浅谈高分子材料抗静电剂ASA结构特征与作用机理

许盛龙++范世墙++许璐

摘 要：在日常生活和生产中，许多高分子材料在使用过程中容易产生静电积累，造成吸尘、电击，甚至产生火花后导致爆炸等恶性事故发生。所以静电的防治已经引起人们的重视。目前最常用且行之有效的方法是使用抗静电剂以降低材料的表面电阻率。抗静电剂通过离子化基团或极性基团的离子传导或吸湿作用，构成泄漏电荷通道，达到抗静电的目的。本文通过静电危害和抗静电剂的阐述，解释了抗了静电剂的结构和作用机理。

关键词：抗静电剂；结构特征；作用机理

一、静电的危害

（一）带电体间的互相作用

在飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成聋子和瞎子；在印刷厂里，纸页之间的静电会使纸页粘合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度；在放电视时荧屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃的薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低。

（二）静电火花点燃某些易燃物体而发生爆炸

漆黑的夜晚，我们脱尼龙、毛料衣服时，会发出火花和“叭叭”的响声，这对人体基本无害。但在手术台上，静电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人；在煤矿，则会引起瓦斯爆炸，会导致工人死伤，矿井报废。

科研人员研究的抗静电剂，则能很好地消除绝缘体内部的静电。

二、抗静电剂ASA

任何物体都带有本身的静电荷，这种电荷可以是负电荷也可以是正电荷，静电荷的聚集使到生活或者工业生产受到影响甚至危害，将聚集的有害电荷导引/消除使其不对生产/生活造成不便或危害的化学品称为抗静电剂，英文缩写为ASA。

三、ASA的结构特征

抗静电剂一般都具有表面活性剂的特征，结构上极性基团和非极性基团兼而有之。常用的极性基团（即亲水基）有：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的阴离子，胺盐、季铵盐的阳离子，以及-OH、-O-等基团，常用的非极性基团（即亲油基或疏水基）有：烷基、烷芳基等，从而形成了纤维工业常用的五种基本类型的ASA，即胺的衍生物，季铵盐，硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。ASA当涂层用时，疏水基团吸附于材料表面，最外层形成一层ASA的分子层；当采用共聚方法形成双组分纤维时，外部的ASA分子层受到破坏，内部的ASA便可以渗透到材料表面；材料表面有一个平滑的ASA分子层，表面摩擦系数的降低使静电产生几率减少，但外用ASA耐洗牢度不好，可考虑用反应性化合物与纤维在高温下形成共价键结合。外用ASA一般以水、醇或其它有机溶剂作为溶剂或分散剂，进行涂覆疏水基团附着于材料表面，向外排列的亲水基团吸收环境中的微量水分，因为水是高介电常数的液体而形成导电层，并且纤维中所含的微量电解质也一定程度地降低表面电阻；用于织物的ASA多为饱和长碳链阳离子表面活性剂，因纤维表面呈负电性而容易被吸附形成湿气膜，这样材料摩擦间隙的介电常数也明显提高；如果ASA为离子化合物时，本身便具有离子导电作用。内用ASA在聚合物中分布是不均匀的，当添加到一定数量时，复合材料的表面会形成一层亲水基团向外排列的膜，同时内部的ASA能向表面渗透以补充膜层的缺损；因此ASA与聚合物的相容程度便形成了矛盾的两方面，相容性好会使向外表渗透速度放慢，难以及时补充表层ASA损失，反之又会使材料过早地丧失抗静电性能。

四、ASA的作用机理

（一）外涂型抗静电剂的作用机理

此类抗静电剂加到水里，抗静电剂分子中的亲水基就插入水里，而亲油基就伸向空气。当用此溶液浸渍高分子材料时，抗静电剂分子中的亲油基就会吸附于材料表面。浸渍完后干燥，脱出水分后的高分子材料表面上，抗静电剂分子中的亲水基都向着空气一侧排列，易吸收环境水分，或通过氢键与空气中的水分相结合，形成一个单分子导电层，使产生的静电荷迅速泄漏而达到抗静电目的。

（二）表面活性剂类内混型抗静电剂的作用机理

在高分子材料成型过程中，如果其中含有足够浓度的抗静电剂，当混合物处于熔融状态时，抗静电剂分子就在树脂与空气或树脂与金属（机械或模具）的界面形成最稠密的取向排列，其中亲油基伸向树脂内部，亲水基伸向树脂外部。待树脂固化后，抗静电剂分子上的亲水基都朝向空气一侧排列，形成一个单分子导电层。在加工和使用中，经过拉伸、摩擦和洗涤等会导致材料表面抗静电剂分子层的缺损，抗静电性能也随之下降。但是不同于外涂敷型抗静电剂，经过一段时间之后，材料内部的抗静电剂分子又会不断向表面迁移，使缺损部位得以恢复，重新显示出抗静电效果。由于以上两种类型抗静电剂是通过吸收环境水分，降低材料表面电阻率达到抗静电目的，所以对环境湿度的依赖性较大。显然，环境湿度越高，抗静电剂分子的吸水性就越强，抗静电性能就越显著。

（三）高分子永久型抗静电剂的作用机理

高分子永久型抗静电剂是近年来研究开发的一类新型抗静电剂，属亲水性聚合物。当其和高分子基体共混后，一方面由于其分子链的运动能力较强，分子间便于质子移动，通过离子导电来传导和释放产生的静电荷；另一方面，抗静电能力是通过其特殊的分散形态体现的。研究表明：高分子永久型抗静电剂主要是在制品表层呈微细的层状或筋状分布，构成导电性表层，而在中心部分几乎呈球状分布，形成所谓的“芯壳结构”，并以此为通路泄漏静电荷。因为高分子永久型抗静电剂是以降低材料体积电阻率来达到抗静电效果，不完全依赖表面吸水，所以受环境的湿度影响比较小。