請教王老師，聚四氟乙烯乳液中用何種抗靜電劑？

聚四氟乙烯乳液中用何種抗靜電劑？謝謝

咨詢者：楊先生　咨詢時間：2007-12-25　狀態：已回復

下面有一篇這方面的文章,你可以研究一下:
（一）、靜電的產生
聚合物的電學性質
一提起高聚物的電學性質，人們馬上會想起高聚物是一種優良的電絕緣體，廣泛用作電線包皮。這的確是高聚物優良的電學性質的一個重要方面，即高的電阻率、很高的耐高頻性、高的擊穿強度，所以是一種理想的電絕緣材料。
其實有的高聚物還具有大的介電常數和很小的介電損耗，從而可以用作薄膜電容器的電介質。
還有其他具有特殊電功能的高聚物相繼出現，比如高聚物駐極體、壓電體、熱電體、光導體、半導體、導體、超導體等。
研究高聚物的電學性質，除了生產上的實用價值外，它還有重要的物理意義，因為高聚物的電學性質往往最靈敏地反映高分子內部結構和分子運動之間的關系。電學性質能在比力學性質更寬的頻率范圍內測定，測定精確性和靈敏性都高，因而成為研究高分子結構和分子運動的有力手段。
一、聚合物的介電性
介電性是指高聚物在電場作用下，表現出對靜電能的儲存和損耗的性質。通常用介電常數和介電損耗來表示。
根據高聚物中各種基團的有效偶極距μ，可以把高聚物按極性的大小分成四類：
非極性（μ＝0）：聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等
弱極性（μ≤0.5）：聚苯乙烯、天然橡膠等
極性（μ＞0.5）：聚氯乙烯、尼龍、有機玻璃等
強極性（μ＞0.7）：聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯腈、酚醛樹脂、氨基塑料等
聚合物在電場下會發生以下幾種極化：（1）電子極化，（2）原子極化，（3）偶極極化。聚合物的極化程度用介電常數ε表示。它定義為介質電容器的電容比真空電容器增加的倍數

式中：V為直流電壓；Q0、Q分別為真空電容器和介質電容器的兩極板上產生的電荷；Q’為由于介質極化而在極板上感應的電荷。
介電常數的大小決定于感應電荷Q’的大小，所以它反映介質貯存電能的能力。
非極性分子只有電子和原子極化，ε較�。粯O性分子除有上述兩種極化外，還有偶極極化，ε較大。此外還有以下因素影響ε：
（1）極性基團在分子鏈上的位置。在主鏈上的極性基團活動性小，影響小；在柔性側基上的極性基團活動性大，影響大。
（2）分子結構的對稱性。分子結構對稱的，極性會相互抵消或部分抵消。
（3）分子間作用力。增加分子間作用力（交聯、取向、結晶）會使ε較大；減少分子間作用力（如支化）會使ε較小。
（4）物理狀態。高彈態比玻璃態的極性基團更易取向，所以ε較大。
表7-6列出常見聚合物的ε值。
表7-6 常見聚合物的介電常數
聚 合 物 ε
聚四氟乙烯 2.0
聚丙烯 2.2
聚乙烯 2.3－2.4
聚苯乙烯 2.5－3.1
聚碳酸酯 3.0－3.1
聚對苯二甲酸乙二醇酯 3.0－4.4
聚氯乙烯 3.2－3.6
聚甲基丙烯酸甲酯 3.3－3.9
尼龍 3.8－4.0
酚醛樹脂 5.0－6.5
聚合物在交變電場中取向極化時，伴隨著能量損耗，使介質本身發熱，這種現象稱為聚合物的介電損耗。通常用介電損耗角正切tanδ來表示介電損耗。一般高聚物的介電損耗時非常小的，tanδ＝10－3～10－4。
當聚合物用作絕緣材料或電容器材料時，希望介電常數大而介電損耗小為好，以免發熱消耗電能，而且引起老化。但作為聚合物的高頻焊接，又希望有較大的介電損耗。
因為介電損耗主要是取向極化引起的，因而通常ε越大的因素也越會導致較大的介電損耗。非極性聚合物理論上講沒有取向極化，應當沒有介電損耗，但實際上總是有雜質（水、增塑劑等）存在，其中極性雜質會引起漏導電流，而使部分電能轉變為熱能，稱電導損耗。
與力學損耗相似，介電損耗也用來研究聚合物的玻璃化轉變和次級松弛，所得譜圖稱為聚合物的介電松弛譜（溫度譜或頻率譜）。圖7-60是聚四氟乙烯介電損耗的溫度譜。

二、聚合物的導電性
高聚物存在兩種導電機理：電子電導（電子、空穴）和離子電導（正、負離子）。一般高聚物主要是離子電導。有強極性原子或基團的高聚物在電場下產生本征解離，可產生導電離子。而非極性高聚物本應不導電，它的理論計算的比體積電阻1025Ω·cm，但實際上要小好幾個數量級，原因是雜質帶來的。這些雜質是少量沒有反應的單體，殘留的催化劑、助劑以及水份，都能在電場下離解而成為導電的主要載流子。
高聚物導體、半導體則主要是電子電導。
對聚合物加一直流電源時，發現通過的電流為表面電流和體積電流之和。I=Is＋Iv
相應地電阻也可以分為體積電阻Rv和表面電阻Rs
為了比較不同材料的導電性，通常采用電阻率。電阻的大小與試樣厚度h成正比，與試樣面積S成反比，比例系數就是體積電阻率ρv。
或 （單位：Ω·cm）
類似地，對于表面電阻率ρs有
式中：l為電極的長度；b為電極間的距離。
一般講電阻率沒有特別注明時，都是指體積電阻率（即比體積電阻）。這是最重要的電學性質之一，按ρv將材料分為導體、半導體和絕緣體三類。
導體 ρv＝0～103Ω·cm
半導體 ρv＝103～108Ω·cm
絕緣體 ρv＝108～1018Ω·cm以上
ρv和ρs都是用一個三電極裝置測定（圖7-61），該裝置由主電極、環形電極和下電極組成。測定ρv時樣品被測面積就是主電極的面積；測定ρs時電極長度為主電極的周長。



聚合物的導電性能受分子結構及外界條件的影響：
（1）極性聚合物的導電性要好于非極性聚合物。
（2）存在共軛體系的，導電性好。
（3）分子量增大能使電子電導增大，但離子電導減小。
（4）結晶度增大可使電子電導增大，而離子電導減小。
（5）聚合物殘留的導電性“雜質”（如催化劑、導電性填料、水分等）含量越大，則導電性越好。其中水對極性聚合物影響大，但對非極性聚合物影響很小。
（6）溫度升高，聚合物導電性急劇增強。
表7-7列出了常見聚合物的體積電阻率


從表7-7可見普通聚合物是絕緣體。但有的聚合物導電性很強，稱為導電高分子，是一類功能高分子，詳見第八章的8.4.7。
聚合物處于強電場中，材料可以從介電狀態轉變為導電狀態，這時材料局部被燒毀，這種現象叫介質的擊穿。圖7-62表示材料在擊穿前后電壓與電流的關系，在圖上dV/dI=0處的電壓Vb稱為擊穿電壓。定義擊穿電壓與絕緣材料厚度h的比值為介電的介電強度：Eb = Vb/h（單位為MV·m-1或KV·mm-1）。這是高分子材料電絕緣性能的一個重要指標。一般極性聚合物Eb＝10～20 MV·m-1，而作為絕緣用的聚合物薄膜要求Eb＝50～100 MV·m-1。
三、聚合物的靜電現象
1．靜電的產生
任何兩個固體，不論其化學組成是否相同，只要他們的物理狀態不同（如表面的不均勻性等等），其內部結構中電荷載體能力的分布也就不同。當這樣兩個固體接觸時，在固－固表面上就會發生電荷的再分配，在它們重新分離之后，每一固體將有比接觸或摩擦前更多的正（或負）的電荷。這種現象叫靜電現象。
聚合物在生產、加工和使用過程中，與其他材料、器件發生接觸以至摩擦是免不了的，這時只要在高聚物幾百個原子中轉移一個電子，就會使整個聚合物帶有相當大的電荷量，變成帶電體。例如在日常生活中，大家都知道，脫去合成纖維的衣服時，經常會聽到放電的響聲，在暗處還可以看到放電的輝光。在生產中這類例子更多，塑料從模具中脫下來時常常帶有靜電。合成纖維在紡絲過程也會帶電，吸水性很低的（＜0.5%）聚丙烯腈纖維因摩擦而產生的靜電可達1500伏以上。纖維拉伸靜電的積累甚至可達上萬伏。
更重要的是一旦高聚物帶上靜電荷以后，由于聚合物的高絕緣性而難以漏導，一些非極性聚合物（聚乙烯等）靜電可保持幾個月之久。
關于靜電產生的機理至今還沒有定量的理論，一般認為是聚合物摩擦時，ε大的帶正電，ε小的帶負電。也就是極性易帶正電，非極性高聚物易帶負電。

物質在上述序列中的差距越大，摩擦產生的電量越多。
2．靜電的危害和利用
一般來說，靜電作用在聚合物加工和使用過程中是個不利因素。
（1）靜電妨礙正常的加工工藝。尤其是合成纖維工業中特別突出。摩擦生電產生吸引或排斥力，使合成纖維在紡絲、牽伸、織布、打包等各道工序都發生困難。
（2）靜電作用損壞產品質量。例如高聚物由于靜電吸附灰塵或水氣而影響材料的質量，膠卷會因為吸塵而影響清晰度，靜電電壓超過4000伏時會發生電火花而使膠片感光。滌綸制成的錄音帶由于滌綸片基放電產生噪音會影響錄音質量。
（3）可能危機人身及設備安全。靜電引起的火花放電，在有易燃易爆物質存在的場合下，會釀成巨大的災禍。有人統計，化學工業中的事故大約有十分之一是由靜電所引起的。
因此防止靜電所產生的危害是有重要意義的。
靜電另一方面人們又用它來為人類服務，靜電復印、靜電照相，日常生活中利用氯綸的靜電來治療關節炎也是人們熟知的。
3．靜電的防止
為消除靜電，目前，使用較為廣泛的是抗靜電劑，即將抗靜電劑加到聚合物材料中，或涂布在聚合物材料的表面上，以提高材料表面的導電性，使帶電的聚合物材料迅速放電，以防止靜電的積聚。
抗靜電劑是一些表面活性劑，如陰離子型（肥皂、烷基磺酸鈉、芳基磺酸酯等）；陽離子型（季胺鹽、胺鹽等），以及非離子型（聚乙二醇等）。
在纖維紡絲工序中則采取“上油”的措施，給纖維表面涂上一層具有吸濕性的油劑，它吸收空氣中的水分而增加導電性。而在塑料中，抗靜電劑常作為添加劑添加到塑料中，依靠抗靜電劑擴散到塑料表面而起作用。例如PVC糖果紙的生產中要將100張PVC薄膜疊在一起進行剪裁，如果不加抗靜電劑，切好的糖果紙很難分開，這時就需要添加內用型的抗靜電劑。
（二）、消除靜電的方法
要結合生產實際、包裝材料的用途（包裝什么產品）、顧客的使用條件等情況，采取不同的抗靜電技術來消除靜電。常見的抗靜電技術如下：
1、物理消除法
物理消除法是在不改變材料性能的情況下，利用靜電本身固有的特性來消除的方法。如“接地”消除法，就是在工序上安裝消靜電毛刷。將刷體置于紙張或塑料卷材的收卷或放卷處，并使消靜電毛刷的接地端可靠接地，而不能接于設備或導輥上。因為設備有可能接地不良；部分導輥經過陽極處理，表面生成氧化鋁，而氧化鋁是不導電的。例如高壓放電式靜電消除法，即采用高壓放電式靜電消除器來消除靜電。該靜電消除器按放電極性分為單極性和雙極性。單極性靜電消除器只中和一種電荷（正電荷或負電荷），雙極性靜電消除器既可以消除正電荷，又可以消除負電荷。環境濕度控制法也是較為常見的一種，增加車間環境的相對濕度（適宜在60％～70％范圍），可以提高塑料、紙張表面的水分，形成微薄的、可以導電的水膜，從而加速靜電泄漏。以上三種相結合的靜電消除法在進行印刷、復合、分切以及制袋工藝時較為常見。
2、化學消除法
化學消除靜電法即抗靜電劑處理技術，主要是將抗靜電劑（表面活性劑）通過添加（填充）技術或涂層技術，對樹脂或基材進行電性能改性的方法，是較為徹底和完善的抗靜電技術。但由于添加或涂布了抗靜電劑，引起了材料化學成分的改變，因而該技術不適用于對紙張的處理，只適用于對塑料樹脂的改性。
特別是在包裝食品、醫藥、化妝品、化工產品等，要注意安全性、衛生性以及與基體樹脂的相容性等等，故而技術含量較高。具有抗靜電性能的包裝材料，不僅杜絕了由于靜電引起的各種質量事故，而且為顧客提高了包裝效率，保證了封口強度，因而得到顧客的認可。令人欣慰的是，塑料工業界早在上世紀90年代初期就加強了對抗靜電劑的研究，抗靜電劑的性能日趨成熟，抗靜電劑處理技術也得到了廣泛的推廣與使用。
2.1 添加型處理技術
該技術（即母粒技術）是將添加型抗靜電劑按一定濃度（百分之幾到百分之幾十）與熱塑性樹脂混合，并添加多種助劑，經熔融、混煉、造粒，制得抗靜電母粒�？轨o電劑的選用，要注意與基體樹脂的相容性。若相容性太差，則制得的抗靜電粒子性能較差；但相容性太好，則抗靜電劑向表面遷移的速度太慢，難以形成抗靜電水膜。選用與制品樹脂相同的樹脂作為基體樹脂，在進行熔融、混煉、造粒的過程中，要盡可能維持較低的加工溫度，防止抗靜電劑因熱穩定性不好而分解甚至變質。利用抗靜電粒子制備抗靜電塑料薄膜，常采用三層（ABC）共擠吹塑工藝。注意添加抗靜電母粒的比例要根據其有效物的濃度確定，并依據測試結果作適當調節，使其表面電阻率ps在1011Ω左右即可；添加量增大不僅增加產品成本，而且會對后期的加工工序帶來不利影響。若要制備抗靜電復合包裝材料，則把抗靜電粒子加入功能面（熱封面），而不加入復合面（電暈處理面），以免遷移出的抗靜電劑及水膜形成阻隔層，影響復合后材料的剝離強度。也可將抗靜電母粒按一定比例加入涂覆級樹脂如PE、PP中經擠出復合（流延）工藝，從而避免了薄膜因粘連及吸附異物等引發的質量問題。
2.2 涂層型處理技術
涂層型抗靜電劑處理技術是將離子型表面活性劑制成抗靜電涂料，涂覆于塑料薄膜表面，起防止電荷積累效果。涂層型抗靜電劑的選用，要根據被涂覆基材的功函數大小來確定。塑料材料的功函數大，則易帶負電；其功函數小，則帶正電。常見的塑料材料中功函數由大到小的順序前面已談到，PP、PE極易帶負電，宜采用陽離子型表面活性劑涂覆；PET、PA極易帶正電，宜采用陰離子型表面活性劑涂覆。要求塑料薄膜表面潤濕張力大于38dyn/cm；抗靜電涂料成膜性好、耐摩擦、耐化學腐蝕且作用持久。制備抗靜電涂料的方法是：將抗靜電劑溶解于成膜性好、與塑料薄膜附著牢固的醇溶性或酯溶性樹脂或乳液中；也可用聚氨酯粘合劑作載體，用酯類溶解；還可溶解于溶劑型塑料涂料中，制成抗靜電涂料。涂布時注意選擇合適的涂布干量，設定好干燥箱階梯溫度，控制好卷取速度及環境相對濕度，防止涂布后產生霧度、彩虹等現象。
3、靜電的測量與測試
對包裝材料的靜電測量主要是測量其所積累電荷的電壓，可采用靜電電壓表進行測量，且要先選擇最大量程，而后逐步縮小量程。對包裝材料表面電阻率的測試，要依據GB/1410－89《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法》，在規定的環境溫度、相對濕度條件下進行。測得其表面電阻率在109Ω－1012Ω范圍內，即具有抗靜電性能。
靜電是一種常見的物理現象，有物體運動就容易產生靜電。加之包裝印刷業幾乎所有的加工工藝都是在絕緣材料表面進行，靜電的產生就不足為奇。只要我們加深對靜電產生的機理、危害的認識，科學、經濟地運用抗靜電技術，就能保持軟塑包裝材料的快速發展，并運用到各個領域。
（三）、抗靜電劑綜述
塑料表面產生靜電可能引起各種問題，如妨礙生產，發生火花導致爆炸和損壞電子設備的集成電路。清除靜電的辦法一般是使用表面活性劑，如抗靜電劑來降低聚合物的表面電阻。由于這樣的助劑具有吸濕性，在聚合物的表面吸收大氣中的水分而形成一層很薄的導電薄膜，從而使靜電迅速消除。在這一過程中水分起著重要的作用，隨著大氣濕度的提高，聚合物的表面導電能力也提高，使靜電荷迅速流失，產生較好的抗靜電性能。
根據用法的不同，表面活性抗靜電劑有兩種，即外用的和內用的、外用的、或局部的抗靜電劑是通過噴撒、擦搽或浸漬而施于聚合物的表面。這種外用抗靜電劑雖然適用于多種聚合物，但它們的效力只是暫時的，事后與溶劑接觸或與它物磨擦很容易失掉。內用抗靜電劑則是在聚合物加工過程中摻合于其中。這樣的表面活性抗靜電劑能夠補充因搬運處理而被磨蝕的抗靜電功能。這種內用抗靜電劑的作用有賴于噴霜。這里噴霜的意思是指加入于樹脂中的內用抗靜電劑部分地向聚合物表面遷移的過程。因此，內用抗靜電劑具有長期的抗靜電保護作用。 表面活性抗靜電劑可分為陽離子型的、陰離子型的和非離子型的。 陽離子抗靜電劑通常是些長鏈的烷基季按、磷或領鹽，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于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堿金屬鹽，也是主要用于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于苯乙烯系樹脂、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。它們廣泛地應用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中�，F在生產銷售的有好幾種乙氧基化烷基胺，其區別在于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，即使是在相對濕度低的情況下亦然，而且長期有效。這類抗靜電劑已獲聯邦食品醫藥管理局批準，應用于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于在濕度小的環境里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于加工過程中的靜電保護。盡管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制成濃縮母料，這些母料是自由流動的小球狀產品，易于裝運，而其混煉時易于分散。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，在擠出機中少有螺桿打滑。
抗靜電劑的最佳選用和添加量取決于聚合物的性質、加工方式、加工條件、其他助劑的種類和多少、相對濕度和聚合物的最終用途。為了獲得足夠的抗靜電作用所需的時間是不同的，抗靜電保護作用的生成速度和持續時間可以通過提高抗靜電劑的濃度而增加。但是，過量使用抗靜電劑可能導致最終制品的表面油滑，有損于印刷性能或粘合性能。未經處理的無機填料和顏料，可將防靜電劑分子吸附到它們的表面上，從而降低抗靜電劑的作用。這種現象可以由增加抗靜電劑的用量而得以補償。但是，對于那些與食物接觸的用品而言，抗靜電劑的添加量必須符合聯邦食品與藥物管理局的規定（詳見“聯邦規定法典，21（21CFR）”）。（Code of Federal Regulations,Title 21(21CFR））。
用于聚乙烯時，選用何種乙氧基化烷基胺抗靜電劑需考慮它們的物理形態，即膏狀、液體、小顆�；蚬腆w。如果乙氧基化牛脂胺因其呈膏狀而不能處理，則可用液體的乙氧基化油胺。在高溫加工的條件下（180℃以上），可以選用乙氧基化硬脂酞胺。如果需要速效抗靜電作用，則可選用乙氧基化月桂酷胺。用于聚丙烯時，要考慮的問題與用于聚乙烯時相仿。無論用于哪種樹脂，都必須考慮聯邦食品與藥物管理局的有關各項用途的規定限度。用于苯乙烯系聚合物時，建議選用乙氧基化椰子胺或其某一種適當的母料。
一般情況下抗靜電劑是在密煉機或擠出機中與顏料和其他助劑一起混配。從技術上講，純抗靜電劑，如乙氧基化烷基胺，還有另外一個優點，那就是在液體注射成型過程中它可以熔融，從而起顏料母料分散劑的作用�？轨o電劑母料可以直接加入到最終加工設備中去。內用抗靜電劑的作用與最終制品的生產加工條件有很大關系。例如，注射成型制品的抗靜電性能取決于模具的溫度。通常，模具的溫度較低時，抗靜電劑遷移較快，從而改善抗靜電性能。 評價抗靜電劑效果的測試方法有兩個：表面電阻（率）法和靜電衰變法；這兩種方法都在廣泛地使用。 根據 ASTM D257—78的定義，材料的表面電阻率是電勢梯度與材料表面單位寬度上通過的電流之比，它原則上與試樣的幾何形狀有關。將兩個電極放置于塑料樣品表面的同一側，并給電極通過直流電；測量通過試樣的電流，并計算電阻；然后把表面電阻率的測量結果用歐姆表示出來。
根據聯邦測試方法4046的定義，靜電衰變是指感應電荷的放電速度。將試樣（通常是薄板或薄膜）置于兩個電極之間，電極與樣品表面的距離為數毫米。一個電極接連于電源，另一個電極連接于電流表和記錄器，由一個電極在樣品表面上感應的電荷所引起的電場變化由另一個電極測量。抗靜電樣品將表現出感應電荷的衰變。衰變半衰期（以秒計）便是電荷由其最初值衰減一半所需的時間。
表1抗靜電劑的典型添加量
聚合物 常用的抗靜電劑 典型添加量，％
聚乙烯 （HDPE、LDPE、LLDPE） 乙氧基化烷基胺 0．1—0．3
乙氧基化月桂酰胺 0．1—0．5
甘油-硬脂酸酯 1．0—2．0
聚丙烯 乙氧基化烷基胺 0．1—0．3
乙氧基化月桂酰胺 0．4—0．8
甘油-硬脂酸酯 1．0—2．0
硬質聚氯乙烯 烷基季銨氯化物 1．0—2．0
烷基磺酸鈉 1．0—1．5
增塑聚氯乙烯 烷基磺酸鈉 0．5－1．5
甘油-硬脂酸酯 0．5—2．0
聚對苯二甲酸乙二脂 烷基磺酸鈉 1．0－2．0
聚碳酸酯 烷基磺酸鈉 2．5—3．5
苯乙烯系樹脂 （ABS、PS、HIPS） 乙氧基化烷基胺 1．0—4．0
烷基磺酸鈉 1．5—2．5
另一個廣泛應用于工業的標準測試方法是美國軍用標準，專用于電子產品的包裝。選擇哪種合適的方法要看需要進行檢測的塑料的最終用途。
塑料本身的電阻率為1014歐姆，當按表亞所示的添加量加入抗靜電劑時，電阻率可能會下降到1013至109歐姆。若欲進一步降低電阻率只能依靠改進導電性能，如使用導電炭黑。 近期發展抗靜電包裝技術正在發展，以強調對環境的關切。廣泛使用的乙氧基化烷基胺現在采用可多次利用的散裝容器包裝。供貨商傾向于生產濃縮度更高的抗靜電劑，到用戶手里以后可根據加工需要進行稀釋。這樣做的目的是要減少固體廢物的處理成本。通過開發高濃度抗靜電劑，生產廠商可以一次裝運較多的抗靜電劑而減少需由用戶處理的包裝容器的數量。 從技術上來看，很多的研究開發工作依然繼續圍繞著電子產品的包裝市場。乙氧基化月桂酰胺，通常被視為無胺抗靜電劑，常用于這一方面。乙氧基化月桂酷胺在吹塑LDPE和LLDPE薄膜方面的用量亦在增長，因為它在低濕度條件下的抗靜電效果也較好。這種產品的濃縮物和母料也可以買到。乙氧基化硬脂酞胺（含完全飽和的18一碳烷基鏈）已經應用于雙軸定向聚丙烯薄膜的生產，在這個生產過程中加工溫度高，要求抗靜電劑具有高度熱穩定性。
（四）、抗靜電劑在塑料中的應用
在現代工業生產及日常生活中，靜電危害往往造成重大損失和災難。防止聚合物表面產生靜電的方法主要有空氣離子化法、加濕法、金屬接觸放電法、輻射線法、導電物質導入法、表面形成吸濕膜法、化學處理變性法及應用抗靜電劑等。
其中，主要應用于塑料制品使用過程中的是摻入導電物質和添加抗靜電劑。
加入的導電物質一般為金屬粉或金屬短纖維、導電炭黑、導電聚合物短纖維等，能使制品具有良好的導電性（表面電阻率＜106Ω）或抗靜電性（表面電阻率在106~108Ω之間）。金屬化合物的抗靜電效果較好，但是價格較高，普通制品承受不了。
目前應用最多的抗靜電方式是添加抗靜電劑�？轨o電劑是一種能防止產生靜電荷，或能有效地消散靜電荷的以表面活性劑為主體的化學添加劑。使用抗靜電劑的方式是在制品表面涂覆或內添加。
從抗靜電性能的檢測和評價指標表面電阻率可用于區分抗靜電材料和導電材料的區別，如表1所示：
表1 導電材料和抗靜電材料的表面電阻率/Ω（23℃，RH50％）
導電材料 靜電消散材料 抗靜電材料 絕緣材料
＜106 106~108 108~1012 ＞1012
＜106 106~109 109~1012 ＞1012
＜106 106~108 108~1013 ＞1013
目前就導電、抗靜電材料的分界線說法不一，導電材料與靜電消散材料之間的界限為105或106Ω，靜電消散材料與抗靜電材料之間的界限為108或109Ω，抗靜電材料與絕緣材料之間的界限為1012或1013Ω。
美國是抗靜電劑最大生產和消費國，主要采用羥乙基化脂肪胺、季銨鹽化合物、脂肪酸酯類抗靜電劑，用于聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯等。歐盟也是生產和消費抗靜電劑的主要地區，所用抗靜電劑中50%為羥乙基化脂肪胺，25%為脂肪烴磺酸鹽，25%為季銨鹽和脂肪酸多元醇酯。日本多用非離子型和陽離子型抗靜電劑，其中20%用于PVC，30%用于PP。
我國抗靜電劑發展較快，主要是塑料工業用高效無毒抗靜電劑、合成纖維工業用高效多功能抗靜電劑及表面處理劑。
一、影響抗靜電效果的因素
1．分子結構和特征基團性質及添加量
抗靜電劑的效果首先取決于它作為表面活性劑的基本特性――表面活性。表面活性與分子中親水基種類、憎水基種類、分子的形狀、分子量大小等有關。當抗靜電劑分子在相界面上作定向吸附時，就會降低相界面的自由能及水和塑料之間的臨界接觸角。這種吸附作用，不僅與基體的性質有關，而且還與表面活性劑的性質有關。根據極性相似規則，表面活性劑分子的碳氫鏈部分傾向與高分子鏈段接觸，極性基團部分傾向與空氣中的水接觸。高分子材料作為疏水材料，抗靜電劑在其表面的主要作用就是形成規則的面向空氣中的水的親水吸附層。
在空氣濕度相同的情況下，親水性好的抗靜電劑會結合更多的水，使得聚合物表面吸附更多的水，離子電離的條件更充分，從而改善抗靜電效果。
通過質子置換，也能發生電荷轉移。含有羥基或氨基的抗靜電劑，可以通過氫鍵連成鏈狀，在較低的濕度下也能起作用。在干燥的空氣環境中，若要求塑料制品成型之后立即發揮抗靜電性，采用多元醇單硬脂酸酯抗靜電劑非常有效。圖1給出了以上兩種類型的抗靜電劑的典型應用實例。只有在相對濕度50％的環境中貯存一段時間之后，聚丙烯中的羥乙基烷基胺才表現出最佳的抗靜電效果，而且受濕度的影響非常大。硬脂酸單甘油酯在加入之后立即產生抗靜電效果且不受濕度的影響，但是隨著貯存時間的延長，其作用效果明顯下降。

圖1抗靜電特性隨時間變化（1mm厚PP注塑板） R0―表面電阻；t―時間1-無抗靜電劑；2-0.5份單硬脂酸甘油酯；3-0.15份羥乙基烷基胺（C12~C14）
適當的添加劑組合可以使高玻璃化轉變溫度聚合物具有更好的抗靜電效果。單硬脂酸甘油酯和羥乙基烷基胺復合使用可以使表面積較大的聚烯烴產品，如取向膜迅速發揮抗靜電效果，而且具有長期持續的效用（見圖2）。

圖2 1mm厚注塑的裝飾用板盤中不同抗靜電劑之間的協同效應 R0―表面電阻；t―時間1-無抗靜電劑；2-甘油單硬脂酸酯0.5份；3-羥乙基烷基胺（C12~C14）0.15份4-甘油單硬脂酸酯0.35份＋羥乙基烷基胺0.15份
添加型抗靜電劑效果決定于添加劑向塑料制品表面的遷移速率。當塑料制品表面被一層連續的導電層覆蓋時，電荷的衰減才達到最佳。
抗靜電劑的分子量太高，不利于它向高聚物表面遷移；分子量太低，耐洗滌性和表面耐摩擦性不佳。通�？轨o電劑的分子量比高聚物分子量小得多。加入低分子量物質可能會使高聚物材料的物理機械性能惡化。為了減少這種不良影響，抗靜電劑的一般添加量為0.3%~2.0%�？轨o電劑的添加量還視制品用途而異。
CMC（臨界膠束濃度）值是表面活性劑表面活性的一種量度。CMC值越小，表面活性劑達到表面（界面）吸附的濃度越低，或形成膠束所需濃度越低，因此抗靜電性的起效濃度也越低。不同結構的抗靜電劑添加量不同，并且隨制品形式的不同而不同。添加量有一個范圍。過低，抗靜電效果不明顯，過高，會影響材料的物理機械性能。薄膜、片材等薄制品的添加量較少，厚制品的添加量則相對較多。
抗靜電劑與聚合物的相容性遵循極性相近相容原理。高分子材料都具有長碳鏈結構，多屬非極性樹脂，有的具有極性端基，增強了極性。抗靜電劑同時具有憎水基（非極性）和親水基（極性）。一般憎水基碳鏈越長，與聚合物的相容性越好。親水基若極性很強，則與聚合物的相容性不好；若極性較弱，則親水吸附性較差。相容性太好，抗靜電劑不易遷出，達不到抗靜電效果；相容性不好，遷出太快，持效期太短，影響長期使用。因此在設計和使用抗靜電劑時需要考慮上述因素，通過實驗篩選抗靜電劑的品種及最佳使用量。
2．基材樹脂
除表面活性劑的結構和性能外，抗靜電性還與高聚物的結構、玻璃化溫度、結晶性能、介電常數及表面性能等有關。表面性能中除表面形狀、多孔性等以外，最主要的是表面能或表面張力。
在選擇涂覆型抗靜電劑時，抗靜電劑的表面張力應等于或小于被涂覆高聚物固體的臨界表面張力，才能得到良好的鋪展潤濕和粘附效果。表2列出了一些高聚物的臨界表面張力σC。
表2 某些高聚物的σC（20℃）
高聚物 σC／mN?m-1
聚四氟乙烯 18
聚乙烯 31
聚苯乙烯 33
聚氯乙烯 39
聚偏氯乙烯 40
滌綸 43
錦綸66 46
此外，基材樹脂的結構、結晶度和取向度（伸長率）、密度、孔隙率對抗靜電效果也具有較大影響。抗靜電劑只能存在于高聚物的非晶區域，并在其中活動。聚合物分子鏈的規整性越好，越容易結晶；結晶度越大，密度越大，則非結晶區越小，抗靜電劑可活動的區域越小，致使其向外遷出困難。
對于聚烯烴，加入抗靜電劑的LDPE在加工后很快就顯現抗靜電效果并達到平衡。HDPE呈現一定滯后，而PP則很慢才出現抗靜電效果（見圖3）。由圖還可清楚看到，羥乙基烷基胺類抗靜電劑分子鏈越長，遷移越慢，且抗靜電效果隨加工方法的不同而不同。

圖3 抗靜電劑鏈長（羥乙基烷基胺）和聚烯烴結構對抗靜電效果的影響 R0―表面電阻；t―時間1-LDPE；2-PP；3-HDPE；4-PP＋0.15份羥乙基烷基胺（C18）；5-PP＋0.15份羥乙基烷基胺（C12~C14）；6-HDPE＋0.15份羥乙基烷基胺（C18）；7-LDPE＋0.15份羥乙基烷基胺（C18）；8-LDPE＋0.15份羥乙基烷基胺（C12~C14）
高聚物的玻璃化轉變溫度會直接影響抗靜電劑分子向表面遷移。玻璃化溫度低的高聚物，在室溫下其鏈段能“自由”運動。這種運動能促進鏈段周圍的抗靜電劑分子遷移至表面。玻璃化溫度高的高聚物，在室溫下鏈段處于“凍結”狀態，不利于抗靜電劑分子遷移。
3．其它添加劑的影響
高聚物材料加工時，往往要添加一些穩定劑、顏料、增塑劑、潤滑劑、分散劑或阻燃劑等助劑。這些添加劑與抗靜電劑的相互作用也會對抗靜電效果產生很大影響。例如陰離子型穩定劑會與陽離子型抗靜電劑形成復合物，從而降低各自的效果。潤滑劑通常能很快遷移到高聚物表面上，抑制了抗靜電劑的轉移。若潤滑劑分子層覆蓋在抗靜電劑分子層上，會使抗靜電劑表面濃度降低，顯著影響抗靜電效果；有時由于潤滑劑的影響，也會促進抗靜電劑向表面轉移。增塑劑會增加大分子鏈間的距離，使分子運動更為容易，提高了高聚物的孔隙率，有利于抗靜電劑向制品表面遷移發揮抗靜電作用。有些增塑劑會降低高聚物的玻璃化溫度，也可使抗靜電劑的效果增大。抗靜電劑與各種添加劑的影響大小，事先很難預測，目前大多數是通過實驗來選用最合適的抗靜電劑和用量。
分散劑、穩定劑及顏料等無機添加劑，一般都有較強的吸附能力，使抗靜電劑難以遷移到表面上，對抗靜電劑的擴散遷移具有反作用，抗靜電效果會變差。大多數無機添加劑都是細小的微粒，具有較大的表面積，易吸附抗靜電劑，使其不能有效地發揮抗靜電作用。顏料微粒則容易富集在抗靜電劑周圍，影響其向外擴散。例如，相同抗靜電劑濃度的ABS中加入二氧化鈦后，抗靜電作用降低。不同無機填料的吸附性不同，對抗靜電效果發揮的影響也不一樣。
此外，高聚物組分中的彈性體也會使抗靜電劑的效能變差。例如在聚丙烯與橡膠的復合材料中，發現抗靜電劑富集在橡膠組分周圍，使其難于遷移到表面。
4．加工過程的影響
聚合物制品的加工方式最終會影響制品中高分子鏈的規整程度、結晶度、結晶形態及有序化程度。若高聚物在熔融狀態下成型后，立即在低于其玻璃化溫度的室溫下進行冷卻，抗靜電劑就很難擴散到制品表面，從而沒有足夠的抗靜電效果。若制品在高于玻璃化溫度的溫度下冷卻，由于大分子鏈段運動有助于抗靜電劑擴散，這樣不僅制品能呈現出足夠抗靜電效果，而且即使用摩擦或水洗除去表面上的抗靜電劑，也能較迅速恢復其抗靜電效果。
5．環境的影響
添加型抗靜電劑發揮抗靜電效果大多是靠吸附水作為離子的電離場所來進行導電，因此空氣濕度的大小將對抗靜電效果產生較大的影響。表3顯示了塑料的表面電阻率與環境相對濕度的關系。
表3 塑料的表面電阻率（ρs）與相對濕度（RH）的關系
原料名稱 表面電阻率，ρs/Ω
R.H． 30% R.H． 60% R.H． 90%
聚苯乙烯 ＞5×1016 ＞5×1016 ＞5×1016
聚乙烯 ＞5×1016 ＞5×1016 ＞3×1010
聚甲基丙烯酸甲酯 ＞5×1016 ＞5×1016 7×1015
乙基纖維素 ＞5×1016 ＞5×1016 3×1015
氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物 ＞5×1016 ＞3×1015 2×1011
尿素樹脂 ＞5×1016 ＞9×1014 2×1012
聚酰胺 ＞5×1016 1014 1013
三聚氰胺 ＞5×1015 1014 1013
酚醛樹脂 ＞7×1014 ＞5×1014 2×1013
聚烯烴的抗靜電效果隨濕度的變化關系見圖4。

圖4 低密度聚乙烯中抗靜電劑的作用效果隨濕度的變化關系
由上圖可看出，濕度的不同會帶來抗靜電性能的差異。在濕度較小（2％）的情況下，即使添加有抗靜電劑，制品表面也不能形成具有相當厚度的電離水層，不能給抗靜電劑提供充分的電離場所，也就無法體現抗靜電效果。因此抗靜電劑通常需要一個最低濕度以保證其抗靜電作用的發揮。
（五）、淄博金諾塑料有限公司生產的抗靜電母料在塑料中的應用。
產品特性：
靜電的產生 ，源于塑料的電子結構和較高的體積電阻率，其表面電阻值可以達到1016~19Ω，這使得塑料制品極易產生高的靜電荷和低的電容率。通俗的講，由于聚烯烴等塑料的導電性能差，使得它在前加工或后制品的使用過程中，會產生一些不良現象，比如在儲存和使用中大量吸附灰塵，影響產品的美觀和性能；高靜電荷的放電會影響電子芯片、通訊、醫療設備等高精密設備的正常運行；在加工薄膜、纖維時會阻礙其正常纏繞，后制品的染色和印刷也會受到很大的影響；在某些場合，比如粉塵密度高的場合，靜電荷產生的火花甚至會引起爆炸和火災，某種意義上來講是一種公害。在國外，最普通的苫蓋膜也會要求做防靜電處理。
劑和少量具有成核（增透）作用納米物質生產的母料，用于需要具有長期抗靜電效果的PP、LLDPE、LDPE、HDPE、ABS、EPS、EPE等通用塑料生產的薄膜、注塑、吹塑、板材、片材、管材、扁絲、纖維、繩索等制品中，與一般抗靜電母料相比，功能更優越，添加量更少。
抗靜電母料JNAS - PP/ PE ，的加入，大大降低了塑料制品表面的電阻率，電阻值從1016~19Ω降到10 8~10Ω，從而有效的改善了那些不良現象，這一過程是通過母料中的活性因子和納米物質遷移到制品表面來實現的�？轨o電母料還具有一定的內、外潤滑和脫模作用，可減少物料與設備間的磨損，對于使用增強、增韌、黑白母料、填充料的設備延長壽命幫助更加明顯。

王耀
wangyao1688@163.com

回復：王 耀　回復時間：2007-12-28