即使在塑料工業發展的最初期,塑料只是作為一種好奇的珍品被有限地使用時,塑料添加劑也是不可或缺的?？梢哉f沒有塑料添加劑,就沒有塑料工業。后來隨著對塑料工業的發展和人們對塑料需求的多樣化,塑料添加劑的發展也日新月異。

塑料添加劑按照其用途可以分為“保持”“、改善”和“擴展”三大類,根據添加劑的不同作用,主要有以下類別:抗靜電劑、熱光穩定劑、阻燃劑、火焰阻滯劑、抗氧劑、成核劑、透明劑、抗微生物劑、脫氧劑、抗煙霧劑和發泡劑等。其中抗靜電劑是隨著電子產品和醫療器械的發展而迅速發展起來的。尤其是永久型抗靜電劑在消除電器或者電子產品的靜電方面有重要的應用和意義。上世紀80年代,美國、英國、日本等相繼制定和頒布了電子產品的防靜電法規,因而使抗靜電塑料得以迅速發展,塑料抗靜電劑的生產及應用已相當廣泛,商品牌號很多。相對而言,國內在這方面的研究起步較晚,能夠發展的品種也較少,需要發展的空間很大。

1抗靜電劑的基本狀況

一般的高分子材料的電阻率非常高,約為1010~1030Ω·cm范圍內,可作為良好的絕緣材料。但是在作為非絕緣材料使用時,其表面經常摩擦容易產生靜電,造成吸塵、電擊甚至爆炸等惡性事故,因此塑料的防靜電問題引起了人們的高度重視。

1.1消除靜電措施

在工業中消除靜電的措施有很多,如:(1)在塑料加工過程中使用導電裝置消除;(2)增加塑料制品和使用過程中的空氣濕度;(3)通過接枝共聚改變聚合物結構,使其帶有較多的極性基團和離子化基團,降低電阻,增加導電性;(4)增強氧化物氧化塑料制品表面和用電暈放電處理其表面;(5)向塑料中添加導電性填料,如炭黑、金屬粉;(6)使用抗靜電劑。在上述這些措施中,添加塑料抗靜電劑是最為簡單且有效的方法。

1.2成熟抗靜電劑的條件

一般認為一個性能較好的抗靜電劑應該具備如下條件:(1)抗靜電效果好而持久;(2)與塑料的相容性適中;(3)在成型加工的高溫或反復進行熱加工時不分解;(4)不影響塑料的加工性能和制品性能;(5)與其他助劑相容性好,無對抗效應;(6)無毒無臭,對皮膚無刺激;(7)價格低廉。

1.3根據不同加入方式的分類

根據添加方式的不同,抗靜電劑可以分為內加型和外加型:外加型抗靜電劑法通常將抗靜電劑配成一定濃度的溶液,用涂布、噴霧或者浸漬的方法使其附著在塑料的表面,從而形成一至若干個分子層的抗靜電膜,但是當該層膜被摩擦掉以后,塑料將不具有抗靜電的能力,這也限制了該類抗靜電劑的應用;內部抗靜電劑也稱混煉型抗靜電劑,在塑料的成型加工過程中將其添加并均勻地分散于材料內部,當塑料表面抗靜電層被磨掉以后,內部的抗靜電分子將遷移到表層,從而實現一個持久抗靜電的目的。另外,目前國際上比較新的一個研究方向就是高分子抗靜電劑,亦可稱之為永久型抗靜電劑,它應該屬于內加型抗靜電劑,但是作用原理跟普通的內加型抗靜電劑不同。研究表明,永久型抗靜電劑主要在母體中形成芯殼結構,并以此為通路泄露電荷,永久性抗靜電劑不像低分子的表面活性劑型抗靜電劑那樣經多次水洗或者長時間使用后喪失抗靜電性,而且受環境濕度影響較小。

1.4根據抗靜電劑分子結構不同的分類

根據抗靜電劑的組成不同,抗靜電劑可以分為表面活性劑型、高分子型和其他的類型。其中,表面活性劑類型是應用最為廣泛的一種,它又可以分為陽離子型、兩性離子型,陰離子型和非離子型。陽離子型抗靜電劑效果好,但是熱穩定性差、毒性較大,不宜用于食品包裝材料;兩性離子型抗靜電劑性能較好、毒性低,受空氣濕度影響較小;陰離子型耐熱性和抗靜電效果較好,但是影響透明度;非離子型穩定性好,多數毒性較低,有的可用于食品包裝材料,但其抗靜電效果一般比離子型差。

高分子型抗靜電劑是指抗靜電劑本身也是聚合物,與常規提到的小分子抗靜電劑不同,該類型的抗靜電劑是目前國際上研究的重點,但目前還沒有得到廣泛應用。

其他類型的抗靜電劑有很多種類,比如硅類抗靜電劑主要是用乙醇、酯類等作為稀釋劑的透明液體,該液體涂布在塑料的表面能使反光減小,透光率增加4%~5%,而且還有優良的耐磨性能。另外還有文獻報道用氨基酸作為抗靜電劑,其中介紹了ω-氨基十一酸、ω-氨基十二酸、ε-6-氨基己酸、對氨基苯磺酸、準氨基苯甲酸等。

2抗靜電劑的研究現狀

目前國外抗靜電劑的研究主要集中在配方探索和高分子型抗靜電劑,如何在保持其他特性,如耐熱、阻燃等的前提條件下提高塑料的抗靜電劑,也是目前研究的難點和方向。而相比之下,我國的塑料抗靜電劑的研究時間較短,但也有一些生產廠家和科研單位開發生產抗靜電劑,并且商品化的產品已經系列化,比較有名的單位分別是杭州市化工研究所、上海市助劑廠、重慶助劑廠、濟南市化工研究所、山西省化工研究所、大連輕工研究所、北京市化工研究所。

2.1國外的發展狀況

目前有文獻報道的高分子抗靜電劑,有如下幾種:

日本報道了以丙烯酸聚氧乙烯接枝共聚物作為合適的抗靜電劑,該抗靜電劑由CH2CHR'[COO(CH2CH2O)nR2](其中n≥10,R'=H或-CH3,R2=烷基或苯烷基)的重復單元和鋰鹽組成。該種抗靜電劑加入到塑料制品中,表面電阻率可以降低到7×1010Ω·cm,經水洗后為9×1010Ω·cm。由此可見該抗靜電劑的持久性。

日本專利還報道了磺酸芳香聚合物作為抗靜電劑用于熱塑性樹脂,將3份該物質和100份PC成型就具有較高的抗靜電性能,同時能保持PC樹脂的原始性能,如透明度、色澤和沖擊強度等。目前已經商品化的永久型抗靜電劑有汽巴精化的IragastatP系列的產品,主要組成為聚乙烯乙二醇甲基丙烯酸共聚體(PECM)、聚氧化烯-環氧氯丙烷共聚物(PEO-ECH)、聚醚酯酰胺(PEEA)或者聚醚酯亞酰胺(EPA)。其中IragastatP22適用于PP、HDPE、PS、PET、PBT等塑料,IragastatP18適用于加工溫度低于220℃的制品。該類抗靜電劑都具有在干燥條件下發揮作用、永久有效、不影響塑料表面性能的特點。

Goodrich公司研制的永久抗靜電劑母粒STAT-RIFEC-2300熱穩定性好,價格低廉?；瘜W主要組成為聚氧化乙烯-環氧氯丙烷(PEO-ECH)共聚物,當添加15%~20%的量時,與PC、PBT形成的工程塑料具有永久性抗靜電的性能。

日本旭化成工業公司開發成功了ABS系永久型抗靜電塑料,牌號為Adion-A,它是以聚乙二醇系聚酰胺(PEG-PA)為永久抗靜電劑。

日本油墨公司采用聚二環氧甘油醚乙二醇酯,添加堿土金屬作為PA6的永久抗靜電劑,能使電阻率降至108Ω·cm。

美國特里奇公司開發了聚氧化乙烯共聚親水樹脂作為抗靜電劑,這種共聚物實際上是聚醚與表氯醇的嵌段物,用于PA6的專用抗靜電劑母粒。另外,一種高分子永久型抗靜電劑是Atofina公司的Pebax4011,適用于PVC、ABS、PS等樹脂。

總起來看,國外的抗靜電劑發展趨向于持久、耐熱、低毒、實用性廣和產品系列化方向發展。

2.2國內的發展狀況

國內相關報道較少,能夠商品化的塑料抗靜電劑也比較少。

國內的抗靜電劑還有一些其他的報道,例如浙江大學高分子工程研究所研究了非離子型羥乙基脂肪胺與陰離子型鹽復合抗靜電劑對聚丙烯(PP)抗靜電性能的影響。研究表明該抗靜電劑可以改善非離子羥乙基脂肪胺抗靜電效果對環境的依賴程度、縮短樣品表面電阻平衡時間及提高抗靜電性能,并證實了當陰離子型脂肪酸鹽的用量達到復合抗靜電劑總量的10%(質量分數)后,兩者在抗靜電效果上表現出顯著的協同效應。

相對來說,國內抗靜電劑的研究還處于發展階段,現有的產品種類牌號遠不如國外的多。另一個方面,塑料添加劑是塑料工業發展不可缺少的原料之一,相比其他原料,科技含量更高,因此塑料添加劑的制備成為塑料工業發展的瓶頸。

3總結及發展建議

總結上面對文獻的列舉和分析,可以歸納為以下幾點:

(1)抗靜電劑在所有塑料助劑中占有很大的比例,尤其隨著電子產品和醫療設備的飛速發展,對抗靜電劑的需求必然越來越大。另一方面,國內抗靜電劑的研究起步較晚,遠遠沒有跟上塑料工業的發展,因此這個方面的研究有著很大的空間和前途。

(2)復配型抗靜電劑是提高抗靜電性能的一個重要途徑,幾種不同的抗靜電劑配合使用,可能會產生意想不到的效果,當然復配型抗靜電劑離不開單個抗靜電劑的深入研究。

(3)由于諸多良好的性能,高分子型抗靜電劑是目前國際上研究的重點和方向,但是顯然高分子抗靜電劑的研究需要有機合成和高分子等多個學科交叉和密切配合,這也增加了該研究的難度。

鑒于此,建議相關的科研機構在研發新抗靜電劑組分的同時,也要重視現有組分的配方研究,從這個角度出發進行探索,能開發出更多實用的復配型抗靜電劑。高分子型抗靜電劑是未來的發展趨勢,建議高分子方面和有機合成方面的研究單位強強聯合,攻克難關,開發出屬于我們自己的高分子抗靜電劑,這樣才能在未來的國際市場競爭中使我國的抗靜電劑占有一席之地。

來源：本文摘自塑料助劑網