较强的吸潮性，在浸润剂膜上吸收水分的同时本身离解成离子，所以导电效果很好。

抗静电剂的品种

根据化学组成不同。抗静电剂可分为硫酸衍生物、磷酸衍生物、胺类、季铵盐、咪唑类以及环氧乙烷衍生物等。

根据抗静电剂分子中的亲水基能否电离，分为离子型和非离子型两种。离子型抗静电剂根据电离后电荷的正负又分为阳离子型、阴离子型和两性离子型三种。

1 阳离子抗静电剂：

（1）单官能团：硬脂基三甲基季铵盐酸盐，主要用于聚烯烃、ABS、聚碳酸酯等；

（2）双官能团：抗静电剂硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸盐，主要用于聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯薄及制品的抗静电剂。

2 阴离子型抗静电剂：

（1）单官能团型抗静电剂对壬基苯氧基丙基磺酸钠（NP），主要用于氯醋树脂、ABS、聚烯烃等；

（2）多官能团抗静电剂烷基双（α－羟乙基胺磷酸酯），主要用于合成纤维；

（3）高分子型抗静电剂为聚丙烯酸盐、马来酸酐和其它不饱和单体共聚物的盐、聚苯乙烯苯磺酸等。主要用于纤维。

3 非离子型抗静电剂：

（1）四溴双酚A主要用于ABS、环氧树脂、聚氨酯。同时也是阻燃剂；

（2）硬脂酸单甘油酯类，如ADA-10M及ASA－10等主要用于聚烯烃类。

4 两性型抗静电剂：

（1）烷基二羧甲基铵乙内酯，主要用于聚酯、尼龙等；

（2）十二烷基二甲基季乙内盐，主要用于聚酯、聚丙烯、尼龙等。

各种抗静电剂由于化学结构不同，性能各异，产生的效果也不同。

阳离子型的季胺盐类对高分子材料有较强的附着力，抗静电性好，是塑料中用得较多的一类抗静电剂，但对皮肤有刺激作用，且有毒，不适用于食品包装薄膜。

阴离子抗静电剂，通常对皮肤无作用，又不影响塑料的着色，但在塑料中除酸性烷基磷酸酯或盐和烷基硫酸外，通常很少使用。

一般非离子型的抗静电性较离子型差些，但热稳定性好，不易引起塑料老化，尤适用于低温条件下；还可与阴或阳离子型抗静电剂并用。

两性型的抗静电剂的特点是能与阴或阳离子型配合使用。它们均对聚合物有强的附着力，因而能发挥优良的抗静电性。

抗静电剂的使用方法

根据使用方式的不同，抗静电剂可以分为外涂型和内混型两种。

外涂型抗静电剂是指涂在高分子材料表面所用的一类抗静电剂。一般用前先用水或乙醇等将其调配成质量分数为 0.5 %～2.0%的溶液，然后通过涂布、喷涂或浸渍等方法使之附着在高分子材料表面 , 再经过室温或热空气干燥而形成抗静电涂层。此种多为阳离子型抗静电剂 , 也有一些为两性型和阴离子型抗静电剂。

内混型抗静电剂是指在制品的加工过程中添加到树脂内的一类抗静电剂。常将树脂和添加其质量的 0.3 %～3.0% 的抗静电剂先机械混合后再加工成型。此种以非离子型和高分子永久型抗静电剂为主 , 阴、阳离子型在某些品种中也可以添加使用。

各种抗静电剂分子除可赋予高分子材料表面一定的润滑性、降低摩擦系数、抑制和减少静电荷产生外 , 不同类型的抗静电剂不仅化学组成和使用方式不同 , 而且作用机理也不同。

影响抗静电效果的因素

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 。

表面活性与亲水基种类、憎水基种类 、 分子的形状和分子量大小等有关。

当抗静电剂分子在相界面作定向吸附时，会降低相界面的自由能及水和塑料之间的临界接触角。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。

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，抗静电剂的一般添加量为 0.3%~2.0% 。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

2 其他添加剂的影响

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。

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。

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。