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塑料抗静电剂的发展现状
文章作者admin: 时间:2021-06-08 21:43
塑料抗静电剂的发展现状

                                   宋振  上海华谊集团(公司)技术研究院(上海200333)

摘要对塑料抗静电剂国内外的发展情况进行了综述,详细叙述了塑料抗静剂的分类和各类抗静电剂的发展情 况,同时对未来国内抗静电剂的发展方向提出了相关的建议。

关键词塑料抗静电剂进展

中图分类号TQ314.24

0引言

即使在塑料工业发展的最初期,塑料只是作为 一种好奇的珍品被有限地使用时,塑料添加剂也是 不可或缺的。可以说没有塑料添加剂,就没有塑料工 业。后来随着对塑料工业的发展和人们对塑料需求 的多样化[1],塑料添加剂的发展也日新月异。

塑料添加剂按照其用途可以分为“保持”“、改 善”和“扩展”三大类,根据添加剂的不同作用,主要 有以下类别:抗静电剂、热光稳定剂、阻燃剂、火焰阻 滞剂、抗氧剂、成核剂、透明剂、抗微生物剂、脱氧剂、 抗烟雾剂和发泡剂等。其中抗静电剂是随着电子产 品和医疗器械的发展而迅速发展起来的。尤其是永 久型抗静电剂在消除电器或者电子产品的静电方面 有重要的应用和意义。上世纪80年代,美国、英国、 日本等相继制定和颁布了电子产品的防静电法规, 因而使抗静电塑料得以迅速发展,塑料抗静电剂的 生产及应用已相当广泛,商品牌号很多。相对而言, 国内在这方面的研究起步较晚,能够发展的品种也 较少,需要发展的空间很大。

1抗静电剂的基本状况

一般的高分子材料的电阻率非常高,约为1010~ 1030Ω·cm范围内,可作为良好的绝缘材料。但是在 作为非绝缘材料使用时,其表面经常摩擦容易产生 静电,造成吸尘、电击甚至爆炸等恶性事故,因此塑 料的防静电问题引起了人们的高度重视[2]。

1.1消除静电措施

在工业中消除静电的措施有很多,如:(1)在塑 料加工过程中使用导电装置消除;(2)增加塑料制 品和使用过程中的空气湿度;(3)通过接枝共聚改 变聚合物结构,使其带有较多的极性基团和离子化 基团,降低电阻,增加导电性;(4)增强氧化物氧化 塑料制品表面和用电晕放电处理其表面;(5)向塑 料中添加导电性填料,如炭黑[3]、金属粉[4-5];(6)使用 抗静电剂。在上述这些措施中,添加塑料抗静电剂是 最为简单且有效的方法[6]。

1.2成熟抗静电剂的条件

一般认为一个性能较好的抗静电剂应该具备如 下条件:(1)抗静电效果好而持久;(2)与塑料的相 容性适中;(3)在成型加工的高温或反复进行热加 工时不分解;(4)不影响塑料的加工性能和制品性 能;(5)与其他助剂相容性好,无对抗效应;(6)无毒 无臭,对皮肤无刺激;(7)价格低廉。

1.3根据不同加入方式的分类

根据添加方式的不同,抗静电剂可以分为内加 型和外加型:外加型抗静电剂法通常将抗静电剂配 成一定浓度的溶液,用涂布、喷雾或者浸渍的方法使 其附着在塑料的表面,从而形成一至若干个分子层 的抗静电膜,但是当该层膜被摩擦掉以后,塑料将不 具有抗静电的能力,这也限制了该类抗静电剂的应 用;内部抗静电剂也称混炼型抗静电剂,在塑料的成 型加工过程中将其添加并均匀地分散于材料内部, 当塑料表面抗静电层被磨掉以后,内部的抗静电分 子将迁移到表层,从而实现一个持久抗静电的目的。 另外,目前国际上比较新的一个研究方向就是 高分子抗静电剂[7],亦可称之为永久型抗静电剂,它 应该属于内加型抗静电剂,但是作用原理跟普通的 内加型抗静电剂不同。研究表明,永久型抗静电剂主要在母体中形成芯壳结构,并以此为通路泄露电荷,永久性抗静电剂不像低分子的表面活性剂型抗静电 剂那样经多次水洗或者长时间使用后丧失抗静电 性,而且受环境湿度影响较小[8]。

1.4根据抗静电剂分子结构不同的分类

根据抗静电剂的组成不同,抗静电剂可以分为 表面活性剂型、高分子型和其他的类型。其中,表面 活性剂类型是应用最为广泛的一种,它又可以分为 阳离子型、两性离子型,阴离子型和非离子型。阳离 子型抗静电剂效果好,但是热稳定性差、毒性较大, 不宜用于食品包装材料;两性离子型抗静电剂性能 较好、毒性低,受空气湿度影响较小;阴离子型耐热 性和抗静电效果较好,但是影响透明度;非离子型稳 定性好,多数毒性较低,有的可用于食品包装材料, 但其抗静电效果一般比离子型差。

高分子型抗静电剂是指抗静电剂本身也是聚合 物,与常规提到的小分子抗静电剂不同,该类型的抗 静电剂是目前国际上研究的重点,但目前还没有得 到广泛应用。

其他类型的抗静电剂有很多种类,比如硅类抗 静电剂主要是用乙醇、酯类等作为稀释剂的透明液 体,该液体涂布在塑料的表面能使反光减小,透光率 增加4%~5%,而且还有优良的耐磨性能。另外还有 文献报道用氨基酸作为抗静电剂,其中介绍了ω-氨 基十一酸、ω-氨基十二酸、ε-6-氨基己酸、对氨基苯 磺酸、准氨基苯甲酸等。

2抗静电剂的研究现状

目前国外抗静电剂的研究主要集中在配方探索 和高分子型抗静电剂,如何在保持其他特性,如耐 热、阻燃等的前提条件下提高塑料的抗静电剂,也是 目前研究的难点和方向[9]。而相比之下,我国的塑料 抗静电剂的研究时间较短,但也有一些生产厂家和 科研单位开发生产抗静电剂,并且商品化的产品已 经系列化,比较有名的单位分别是杭州市化工研究 所、上海市助剂厂[10]、重庆助剂厂、济南市化工研究 所、山西省化工研究所、大连轻工研究所、北京市化 工研究所。

2.1国外的发展状况

目前有文献报道的高分子抗静电剂,有如下几 种:

日本报道了以丙烯酸聚氧乙烯接枝共聚物作为 合适的抗静电剂,该抗静电剂由CH2CHR'[COO (CH2CH2O)nR2](其中n≥10,R'=H或-CH3,R2=烷基或 苯烷基)的重复单元和锂盐组成。该种抗静电剂加入 到塑料制品中,表面电阻率可以降低到7×1010Ω· cm,经水洗后为9×1010Ω·cm。由此可见该抗静电剂 的持久性。

日本专利还报道了磺酸芳香聚合物作为抗静电 剂用于热塑性树脂,将3份该物质和100份PC成 型就具有较高的抗静电性能,同时能保持PC树脂 的原始性能,如透明度、色泽和冲击强度[11]等。 目前已经商品化的永久型抗静电剂有汽巴精化 的Iragastat P系列的产品,主要组成为聚乙烯乙二 醇甲基丙烯酸共聚体(PECM)、聚氧化烯-环氧氯丙 烷共聚物(PEO-ECH)、聚醚酯酰胺(PEEA)或者聚 醚酯亚酰胺(EPA)。其中Iragastat P 22适用于PP、 HDPE、PS、PET、PBT等塑料,Iragastat P 18适用于加 工温度低于220℃的制品。该类抗静电剂都具有在 干燥条件下发挥作用、永久有效、不影响塑料表面性 能的特点[12]。

Goodrich公司研制的永久抗静电剂母粒STAT- RIFEC-2300热稳定性好,价格低廉。化学主要组成 为聚氧化乙烯-环氧氯丙烷(PEO-ECH)共聚物,当 添加15%~20%的量时,与PC、PBT形成的工程塑料 具有永久性抗静电的性能。

日本旭化成工业公司开发成功了ABS系永久 型抗静电塑料,牌号为Adion-A,它是以聚乙二醇系 聚酰胺(PEG-PA)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酯, 添加碱土金属作为PA6的永久抗静电剂,能使电阻 率降至108Ω·cm。

美国特里奇公司开发了聚氧化乙烯共聚亲水树 脂作为抗静电剂,这种共聚物实际上是聚醚与表氯 醇的嵌段物,用于PA6的专用抗静电剂母粒。另外, 一种高分子永久型抗静电剂是Atofina公司的Pebax 4011,适用于PVC、ABS、PS等树脂。

总起来看,国外的抗静电剂发展趋向于持久、耐 热、低毒、实用性广和产品系列化方向发展。

2.2国内的发展状况

国内相关报道较少,能够商品化的塑料抗静电 剂也比较少。

国内的抗静电剂还有一些其他的报道,例如浙 江大学高分子工程研究所研究了非离子型羟乙基脂 肪胺与阴离子型盐复合抗静电剂对聚丙烯(PP)抗静电性能的影响。研究表明该抗静电剂可以改善非 离子羟乙基脂肪胺抗静电效果对环境的依赖程度、 缩短样品表面电阻平衡时间及提高抗静电性能,并 证实了当阴离子型脂肪酸盐的用量达到复合抗静电 剂总量的10%(质量分数)后,两者在抗静电效果上 表现出显著的协同效应。

相对来说,国内抗静电剂的研究还处于发展阶 段,现有的产品种类牌号远不如国外的多。另一个方 面,塑料添加剂是塑料工业发展不可缺少的原料之 一,相比其他原料,科技含量更高,因此塑料添加剂 的制备成为塑料工业发展的瓶颈。

3总结及发展建议

总结上面对文献的列举和分析,可以归纳为以 下几点:

(1)抗静电剂在所有塑料助剂中占有很大的比 例,尤其随着电子产品和医疗设备的飞速发展,对抗 静电剂的需求必然越来越大。另一方面,国内抗静电 剂的研究起步较晚,远远没有跟上塑料工业的发展, 因此这个方面的研究有着很大的空间和前途。

(2)复配型抗静电剂是提高抗静电性能的一个 重要途径,几种不同的抗静电剂配合使用,可能会产 生意想不到的效果,当然复配型抗静电剂离不开单 个抗静电剂的深入研究。

(3)由于诸多良好的性能,高分子型抗静电剂 是目前国际上研究的重点和方向,但是显然高分子 抗静电剂的研究需要有机合成和高分子等多个学科 交叉和密切配合,这也增加了该研究的难度。

鉴于此,建议相关的科研机构在研发新抗静电 剂组分的同时,也要重视现有组分的配方研究,从这 个角度出发进行探索,能开发出更多实用的复配型 抗静电剂。高分子型抗静电剂是未来的发展趋势,建 议高分子方面和有机合成方面的研究单位强强联 合,攻克难关,开发出属于我们自己的高分子抗静电 剂,这样才能在未来的国际市场竞争中使我国的抗 静电剂占有一席之地。

参考文献:(略) 


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