抗靜電劑
抗靜電劑是能增加電介質(zhì)表面電導(dǎo)率與體積電導(dǎo)率、防止其產(chǎn)生靜電的化學(xué)制劑。靜電的危害遍及各個工礦企業(yè),它不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量,而且還會因靜電荷電場強度過大產(chǎn)生火花,引燃易燃的蒸氣、氣體或粉塵與空氣的混合物,造成重大燃爆事故。當(dāng)電介質(zhì)起靜電達到一定的電荷密度時,被加工電介質(zhì)材料的不同部位就出現(xiàn)相互作用力,影響正常生產(chǎn)過程的進行,這就是靜電力引起的工藝干擾。靜電引起的微弱電流,長期流經(jīng)人體,或?qū)θ梭w瞬間放電都會損害人體的健康。
【抗靜電劑的種類】
抗靜電劑按其性質(zhì)可分為吸濕型和表面活性型兩類。
吸濕性防靜電劑具有吸濕或保濕性質(zhì),能在電介質(zhì)的表面上形成一層水膜;屬于這類的有聚硅氧烷、多元醇胺、乙二醇、甘油、山梨糖醇和無機鹽類(氯化鈣、氯化鋰、氯化鎂)。
表面活性劑型抗靜電劑,它的分子中親油部分牢固地附著于電介質(zhì)表面,親水部分從空氣中吸收水分,從而在樹脂表面形成薄薄的導(dǎo)電層,起消除靜電的作用。
按照使用方法,抗靜電劑可分為外用抗靜電劑和內(nèi)用抗靜電劑。
采礦、選礦和冶金工業(yè)中,為防止礦物粉末和金屬粉末加工過程產(chǎn)生的靜電效應(yīng),一般采用外用抗靜電劑;合成纖維生產(chǎn)過程使用的表面涂層抗靜電劑也屬外用的。在合成樹脂薄膜及模塑品制造過程中加入的抗靜電劑為內(nèi)用抗靜電劑。在物料表面噴涂(外用)抗靜電劑的情況下,表面形成的導(dǎo)電層因摩擦或洗滌被除去后,抗靜電效果會明顯下降;而內(nèi)用抗靜電劑形成的表面導(dǎo)電層,雖然也可能失掉,但由于不久后又有新的抗靜電劑分子從內(nèi)部移至表面,仍能產(chǎn)生抗靜電效果,故能長期保持抗靜電的效用。外用抗靜電劑有表面活性劑、硅化合物等。而內(nèi)用抗靜電劑除表面活性劑外,還有其他無機物,如在固體電介質(zhì)中填充金屬粉、炭黑等物質(zhì),可以提高其體積電導(dǎo)率達到抗靜電作用。
具有表面活性的抗靜電劑按其離子形態(tài)可分為陽離子型、陰離子型、非離子型等。
陰離子型抗靜電劑的代表性產(chǎn)品有高級醇硫酸酯鹽、脂肪族磺酸鹽、高級醇磷酸酯鹽。此類抗靜電劑其平衡離子的陽離子部分,除使用鈉、鉀等金屬離子外,還可使用三乙醇胺之類的烷基醇胺。陰離子型抗靜電劑的特點是熱穩(wěn)定性良好。
陽離子抗靜電劑以具有8~22個碳的烷基季銨鹽和烷基胺鹽為代表,其陰離子部分的平衡離子除用鹵素離子外,還可使用硝酸、硫酸、高氯酸等。這一類表面活性劑是抗靜電劑能力最好的一類,但熱穩(wěn)定性略次于其他類型。
非離子型抗靜電劑,則有聚氯乙烯衍生物及多元醇的部分酯化產(chǎn)品,熱穩(wěn)定性好,可用作食品包裝薄膜等的內(nèi)用抗靜電劑。
此外,還有噴涂使用的高分子抗靜電劑,其優(yōu)點是耐用耐洗。
【抗靜電劑的作用機理】
抗靜電劑消除靜電的方式主要有如下四種:
(1)抗靜電劑的親水基增加制品表面的吸濕性,形成一個單分子的導(dǎo)電膜。
(2)離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度,從而增加導(dǎo)電性。
(3)介電常數(shù)大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙之間的介電性。
(4)增加制品表面的平滑性,降低其摩擦系數(shù)。
在以上四種作用方式中,(1)和(2)可以降低制品的電阻,增加其導(dǎo)電性,加快電荷的漏泄。(3)和(4)可以減少摩擦?xí)r電荷的產(chǎn)生。一般認(rèn)為,前兩種作用是抗靜電劑的主要功能。當(dāng)然,對于一種抗靜電劑來說未必全部具備上述所有的功能。
【抗靜電劑的性能要求】
理想的抗靜電劑應(yīng)具備如下條件:
(1)抗靜電效能大而持久。
(2)耐熱性好,在成型加工的高溫(120~300℃)下或反復(fù)進行熱加工時不分解。
(3)與塑料的相容性適中,既具有一定的相容性,又具有一定的不相容性,在混煉和熔融加工時可與樹脂良好地相容,成型后不會明顯噴霜析出,但抗靜電劑與樹脂還須有一定的不相容性,以保證當(dāng)表面的抗靜電劑分子層受到破壞時,內(nèi)部的抗靜電劑能夠及時滲出,形成新的分子層,恢復(fù)防電效能。
(4)不影響塑料的加工性能(如熔點、粘度、溶解性等)和制品性能(如透明性、著色性、印刷性、熱合性和力學(xué)性能等)。
(5)與其它助劑的相容性好,無對抗效應(yīng)。
(6)無毒、無臭、對皮膚無刺激。
(7)價格低廉。