抗静电剂在高分子材料中的应用研究

付莹莹 刘一诺 陈震 李新露 商艳涛

摘 要：随着现代工业不断发展，其对于材料的需求越来越难以满足，导致工业发展的需求与现有材料本身所具有的物理属性之间的矛盾越来越突出，所以科学家们围绕材料的分子结构不断地进行探索，试图通过打破原有材料的分子结构，用一种或者几种分子结合成具有多个重复单体单元的大分子，于是有机高分子材料就应运而生了。聚合物材料是高分子材料的另一个名字，它的基体是高分子化合物，然后再配制有其他的添加剂。高分子材料在众多优越的特性中却存在着一个缺陷，即高分子材料在应用过程中非常容易产生静电，从而对一些行业造成某种程度上的危险。所以，抗静电剂在高分子材料中的应用研究就显得非常有必要了。本文将从抗静电剂的种类、作用，在高分子材料中使用抗静电剂的必要性以及提升抗静电剂效果的策略等方面展开论述，希望能对现代工业发展有所借鉴意义。

关键词：抗静电剂;高分子材料

1 抗静电剂的种类及作用

1.1 外涂型和内混型

1.1.1 外涂型抗静电剂

外涂型抗静电剂是指通过涂在高分子材料表面来实现抗静电效果的一种抗静电剂，在使用前需要先用水或乙醇来和这种抗静电剂调配成一种质量分数在0.5%和2.0%之间的溶液，然后通过喷涂或浸渍等方式把抗静电剂附着在高分子材料表面，干燥后就形成了抗静电隔层。外涂型抗静电剂之所以能发挥抗静电效果主要是由于吸附了空气中的水分子，使高分子材料的表面形成了均匀分布着的导电溶液，从而使高分子材料产生的静电易导向外界。外混型抗静电剂虽能广泛地应用于诸多领域，但由于挥发性等因素又导致其抗静电效果就显得稍弱一些了。

1.1.2 内混型抗静电剂

顾名思义，内混型抗静电剂就是指在加工过程中添加在树脂内的抗静电剂。在加工时，先准备好定量的树脂，再准备其质量的0.3%-3.0%的抗静电剂，将二者混合后再加工成型以实现抗静电效果。由于这种类型的抗静电剂是存在于高分子材料内部的，所以其抗静电的效果自然会比外混型的更加持久一些。

1.2 阳离子型、阴离子型和非离子型抗静电剂

1.2.1 阳离子型抗静电剂

阳离子型抗静电剂主要是长链的烷基季铵、磷或鏻盐，其平衡离子是氯化物。它们在极性基质（例如硬质聚氯乙烯和苯乙烯类聚合物等）中效果明显，然而却对这类高分子材料的热稳定性方面存在着一些弊端。因此与食物接触的物品是不允许使用这类抗静电剂的，而且阳离子型抗静电剂的抗静电效果相对于内混型抗静电剂，只达到了五分之一到十分之一。

这类抗静电剂被广泛应用于纤维和塑料中，其优点在于能够较强地附着于高分子材料上，但也有其局限性，即耐热性差，会伤害皮肤。

1.2.2 阴离子型抗静电剂

阴离子型抗静电剂一般是烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐，聚氯乙烯和苯乙烯类树脂材料主要用阳离子型抗静电剂来降低静电的产生。阴离子抗静电剂与阳离子抗静电剂在聚烯烃类树脂中的应用效果非常相似。在阴离子抗静电剂中，苯乙烯系树脂、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯都主要使用烷基磺酸钠来实现抗静电的效果。阴离子抗静电剂被广泛应用于化纤油剂、油品和塑料的抗静电中，其优越性在于不会伤害皮肤，不影响色彩效果，但是其抗静电效果会差一些。

1.2.3 非離子型抗静电剂

非离子型抗静电剂能够符合大多数高分子材料对抗静电剂的要求，例如聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物，这类高分子材料就主要使用非离子型抗静电剂来实现抗静电效果。乙氧基化脂肪族烷基胺代表着最大的一类抗静电剂，目前市场上生产销售的几种乙氧基化烷基胺，烷基链的长度和不饱和度的大小是它们之间的最大差异。乙氧基化烷基胺被认为是抗静电效果非常好的一种抗静电剂，因为它在湿度低的情况下仍然能保持良好的性能和较长的时间。另外乙氧基化烷基酸胺类具有高的商业价值，如乙氧基月桂酷胺及甘油一硬脂酸酯（GMS）。

2 在高分子材料中使用抗静电剂的重要性

静电在生活中是一种普遍的现象，如摩擦过的塑料梳子能够粘附碎纸屑，或者秋冬季脱毛衣等织物时能够听见静电的声音等，静电普遍存在于我们日常生活中。静电的实质是一种摩擦后引起的电荷重新分布的现象。材料产生静电的能力与自身的绝缘性有很大的关系，两者呈正相关性。而高分子材料具有良好的绝缘性，所以其非常容易产生静电且不易流失。在现代工业领域中，有机高分子材料被广泛应用，所以防止静电在生产过程中产生危害越来越得到人们的关注。静电严重时会灼伤人们的皮肤;人们的内分泌系统也会受到各种电器电磁波和有害的干扰;尤其在在现代工业领域中，由静电引起的电子设备的故障会造成电磁干扰;集成电路和精密的电子元件也可能会被达到一定积量的静电击穿，从而导致生产率降低;高压静电放电造成的电击，甚至会危及人身安全;这些危害是我们不容小觑的，一旦发生后果不堪设想，因此使用抗静电剂来避免高分子材料静电危害是非常重要的。

3 提升抗静电剂效果的策略

3.1 增加环境的湿度

抗静电剂发挥作用的原理是高分子材料由于亲水基的吸湿性而产生离子化基团，为离子导电提供了途径。研究表明，环境湿度是影响抗静电剂的效果的重要因素之一，二者呈正相关关系。即当环境湿度较高时，亲水基的吸湿性会发吸附更多水分子，产生更多离子化基团，使抗静电剂的效果最大程度地发挥出来。但是，当人工技术难以控制或调节环境湿度的时，我们只好选择相对极性较大的抗静电剂来增强其吸附水分子的能力，以此弥补环境湿度难以控制或调节的局限性，实现抗静电剂效果的最大化。

3.2 精确地把握表面浓度

目前我们使用的抗静电剂大多是表面活性剂，这种抗静电剂是在喷涂于高分子材料表面上来发挥抗静电作用的，因此其抗静电效果与表面浓度存在极大的关系。但是二者并不存在简单的正相关性或负相关性，经过大量实验发现，高分子材料表面的抗静电剂含量是存在一个适当区间的，只有当抗静电剂含量达到相对应的程度时，抗静电剂效果才能够最大限度地发挥出来，一旦高于或低于相对应的含量时，抗静电剂的效果就会大打折扣。另外，二者的相容性也会影响表面抗静电剂的浓度大小。二者相容性较好时，抗静电效果也会较好，反之不然。因此，我们在高分子材料表面喷涂抗静电剂时，要考虑到两者的相容性，最好能够精确地把握抗静电剂的表面浓度，使抗静电剂的作用发挥到极致。

3.3 选择适宜的成型工艺

内混型抗静电剂的使用方法是先把树脂和其添加质量的0.3%-3.0%的抗静电剂机械混合再加工成型，以达到抗静电效果的目的。这种方式就决定了加工成型工艺成为影响抗静电剂效果的因素。这是因为在高分子材料中，粘度高的组分会被黏度低的组分覆盖，所以在混合抗静电剂与高分子材料时，应该保证树脂基体的浓度高于抗静电剂的浓度。除了选择适宜的成型工艺外，混料方式、成型加工温度、螺杆的转速、冷却速率在选择时也要综合考虑各种因素，选择合适的条件进行混合以提升抗静电剂的抗静电效果。

4 结语

综上所述，我国目前在高分子材料的抗静电方面应用还存在诸多问题，所以还需要进一步的相关研究，我相信在更多专业人才的探索下，抗静电剂在高分子材料中的应用会越来越成熟，效果也会更好，高分子材料易产生静电的局限性将不会成为现代工业发展的限制。

参考文献：

[1]侯攀，周科勇，王明.抗静电剂在高分子材料中的应用研究进展[J].中国塑料，2017（07）：11-16.

[2]曾化雨.高分子材料抗静电技术的研究与应用[J].化工管理，2013（10）：98.