姜海濤　陳月　何維華

摘 要：論述了聚烯烴用抗靜電劑作用機(jī)理，以及按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)，同時(shí)對(duì)抗靜電劑使用條件，抗靜電劑在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用狀況進(jìn)行了介紹，闡述了抗靜電劑在我國(guó)研究與發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：聚烯烴 抗靜電劑 使用條件 發(fā)展

抗靜電劑是添加于塑料中或涂敷于制品表面，能夠降低表面電阻和體積電阻，適度增加導(dǎo)電性，從而防止制品上積聚電荷的物資。當(dāng)塑料制品因摩擦而產(chǎn)生靜電時(shí)，由于電阻很高，加之吸水性又低，形成的靜電不易消去，靜電壓和容量的聚集增大，使塑料制品容易吸附塵埃，影響其制品的透明性及表面潔凈和美觀，而且還可以影響制品使用性能。所以，聚烯烴用抗靜電劑的研究、生產(chǎn)是塑料助劑中發(fā)展較快的一種。

一、抗靜電劑作用機(jī)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的吸濕性，形成一個(gè)單分子的導(dǎo)電膜。（2）離子型抗靜電增加制品表面的離子濃度，從而增加導(dǎo)電性。（3）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)。

二、抗靜電劑種類(lèi)

抗靜電劑主要是一類(lèi)表面活性劑物質(zhì)，按使用方式可以分為外部抗靜電劑和內(nèi)部抗靜電劑兩大類(lèi)。外部抗靜電劑基本要求是牢固結(jié)合在樹(shù)脂表面、抗靜電效果好、適應(yīng)于多種環(huán)境、不污染制品和環(huán)境；內(nèi)部抗靜電劑要求與樹(shù)脂相容性好、不影響樹(shù)脂物理性能、抗靜電性能高且持久、耐熱性好能經(jīng)受住樹(shù)脂高溫加工、毒性小，特別要求與其他樹(shù)脂助劑并用不產(chǎn)生相抗作用等。常用抗靜電劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分主要有陰離子型、陽(yáng)離子型、兩性型和非離子型。

1.陰離子型抗靜電劑

該類(lèi)抗靜電劑分子活性部分主要是陰離子，如烷基磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、二硫代氨基甲酸鹽、羧酸鹽等。該類(lèi)產(chǎn)品主要用于化纖油劑和油品的抗靜電劑，在塑料工業(yè)中除某些烷基磷酸酯和烷基硫酸酯用于PVC和聚烯烴作為內(nèi)部抗靜電劑使用，大部分用作外部抗靜電劑。其中聚合型陰離子抗靜電劑，如馬來(lái)酸酐與其他單體共聚物鹽類(lèi)、聚丙烯酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽等，與被處理的基料具有良好粘附性，是性能不錯(cuò)的永久性外部抗靜電劑。

2.陽(yáng)離子型抗靜電劑

該類(lèi)抗靜電劑主要包括各種胺鹽、季銨鹽、烷基氨基酸鹽等，其中季銨鹽最為重要，抗靜電性能優(yōu)良，對(duì)高分子材料有較強(qiáng)的附著力，廣泛用作纖維和塑料抗靜電劑，主要品種有硬脂酸三甲基氯化銨和硬脂酸二甲基戊基氯化銨常用于合成纖維抗靜電劑，也作為塑料外部抗靜電劑；烷基叔胺硝酸鹽是重要塑料抗靜電劑，代表品種為SN，采用硬脂酸與N，N-二甲基丙胺縮合，再與環(huán)氧乙烷和硝酸進(jìn)行季銨化反應(yīng)制得，廣泛用作聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚乙烯、聚丙烯和聚酯等內(nèi)外抗靜電劑；烷基叔胺硫酸酯鹽是合成纖維重要抗靜電劑，代表品種抗靜電劑TM，是由三乙醇胺與硫酸二甲酯合成而得，主要用于丙烯腈纖維、聚酯、聚酰胺等合成纖維；硬脂酰胺丙基二甲基-β-羥乙基胺二氫磷酸鹽是一種效果不錯(cuò)的塑料內(nèi)外抗靜電劑。

3.非離子型抗靜電劑

該類(lèi)抗靜電劑分子本身不帶電荷，而且極性很小，通常具有一個(gè)較長(zhǎng)的親油基，與樹(shù)脂有良好相容性，是合成材料良好的內(nèi)部抗靜電劑，主要有聚乙二醇酯或醚類(lèi)、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪酸乙氧基醚等化合物。其中甘油脂肪酸單和雙酯、山梨糖醇脂肪酸酯等熱穩(wěn)定性好，并賦予制品透明性，適用于聚烯烴和軟質(zhì)PVC的內(nèi)部抗靜電劑；脂肪酸聚乙二醇酯與樹(shù)脂相容性好，是聚烯烴良好的內(nèi)部抗靜電劑；脂肪醇或烷基酚為起始劑的環(huán)氧乙烷的加合物聚醚作為內(nèi)部抗靜電劑，適用于PVC、ABS、聚烯烴和聚苯乙烯等；長(zhǎng)鏈烷基胺與環(huán)氧乙烷加合物是適應(yīng)于聚烯烴、薄膜、板材和模塑制品的高效抗靜電劑；烷基醚醇胺類(lèi)化合物代表產(chǎn)品是美國(guó)氰胺公司的Cyastat 477，具有良好熱穩(wěn)定性，是高密度聚乙烯和聚苯乙烯的高效抗靜電劑；脂肪酸烷醇酰胺及其酯作為抗靜電劑適應(yīng)于聚苯乙烯、硬質(zhì)PVC及低密度聚乙烯。

4.兩性型抗靜電劑

該類(lèi)物質(zhì)作為抗靜電劑使用主要有季銨羧酸內(nèi)鹽、咪唑啉金屬鹽等。如十二烷基二甲基季銨己內(nèi)鹽是幾乎適合各種合成纖維的良好外部抗靜電劑，同時(shí)也適于塑料和感光材料，作為內(nèi)外部抗靜電劑，能賦予材料良好耐熱和附著性能；聚醚型季銨羧酸內(nèi)鹽也是一種效果不錯(cuò)的合成纖維用抗靜電劑；咪唑類(lèi)金屬鹽與多種樹(shù)脂有良好相容性、熱穩(wěn)定性好，是聚烯烴優(yōu)良的內(nèi)部抗靜電劑，也可以用于合成纖維。

三、抗靜電劑的使用條件

理想的抗靜電劑應(yīng)具有如下條件：（1）抗靜電效能大而持久。（2）耐熱性好，在成型加工的高聞下或反復(fù)進(jìn)行熱加工時(shí)不分解。（3）與塑料的相容性適中，既有一定的相容性，有具有一定的不相容性，在熔融加工時(shí)與樹(shù)脂良好相容，但當(dāng)表面的抗靜電劑分子層受到破壞時(shí)，內(nèi)部的抗靜電劑能夠及時(shí)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和制品性能。（5）與其他助劑的相容性好。（6）無(wú)毒、無(wú)臭、對(duì)皮膚無(wú)刺激。價(jià)格低廉。

四、抗靜電劑應(yīng)用狀況

抗靜電劑在全球?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用。北美地區(qū)抗靜電劑市場(chǎng)2011年將以年均6%左右的速度增長(zhǎng)。就其用途看，大多使用在電子家電產(chǎn)品以及食品包裝材料上。而從抗靜電劑種類(lèi)看，乙胺類(lèi)多使用在聚烯烴上，做為電子設(shè)備包裝；而季胺化合物則常使用在PVC，如工業(yè)傳送帶、磁片包裝及瓶子等；脂肪酸酯類(lèi)則多使用在聚烯烴內(nèi)部抗靜電用。歐洲抗靜電劑市場(chǎng)預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)率為2.5%，就用途而言，主要使用在聚苯乙烯、ABS及其他苯乙烯系聚合物的處理過(guò)程，由于內(nèi)添加劑型抗靜電劑通常具有潤(rùn)滑的功效，故有時(shí)難以與潤(rùn)滑劑加以區(qū)分。在日本，抗靜電劑主要以0.1%～0.2%的濃度混合入塑料之中，其中聚丙烯是最常使用抗靜電劑的塑料產(chǎn)品，其次為PVC及ABS。日本2010年非離子型/陽(yáng)離子型抗靜電劑用量約為8000噸，未來(lái)年均增速為1%左右。

抗靜電劑是近年發(fā)展較快的一類(lèi)品種。受電子和醫(yī)療等行業(yè)的帶動(dòng)，永久型抗靜電劑發(fā)展尤為迅速，預(yù)計(jì)其增長(zhǎng)率將是遷移型抗靜電劑的兩倍。高分子型的永久抗靜電劑是前景看好的產(chǎn)品，具有成型時(shí)在樹(shù)脂中發(fā)揮分散固定的效果，而與低分子型（表面活性劑系）相比，又具有成型后效果直接顯現(xiàn)、不揮發(fā)、不會(huì)受到接觸污染、清洗后效果不會(huì)降低等特點(diǎn)，但屬于高價(jià)位產(chǎn)品。汽巴精化的永久型抗靜電劑Irgastal P系列，可應(yīng)用于熱塑性塑料電子包裝和醫(yī)療產(chǎn)品；卡博特公司的Cabelec 4701是具有永久抗靜電效能的專(zhuān)用料；RTP公司推出PermaStat Plus系列產(chǎn)品，適用于生產(chǎn)醫(yī)療產(chǎn)品或電子設(shè)備中需要無(wú)塵、無(wú)靜電的環(huán)境；Claruant Masterbatches公司和Goodrich公司也分別推出永久性抗靜電母料。

五、我國(guó)研究與開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

我國(guó)抗靜電劑在20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始發(fā)展，許多科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)開(kāi)發(fā)出一些品種，以非離子表面活性劑為主，目前常用的品種有，大連輕工研究院開(kāi)發(fā)的硬化棉籽單甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸鈉）、DPE（烷基二苯醚磺酸鉀）；上海助劑廠開(kāi)發(fā)目前多家企業(yè)生產(chǎn)的抗靜電劑SN（十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽），另外該廠生產(chǎn)的抗靜電劑PM（硫酸二甲酯與乙醇胺的絡(luò)合物）、抗靜電劑P（磷酸酯與乙醇胺的縮合物）；北京化工研究院開(kāi)發(fā)的ASA-10（三組份或二組份硬脂酸單甘酯復(fù)合物）、ASA-150（陽(yáng)離子與非離子表面活性劑復(fù)合物）。

近年來(lái)又開(kāi)發(fā)出ASH系列、ASP系列和AB系列產(chǎn)品，其中ASA系列抗靜電劑由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非離子表面活性劑；ASB系列產(chǎn)品則為有機(jī)硼表面活性劑（主要是硼酸雙多元醇脂與環(huán)氧乙烷加成物的脂肪酸酯）與其他非離子表面活性劑復(fù)合而成；ASH和ASP系列主要是陽(yáng)離子與非離子表面活性復(fù)合而成，杭州化工研究所開(kāi)發(fā)的HZ-1（羥乙基脂肪胺與一些配合劑復(fù)合物）、ECH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工業(yè)研究所開(kāi)發(fā)的IC-消靜電劑（咪唑-氯化鈣絡(luò)合物）；上海合成洗滌劑三廠開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的SH系列塑料抗靜電劑，已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，在使用效果和性能上處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，部分品種可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，如SH-102（季銨鹽型兩性表面活性劑）、SH-103、104、105等（均為季銨鹽型陽(yáng)離子表面活性劑），SH抗靜電劑屬于結(jié)構(gòu)較新的帶多羥基陽(yáng)離子表面活性劑；濟(jì)南化工研究所JH-非離子型抗靜電劑（聚氧乙烯烷基胺復(fù)合物）等；河南大學(xué)開(kāi)發(fā)的KF系列等，如KF-100（非離子多羥基長(zhǎng)碳鏈型抗靜電劑）、KF-101（醚結(jié)構(gòu)、多羥基陽(yáng)離子永久型炕靜電劑）。

另外還有聚氧乙烯醚類(lèi)炕靜電劑，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯專(zhuān)用抗靜電劑202、203、204等；抗靜電劑TM系列產(chǎn)品也是目前國(guó)內(nèi)常用的抗靜電劑，主要用于合成纖維領(lǐng)域。由于一種抗靜電劑在抗靜電效果、持久性和對(duì)材料性能影響等方面有自已特點(diǎn)，所以大量開(kāi)發(fā)幾種表面活性劑復(fù)合而成的抗靜電劑品種；另外從應(yīng)用角度看，關(guān)于聚烯烴、聚苯乙烯、軟質(zhì)PVC等制品的抗靜電技術(shù)已基本取得突破。

國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)基本能夠滿足需求，但是諸如硬質(zhì)PVC、ABS及其他工程塑料存在的抗靜電持久性差的問(wèn)題尚沒(méi)有完全解決，國(guó)內(nèi)也在加快開(kāi)發(fā)力度；國(guó)內(nèi)廣東工業(yè)大學(xué)和華南理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的采用魚(yú)油改性作為抗靜電劑值得關(guān)注，魚(yú)油的主要成份是不飽和脂肪酸甘油酯，通過(guò)酯交換法，將魚(yú)油與甘油進(jìn)行醇解，在堿催化劑下制備甘油酯，作為抗靜電劑，特別適合用于食品包裝材料中；由于塑料等高分子材料實(shí)際使用抗靜電劑量很少，采用混煉法添加抗靜電劑很難均勻分布于制品中，因此采用母粒形式加入，因此抗靜電母粒載體樹(shù)脂選擇和制備是非常關(guān)鍵和有意義的工作，在選擇母粒的載體樹(shù)脂時(shí)，為了確?？轨o電劑的均勻分散，通常選用熔融指數(shù)較高的牌號(hào)，因此無(wú)論聚丙烯還是聚乙烯抗靜電母粒的熔融指數(shù)都比基礎(chǔ)樹(shù)脂要高。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，用于聚烯烴的抗靜電劑生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，一些特殊領(lǐng)域的抗靜電持久性仍需研究；有很大高分子型的永久抗靜電劑是較為有潛力的一種，尤其是在精密的電子電氣領(lǐng)域，利用聚合物合金化技術(shù)開(kāi)發(fā)出高分子量永久型抗靜電劑是發(fā)展方向。

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作者簡(jiǎn)介： 姜海濤（1979- ），男，遼寧省撫順市人，工程師，學(xué)士學(xué)位，2002年畢業(yè)于大連輕工學(xué)院（現(xiàn)大連工業(yè)大學(xué)）精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)。