高分子型抗静电剂的发展状况

高军等

摘 要：介绍了高分子型抗静电的特性与类别，阐述了其作用机理及影响其抗静电性能的因素，分析了国内外高分子型抗静电剂的研究现状、发展趋势。

关键词：抗静电剂；高分子；永久型

抗静电剂是一类具有减少或抑制高分子材料静电荷产生作用的化学添加剂。它是通过增加制品润滑性或加速静电荷泄漏，来达到抗静电的目的。抗静电剂作为塑料、橡胶的常用改性劑，其研究技术日益成熟，目前研究主要趋向于高性能、持久性方面。高分子型抗静电剂由于具有永久抗静电性，是近年来研究开发的热点。

1 高分子型抗静电剂

1.1 高分子型抗静电剂的特性与类别

高分子型抗静电剂又叫永久抗静电剂，是指抗静电剂本身也是聚合物，一类亲水或导电单元的聚合物。主要类别有：季铵盐型（季铵盐与甲基丙烯酸酯缩聚物的共聚物、季铵盐与马来酰亚胺缩聚物的共聚物），聚醚型（聚环氧乙烷、聚醚酰胺、聚醚酰胺亚胺、聚环氧乙烷-环氧氯丙烷共聚物），内铵盐型（羧基内铵盐接枝共聚体），磺酸型（聚苯乙烯磺酸钠），其它类型（高分子电荷移动结合体）[1]。高分子型抗静电剂具有优异的抗静电性、耐热性和抗冲击性，不受擦拭和洗涤等条件影响，对环境湿度依赖性小，且不影响制品力学和耐热性能，但添加量较大（一般为5%～20%），价格偏高，而且只能通过混炼的方法加入到树脂中。可作为塑料、合成纤维外部用永久性抗静电剂。

1.2 高分子型抗静电剂的作用机理

高分子型抗静电剂主要在母体中形成“芯壳结构”，并以此为通路泄漏电荷。高分子型抗静电剂作为一类内添加型抗静电剂，改善高分子材料的表面抗静电性能的方式是采用与高分子基体共混；比起外抗静电剂，高分子抗静电剂与树脂具有更好的相容性，在制品表层呈微细的层状或筋状分布，在中心部分呈球状分布，即“芯壳结构”，有助于释放静电荷，提高制品抗静电性能。因此其技术关键是提高高分子型抗静电剂在树脂中的分散程度和状态。

卢霜[2]选用了反应型水溶性聚氨酯高分子永久型抗静电剂DM-3723，通过浸轧法对聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维和聚酰胺纤维织物进行抗静电改性。研究发现，DM-3723可赋予涤纶和锦纶织物优异的抗静电性，并且手感富有弹性，丰满度好，洗涤后仍能牢固吸附在织物表面。已有报道，在聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维中添加3%-5%的高分子永久型抗静电剂，其表面电阻率就能降到1010Ω以下，且半衰期小于10s[3-4]。

2 影响高分子型抗静电性能的因素

成型加工条件和与树脂的相容性是决定高分子型抗静电剂形态结构的主要因素，而抗静电剂与树脂基体的熔融粘度差最直接的影响因素。高分子抗静电剂受环境湿度影响小，影响其抗静电作用效率的主要因素为微观形态、成型工艺、与高分子材料的相容性等。

2.1 微观形态

具有较高的极性高分子型抗静电剂与极性较低的材料复合，相容性不佳且抗静电效果差。如ABS树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）中加入抗静电剂PEEA，应使平均1个羧基基团能够与PEEA的酰胺基团结合或生成酯，从而提高他们的相容性，进而提高ABS树脂的抗冲强度和改善层状剥离问题。

2.2 成型工艺

其它条件一定时，合理的成型加工条件对材料的抗静电性能也有显著影响。在共混过程中抗静电剂的浓度应该低于塑料基体的浓度；在熔融加工成型时，抗静电剂的粘度应该大于材料的粘度，这有助于其更好地分散于基体中；由于受到高剪切力，在挤出加工成型时，应该综合考虑粘度和剪切力两个因素。当然，适宜的混料方式、加工温度、螺杆转速及冷却速率均有助于提高材料的抗静电性能。

2.3 与高分子材料的相容性

抗静电剂的抗静电效果与其与高分子材料的相容性有很大关系，影响主要源于抗静电剂的迁移作用[5]。高分子型抗静电剂作为一种添加型抗静电剂，与材料应有适宜的相容性，若两者相容性过好，基体树脂对抗静电剂的吸引作用增强，抗静电剂在树脂内部向表面迁移的能力降低，最终影响抗静电效果；而与材料的相容性太差，抗静电剂会在材料表面析出，不仅制品外观受影响，且难以达到长久抗静电效果，甚至造成加工性能下降，成型困难[6]。如将抗静电剂PEEA加入到聚烯烃塑料中时，应同时加入相容剂与PEEA中的酰胺基团发生接枝反应。

其次，还有高聚物分子结构、其它添加剂等的影响。

3 国内外发展状况

高分子型抗静电剂是目前国际上研究的重点，但还没有得到广泛应用。在国外，已经商品化的高分子型抗静电剂并不少见。如汽巴精化的Iragastat P 系列的产品，其中Iragastat P 18适用于加工温度低于220℃的制品，而Iragastat P 22适用于PP、HDPE、PS、PET、PBT等塑料。日本旭化成工业公司成功开发的牌号为Adion-A的ABS系永久型抗静电塑料，是以聚乙二醇系聚酰胺作为永久抗静电剂。Atofina公司的高分子永久型抗静电剂Pebox 4011，适用于PVC、ABS、PS等树脂。日本油墨公司采用聚二环氧甘油醚乙二醇酯，并添加碱金属或碱土金属作为永久抗静电剂，能使尼龙6的电阻率降至108Ω·cm。

国内能够商品化的抗静电剂比较少，高分子型抗静电剂则更少。其中研究开发抗静电剂比较有名的单位有杭州市化工研究所、上海助剂厂、重庆主机厂、山西省化工研究所、济南市化工研究所。周向东等[7]将封端型水系聚氨酯抗静电剂与相关助剂复配成了耐久型抗静电整理液，抗静电效果显著且具有很好的持久稳定性。

总的来说，国内抗静电剂特别是高分子型抗静电剂的研究还处于发展阶段，与发达国家尚有一定差距，因此应在现有抗静电剂研究基础上加快新品种、新技术的研究进程，开发抗静电性能优异、高效稳定、用途广泛的抗静电剂，才能满足我国各行各业不断发展的需要。

参考文献

[1]张传兆.异壬醇的发展现状及市场分析[J].齐鲁石油化工，2010，38（4）：341-345.

[2]卢霜.抗静电剂DM-3723[J].印染，2009（11）：35-37.

[3]杭伟明，朱亚伟.涤纶和棉纶织物的抗静电整理[J].纺织学报，2009，30（6）：86-89.

[4]宋会芬，高琳，梁继月.丙纶纺粘非织造布抗静电整理的工艺研究[J].合成纤维，2006（5）：18-21.

[5]田瑶珠，于杰，罗筑等.不同类型4种抗静电剂在PE-HD中的应用效果及机理分析[J].聚合物与助剂，2004（2）：32-37.

[6]梁玉兰，周礼邦.抗静电剂的合成及其在涂料中的应用[J].广东化工，1997（4）：26-28.

[7]周向东，李纯清，桂陆军.封端型水系聚氨酯抗静电剂的研制及应用[J].纺织学报，2003，34（4）：293-295.