有机抗静电剂的研究进展

高军 吴剑 涂宾 邓淑玲 林志丹

摘 要：介绍了高分子材料静电的危害，有机抗静电剂的分类和作用机理，阐述了抗静电剂在高分子材料中的应用及发展概况。

关键词：抗静电剂 高分子材料 应用

中图分类号：TQ314.24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0098-01

高分子材料具有质轻、无毒、耐腐蚀、高抗冲、容易加工、成本低且可重复使用等优点，在人们的生活、生产、科技、医疗等领域应用广泛。但是高分子材料在使用加工过程中极易产生静电荷积累，不仅影响材料的外观特性、制造和使用，还存在安全隐患。静电的积累会造成吸尘、电击，甚至造成燃烧、爆炸等危险情况[1]。加入有机抗静电剂是一种直接有效的防静电方法。

1 抗静电剂的作用机理

抗静电的方法比较常用的有两种，一是增加制品的润滑性，抑制静电荷的产生；二是加速静电荷的泄露。可以通过表面改性、添加导电填料或使用有机抗静电剂来提高材料的电导率，抗静电的效果通过提高材料电导率来达到。有机抗静电剂[2]是一种通过涂刷、喷洒在制品表面，或添加到材料内部以达到抗静电作用的表面活性剂，因为其具有两亲结构，并且可以在相界面上被吸附，使材料电阻率和相间表面张力降低。根据使用方法不同可以将有机抗静电剂分为外涂型和内混型。

1.1 外涂型静电剂的作用机理

抗静电剂的吸湿性和制品的表面电阻率决定了外涂型静电剂的作用效果。其主要作用机理是：通过键与空气中的水分子结合，抗静电剂的亲水基在塑料表面形成一个单分子导电膜，能够降低表面电阻，加速电荷的泄漏；摩擦间隙中的介电常数高于空气中的介电常数，使电场强度变弱，从而导致产生的电荷减少了[3-4]。

1.2 内混型抗静电剂的作用机理

内混型抗静电剂的作用效果与吸湿性及电阻率相关联，此外还与高分子材料相容性及迁移速度有关。抗静电剂的亲水基迁移到制品表面并形成水吸附层，通过吸附层使电阻率得到提高，这就是其作用机理。树脂内部的抗静电剂分子会不断向表面迁移，从而能恢复因摩擦、水洗和拉伸等造成的材料表面抗静电剂分子层的缺损，使抗静电剂的持久性进一步提高。

2 抗静电剂的分类

根据抗静电剂的化学组成结构，可分为高分子型抗静电剂和表面活性剂型两种。

2.1 表面活性剂型抗静电剂

根据其亲水基团电离与否，将表面活性剂型抗静电剂分为离子型（阳离子型、阴离子型、两性型）和非离子型。

电离后带负电的分子中亲水基团是阴离子型抗静电剂，阴离子表现出活性。阴离子抗静电剂包括硫酸盐、烷基磺酸盐、羧酸盐、高级脂肪酸盐、聚合型及磷酸衍生物等，其抗静电性和耐热性好，但相容性和透明性差，适用于PS、PP、PE、PVC。电离后为正电的为阳离子型抗静电剂，主要有铵盐、季铵盐、烷基氨基酸盐等，常用作外涂覆型抗静电剂，其抗静电性和附着力好，但耐热性差，适用于PVC。其中，季铵盐抗静电性能良好的和附着力强，并在塑料和纤维中作为抗静电剂被广泛应用。但因为一些有些季铵盐化合物有较差的热稳定性，并且还有刺激性和毒性，使其应用受到一定的限制。在分子结构中同时具有阴离子亲水基和阳离子亲水基的称作两性型抗静电剂，主要包括咪唑啉金属盐、季铵羧酸内盐等，可分别与阴离子或阳离子配合使用，抗静电效果好，适用于ABS、PS。

非离子型抗静电剂本身不带电荷而且极性很小。主要包括多元醇脂肪酸酯、聚乙二醇酯或醚類、脂肪酸烷醇酰胺等化合物，适用于PE、PVC、PP、ABS。

2.2 高分子型抗静电剂

所谓的永久型抗静电剂即高分子型抗静电剂，属于亲水性聚合物，是一类新型抗静电剂。在制品表层永久型抗静电剂的分布主要是呈筋状或微细的层状，但在中心部分分布基本是球状，即芯壳结构，并以此作为泄露静电荷的通路。永久型抗静电剂在树脂中的分散程度和状态是其发挥抗静电作用的两个关键因素。与传统抗静电剂相比，永久型抗静电剂有持久的抗静电效果，没有诱导期，不受洗涤、擦拭等影响，适用于PS、PP、ABS、PVC、PE等树脂。不过其抗静电性能虽然好，但有较高的价格，有较大的添加量，通常为10%以上，其应用受到了很大程度的限制。

3 抗静电剂在高分子材料中的应用

3.1 塑料用抗静电剂

塑料有很差的导电性，是很好的电绝缘体，接触或摩擦其他材料就会起静电。因此，必须添加抗静电剂来使得塑料制品表面的电阻降低。塑料工业中会广泛应用抗静电剂，如矿用管、医疗器械、电子仪器塑料壳体的静电消散、石油输送管道的防静电。

3.2 涂料用抗静电剂

随着生产的需要，防静电涂料也被广泛应用于各个等领域，包括电气配线系统、汽车、油罐、航空。涂料抗静电剂是表面活性剂的一种，其抗静电效果迅速、优良，且易于分散于水，溶于乙醇、异丙醇等溶剂及其混合溶剂。

3.3 纤维用抗静电剂

常规合成纤维不加整理剂时，体积电阻率为1013～1014Ω·cm，是绝缘材料，加工时摩擦可产生静电，与工件发生缠绕；制品易沾污吸尘；穿着不舒适。纤维使用过程中抗静电剂是不可或缺改性剂。

3.4 橡胶用抗静电剂

橡胶中通常会添加炭黑作为补强剂，加入炭黑就可以使橡胶表面的抗静电性能提高。不过橡胶抗静电多集中于对非炭黑添加型橡胶的应用和研究，因此很少有关于橡胶抗静电剂方面的报道。朱玉璘等[5]在季铵盐抗静电剂对聚氨酯橡胶表面抗静电性能的影响的研究中发现，聚氨酯橡胶中加入少量（2%）的抗静电剂就表现出较好的抗静电性。

4 结语

抗静电剂在高分子材料中有着广泛的应用，随着生产的需要，人们对抗静电剂性能也有越来越高的要求。研究开发出的抗静电剂只有高效稳定、抗静电性能和耐久性优异才能满足市场的需求。

参考文献

[1] 杜仕国.抗静电剂的开发及其应用[J].化工新型材料，1994（7）：9-12.

[2] 王僧山，查敏，余章普，等.有机抗静电剂的应用和发展现状[J].加工应用，2006（3）：43-47.

[3] 吕世光.塑料助剂手册[M].北京：轻工业出版社，1988.

[4] 赵择卿.高分子材料抗静电技术[M].北京：纺织工业出版社，1991.

[5] 朱玉璘，王淑荣.聚氨酯用季铵盐类抗静电剂[J].聚氨酯工业，1994（4）：11-15.