抗靜電劑和導(dǎo)電劑

關(guān)于抗靜電劑和導(dǎo)電劑概述大多數(shù)合成高分子材料都具有優(yōu)異的加工性和電絕緣性，其表面電阻率很高(通常為1012~1030Ω·cm)，因此在使用過程中容易積累靜電荷。靜電荷累計到一定程度，會引發(fā)一系列危害。輕則吸附灰塵，造成產(chǎn)品污染；重則引起火災(zāi)、爆炸等重大事故。第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天在涂料工業(yè)中，合成高分子材料作為成膜物質(zhì)用來制備高等涂料?？轨o電劑、導(dǎo)電劑屬于典型的功能性助劑，可改變成膜物質(zhì)的電性能。

一般，表面電阻率在109~1014Ω·cm的可視為抗靜電材料，能使高分子材料具有這一性能的添加劑成為抗靜電劑。第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

在工業(yè)上采用抑制靜電荷的產(chǎn)生和促進(jìn)電荷的泄來解決材料的帶電問題。有以下幾種方法：①提高材料加工環(huán)境和使用場所的濕度，有利于抑制電荷的產(chǎn)生和促進(jìn)電荷的泄漏；②對聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，引入極性化或離子化基團(tuán)，提高導(dǎo)電性；③在材料加工過程中利用導(dǎo)電裝置或在制品中加入導(dǎo)電性材料；第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

④用氧化劑或采用電暈放電處理制品表面，提高高分子材料表面的導(dǎo)電性；⑤在高分子材料中添加導(dǎo)電性填料，如炭黑、金屬氧化物粉末或金屬粉末；⑥采用導(dǎo)電性高分子材料或?qū)щ娦酝苛线M(jìn)行表面預(yù)處理；⑦添加抗靜電劑，提高高分子材料的極性或吸濕性。第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天抗靜電劑所謂抗靜電劑是指涂敷于材料表面或摻和在材料內(nèi)部，以防止或減輕靜電積累的一類化學(xué)助劑.外部抗靜電劑是把抗靜電劑以一定濃度溶于醇或醇-醇混合溶液中，對塑料等表面進(jìn)行涂覆或浸漬，經(jīng)干燥抗靜電劑結(jié)合在制品表面，不會影響聚合物的加工性能和物理機(jī)械性能，但會因摩擦、洗滌或向聚合物內(nèi)部遷移而逐步減少，因此，處理后抗靜電效果難以持久。內(nèi)部抗靜電劑是在聚合物材料加工前或加工中加入的，其分子分散在聚合物分子之間，表面的抗靜電劑損失后能及時遷移到制品表面，使其保持比較持久的抗靜電效果。但是抗靜電劑容易向外遷移造成流失，故抗靜電性能不能持久第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天抗靜電劑的分類種類結(jié)構(gòu)主要成分適用樹脂陽離子型季胺鹽<親油基>單烷基、二烷基<對離子>鹵素、硝酸、有機(jī)酸PVC陰離子型磷酸鹽磺酸鹽<親油基>脂肪酸、聚氧化乙烯附加物<親油基>烷基、烷基苯PS、PE、PP、PVC非離子型脂肪酸多元醇酯

聚氧化乙烯附加物<親油基>單烷基、二烷基<多元醇>丙三醇、聚甘油、聚氧化乙烯、山梨糖醇、多元醇<親油基>烷基胺、烷基酰胺<親水基>聚氧化乙烯ABS、PE、PP、PVC兩性型內(nèi)胺鹽丙胺酸鹽<陽離子基>胺、烷基酰胺<陽離子基>碳酸、磺酸PS、ABS高分子型聚丙烯酸衍生物<親水基>聚氧化乙烯、碳酸、磺酸、季銨PE、PP第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天陽離子型：陽離子型抗靜電劑主要包括胺鹽、季銨鹽烷基氨基酸鹽等。其中季銨鹽最為重要,抗靜電性能優(yōu)良,對高分子材料有較強(qiáng)的附著力,廣泛用作纖維和塑料的抗靜電劑。但是,有些季銨鹽化合物熱穩(wěn)定性差,具有一定的毒性和刺激性,并且與某些著色劑和熒光增白劑反應(yīng),作為內(nèi)部抗靜電劑使用受到限制。各類抗靜電劑的主要特征第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天季銨鹽是用叔胺與烷基化試劑通過季銨化反應(yīng)來合成的。通常的烷基化試劑有烷基鹵化物如CH3Cl、CH3Br、CH2=CHCH2Cl,芳香族鹵化物如C6H5CH2Cl、C6H5Cl以及硫酸二烷酯等。隨著所使用的叔胺和烷基化試劑的不同,作為抗靜電劑使用的季銨鹽品種很多,較重要的代表性品種有以下幾類第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天(1)烷基叔胺氯化物:代表品種有硬脂酰三甲基氯化銨

(如Arguad18)

,硬脂酰二甲基戊基氯化銨,

廣泛作為纖維、織物的抗靜電劑、柔軟劑。(2)烷基叔胺硝酸鹽:

代表品種有抗靜電劑SN,

是帶有酰胺結(jié)構(gòu)的陽離子季銨鹽抗靜電劑,

廣泛作為塑料的內(nèi)、外抗靜電劑,可用于聚

氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸樹脂、ABS樹脂、

聚乙烯、聚丙烯和聚酯等多種塑料。第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天(3)烷基叔胺硫酸酯鹽:代表性品種有:(月桂酰胺丙基三

甲基銨)硫酸甲酯鹽(美國氰胺公司CyastatLS)、N,N-雙(2-羥乙基)-N-(3'-十二烷氧基-2'-羥基丙基)甲銨硫酸甲酯鹽(美國氰胺公司Cyastat609)、三羥乙基甲基季銨硫酸甲酯鹽(英國Temas公司抗靜電劑TM)、N,N-十六烷基乙基嗎啉硫酸乙酯鹽(美國Baird公司BarquatCME)等。第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天(4)烷基叔胺磷酸鹽:這類陽離子型抗靜電劑有硬

脂酰胺丙基二甲基-β-羥乙基銨二氫磷酸鹽

(美國氰胺公司CyastatSP)。

除了季銨鹽之外,陽離子型抗靜電劑還包括烷基胺、環(huán)胺、酰氨基胺的鹽、咪唑啉鹽乙基丙烯酰胺鹽等。廣泛的用作纖維的抗靜電劑和表面處理劑。第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天陰離子型：在這類抗靜電劑中,分子的活性部分是陰離子,其中包括烷基磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸衍生物、高級脂肪酸鹽、羧酸鹽及聚合型陰離子抗靜電劑等。其陽離子部分多為堿金屬或堿土金屬的離子、銨、有機(jī)胺、氨基醇等,廣泛用于化纖油劑、油品等的抗靜電劑。在塑料工業(yè)中,除了某些烷基磷酸酯、烷基硫酸酯及其胺鹽用作外部抗靜電劑外,一般較少用作內(nèi)部抗靜電劑使用。第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天非離子型：這類抗靜電劑分子本身不帶電荷而且極性很小。通常非離子型抗靜電劑具有一個較長的親油基,與樹脂有良好的相容性。同時非離子型抗靜電劑毒性低,具有良好的加工性和熱穩(wěn)定性,是合成材料理想的內(nèi)部抗靜電劑。

主要有聚乙二醇酯或醚類、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚等化合物。此類化合物分子中,烷基鏈長以及極性集團(tuán)的數(shù)量,對發(fā)揮最佳抗靜電效果至關(guān)重要。第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天兩性抗靜電劑:從廣義上看兩性型抗靜電劑是指在抗靜電劑分子結(jié)構(gòu)中同時具有兩種或兩種以上離子性質(zhì)的抗靜電劑。日本丸茂秀雄等人對此類化合物抗靜電劑做過廣泛深入的研究,發(fā)表過許多論文和專著.通常,兩性抗靜電劑主要是指在分子結(jié)構(gòu)中同時具有陰離子親水基和陽離子親水基這樣一類的離子型抗靜電劑。分子結(jié)構(gòu)中的親水基在水溶液中產(chǎn)生電離,在某些介質(zhì)中表現(xiàn)為陰離子表面活性劑特征,而在另一些介質(zhì)中又表現(xiàn)為陽離子表面活性劑特征。此類抗靜電劑與高分子材料有良好的相容性、配伍性,以及較好的耐熱性,是一類性能優(yōu)良的內(nèi)部抗靜電劑。第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天高分子永久性抗靜電劑：用各種親水性聚合物作為抗靜電劑,加入到基料樹脂中可得到高分子聚合型永久性抗靜電劑樹脂,技術(shù)關(guān)鍵是提高永久性抗靜電劑在樹脂中的分散程度和狀態(tài),因為它是在母體中形成芯殼結(jié)構(gòu),并以此為通路泄漏靜電荷。永久性抗靜電劑以微細(xì)的層狀或筋狀形態(tài)主要分布在制品表面,而在中心部分較少且主要以顆粒狀存在。決定形態(tài)結(jié)構(gòu)的主要因素是成形加工條件和與母體樹脂的相容性,最直接的影響因素是母體與永久性抗靜電劑的熔融粘度差或粘度比,它常以剪切速率和加工溫度控制。第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天抗靜電劑的作用機(jī)理[2]

一般來說，分子中含有極性基團(tuán)較多的聚合物易帶正電荷而非極性聚合物一般帶負(fù)電荷，靜電荷的積累是造成靜電傷害的根源。抗靜電分子具有親水親油基團(tuán)，親油基團(tuán)顯示出非極性，親水基團(tuán)顯示出極性。二者之間存在著一個平衡值，HBL。HBL值越大，說明表面活性劑分子的極性越高；反之，HBL越小表面活性劑分子的極性就越低。第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

高分子材料用抗靜電劑的作用機(jī)理主要表現(xiàn)在兩個方面:

一是抗靜電劑在材料表面形成導(dǎo)電性的連續(xù)膜,即能賦予制品表面具有一定吸濕性與離子性的薄膜,從而降低表面電阻率,使已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷迅速泄漏,以達(dá)到抗靜電的目的;

二是賦予材料表面有一定的潤滑性,降低摩擦系數(shù),從而抑制和減少靜電荷的產(chǎn)生。第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天吸濕理論：抗靜電劑分子的親水基涂層固化過程中往往會排列在外側(cè)，親水基伸向大氣，親油基（親高分子）插入大分子層，因此可以吸收空氣中的水分子，形成肉眼觀察不到的“水膜”。這樣的“水膜”又為離子型表面活性劑提供了電離的條件，不僅能形成含水導(dǎo)電層，也為離子導(dǎo)電創(chuàng)造了條件第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天抗靜電劑在涂料中的應(yīng)用一般來說，在涂料中混入抗靜電劑能夠提高涂料的抗靜電效果。在家電制品及汽車部件涂裝應(yīng)用中，使涂膜表面具有抗靜電性是十分重要的。另外，電視機(jī)機(jī)殼板面（ABS樹脂或聚碳酸酯）以及燈具（丙烯酸樹脂）都可以采用抗靜電涂料涂覆的辦法來達(dá)到持續(xù)防污的目的。第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天涂料用抗靜電劑應(yīng)滿足如下使用要求：抗靜電效果好，在濕度很小時，也能使表面電阻顯著下降熱穩(wěn)定性好抗靜電效果持久，表面不發(fā)花，不產(chǎn)生發(fā)黏或油性感，不容易被洗去與成膜基質(zhì)有良好的相容性，在聚合物中不易發(fā)散不影響其他性能廉價第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天導(dǎo)電劑及導(dǎo)電劑作用機(jī)理導(dǎo)電涂料是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型功能材料。它賦予物體以導(dǎo)電性，具有抗靜電、導(dǎo)電以及屏蔽電磁的功能。用途廣泛。導(dǎo)電涂料分本體型和摻和型兩大類在涂料干燥固化之前，基料與導(dǎo)電填料彼此獨(dú)立存在，互不連續(xù)，處于絕緣狀態(tài)。固化干燥之后，溶劑揮發(fā)，基礎(chǔ)樹脂和填料混合固化，彼此之間緊密連結(jié)為一體，從而產(chǎn)生了導(dǎo)電度。第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天導(dǎo)電劑的種類導(dǎo)電劑大致可分為五大類：金屬系導(dǎo)電劑(銀粉、銅粉、鎳粉)金屬氧化物系導(dǎo)電劑(氧化錫、氧化鐵、氧化鋅)碳系導(dǎo)電劑料(炭黑、石墨等)復(fù)合導(dǎo)電劑（復(fù)合粉和復(fù)合纖維）其他導(dǎo)電劑第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天銀良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性分為球狀、片狀、扁平狀、枝裝和海綿狀導(dǎo)電性與銀粉的粒徑有關(guān)，粒徑越小導(dǎo)電性越高銀的價錢比較昂貴第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天銅其體積導(dǎo)電率與銀接近，但是比較便宜缺點(diǎn)是在空氣中易氧化，氧化后不導(dǎo)電添加還原劑，如對苯二酚類衍生物在銅系電磁屏蔽涂料中，通過加入助劑如偶聯(lián)劑、有機(jī)膨潤土，可改善其使用性能第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天鎳其穩(wěn)定性介于銀粉與銅粉之前在大氣中不易生銹，能夠抵抗苛性堿的的腐蝕常用于磁屏涂料常與銀制得復(fù)合導(dǎo)電劑還與鋁硼等制成粉末導(dǎo)電劑第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天氧化錫純的氧化錫是絕緣體，只有當(dāng)其組成偏離了化學(xué)比、產(chǎn)生晶格缺陷和進(jìn)行摻雜時才能成為半導(dǎo)體摻銻二氧化錫（ATO）是一種新型多功能透明抗靜電及導(dǎo)電材料，納米型優(yōu)勢更明顯ATO導(dǎo)電膜與基材的附著性好，機(jī)械強(qiáng)度高，不受氣候和使用環(huán)境的限制第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天氧化鋅氧化鋅晶須具有獨(dú)特的性能，其結(jié)構(gòu)為立體四針狀，每根針狀體為單晶體微纖維氧化鋅晶須是一種調(diào)到率可調(diào)的半導(dǎo)體材料當(dāng)其分散于涂層中時，其四針狀顯微結(jié)構(gòu)可形成高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二氧化鈦導(dǎo)電性能穩(wěn)定且具有一定的遮蓋力用二氧化鈦配置的抗靜電涂料，其耐油性、防腐性、物化性能較好，可以制成白色抗靜電涂料第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天炭黑烴類化合物熱分解而得到的炭黑的球形粒子是由幾種沒有一定標(biāo)向的晶子組成的無定形結(jié)晶體粒子越小，表面積越大，導(dǎo)電性能越好揮發(fā)氛越高，導(dǎo)電性越差，灰分越低，導(dǎo)電性越好由于炭黑粒子