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塑料助剂基础知识:抗静电剂与导电剂

发布日期:2023/2/16 15:41:13 访问次数:465

一、抗静电剂
抗静电剂在塑料添加剂中占有特殊的地位,多数场合均要使用这类添加剂,其原因
不只是为了防火和技术稳定性上的要求,而是出于美观,至少是从安全的角度考虑。
(一)静电电荷的产生
静电现象在古代即为人所知,但其产生机理至今仍为很多人所不知。当把两块平的
绝缘铜板和锌板合拢在一起,然后迅速分开,用验电器在两块板的接触面上就可以测到
不同的电荷。这种特性不仅限于金属,非金属材料在用力摩擦后也会产生静电电荷。即
使是静止的物体,也可能由于与周围流动空气的摩擦而产生静电。
一种固体带电荷的能力取决于表面条件、介电常数、表面电阻率和周围环境的相对
湿度,其带电荷的能力与介电常数和相对湿度成反比,与其表面电阻率成正比。电荷的
符号随物质的不同而不同,具有较低介电常数的物质带正电。
绝缘特性与静电积聚有关。由大多数塑料的化学结构可知,它们都是很好的绝缘
体,这一特性使它们成为诸如雷达等高频设备必不可少的材料。由于大多数塑料具有较
低的表面电导率,因而不能将电荷迅速释放掉,这也是塑料与金属的不同点。
根据表面电阻率的高低,材料可分成导体、半导体和绝缘体三种 (见图 4-1)。
图 4-1 材料类别与其相应的表面电阻率范围
在塑料制品的使用过程中,静电电荷会引起各种麻烦,并会导致严重的、甚至是危
险的后果。一般最常见的危害现象有:使塑料制品表面出现严重的积垢,静电吸尘后会
影响唱片的放音质量,化纤地毯或塑料地板因静电而使人感到类似于 “电击”现象的
难受,塑料膜、片之间因静电粘着而影响正常生产,在气流输送过程中使固体粉末聚成
团块。静电荷大量聚集而产生的放电火花甚至可引燃空气与尘埃或有机溶剂混合物,成
为许多破坏性爆炸事故的一个原因。
提供的多为液态或低软化点的蜡状物。
这类添加剂的低极性特征使它们成为聚乙烯和聚丙烯理想的内加型抗静电剂,并具
有很高的相容性。各种不同类型的聚乙烯和聚丙烯,其密度、结晶度和微观分子结构并
非是一样的,因而,为获得每种抗静电剂的最佳分子结构,就应设法调整化合物中烷基
链的长度及其羟基或醚基基团的数量,只有这样方能有效地确保预期的应用效果,如用
于聚丙烯的典型抗静电剂在低密度聚乙烯中应用时,其效果就差一些,反之亦然。
值得一提的是作为润滑添加剂的蜡,由于它们降低了摩擦系数,也起到了一些轻微
的抗静电作用。其中,较为典型的化合物有十八烷醇 (硬脂肪醇)和硬脂肪酰胺。
经常可以发现,过量使用结构不适当的添加剂 (例如在聚烯烃中使用季铵盐),虽
可以获得一定的抗静电作用,但同时也会出现各种不希望有的副作用,诸如表面污染、
由于润滑问题引起的模塑困难、热降解等。
(二)外涂型抗静电剂
外涂型抗静电剂是以水或酒精溶液的形式涂敷于模塑制品的表面。由于使用方法的
不同,内加型抗静电剂中所提到的结构要求变得不很重要。所有具有表面活性的化合物
以及不存在表面活性的许多吸湿性物质 (如甘油、多元醇和聚乙二醇等),或多或少都
具有抗静电的作用,且这些化合物的作用并不受与聚合物的相容性及其在聚合物中迁移
性的影响。
三、主要品种与性能
(一)表面活性剂
用作抗静电剂的主要的表面活性剂见表 4-1。
表 4-1 用作抗静电剂的主要的表面活性剂
种 类
结 构
主 要 成 分
适用树脂(混炼法)
阳离子型 (混
炼,表面涂布)
季铵盐
(亲油基)单烷基、二烷基
(阴离子基)卤素、硝酸、过氯酸、有机酸
PVC
非离子型 (混
炼,表面涂布)
脂肪酸多元醇酯
(亲油基)单烷基、二烷基
(多元醇)丙三醇、山梨糖醇、聚甘油、聚氧化乙
烯、多元醇
聚氧化乙烯附加
(亲油基)烷基胺、烷基酰胺、脂肪醇、烷基醛
(亲水基)聚氧化乙烯、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯
ABS、聚 烯 烃、
PVC
两性型
丙铵盐
(阳离子基)胺、烷基酰胺、烷基间二氮杂环戊烯
丙胺酸盐
(阳离子基)碳酸、磺酸
聚苯乙烯、ABS、
聚烯烃
阴离子型 (混
炼)
磷酸盐
(亲油基)脂肪醇、聚氧化乙烯附加物
磺酸盐
(亲油基)烷基、烷基苯
聚苯乙烯、聚烯
烃、PVC
高分子型 (表
面涂布)
聚丙烯酸衍生物 (亲水基)季铵、磺酸、碳酸、聚氧化乙烯
PMMA
(二)阴离子型
1.醇醚磷酸单酯
性质 无色或淡黄色黏稠液体,总活性物 >95%,单酯含量 >80%,pH值 (10%
水溶性) <2。
用法及应用特点 本品可用作化纤、塑料的抗静电剂。
2.烯丙基磺酸钠
性质 淡黄色蜡状颗粒,相对分子质量 320~335。
用法及应用特点 本品可减少粉尘对最终产品的外观及性能污染,减少运输、储存
及包装过程中的问题,适用于聚苯乙烯、UPVC、TPU的高效内部抗静电剂,以及挤出
扁材和注塑模件。本品可作为外部抗静电剂 (2%的 ATMER190水溶液),不推荐用于
透明制品,添加量如下:ABS1.0% ~2.0%,HIPS1.0% ~1.5%,TPU1.5% ~2.0%,
UPVC2.0% ~3.0%。
3.烷基硫酸钠
性质 浅黄色颗粒。熔点约 220°C,堆积密度约 0.59g/cm3 ,烷基磺酸盐≥90%,
石蜡≤1%,硫酸钠 4% ~6%,水≤1%。
用法及应用特点 本品在高温下挥发性极低,常用作高熔点热塑性工程塑料的加工
助剂,特别适用于极性塑料的内加型抗静电剂。在那些不能直接加入到聚合物的情况
下,它可以 1%的水溶液的形式喷洒或浸渍在成品表面,在 PVC、PS、热塑性工程塑料
中兼具外润滑性,具有优良的脱模和改善流动的作用,添加量为 0.1% ~2.0%。
(三)阳离子型
1.十八烷酰氨基丙基二甲基-β-羟乙基季铵硝酸盐
性质 商品形式是含本品 50% ~60%的异丙醇-水溶液,呈淡黄色或琥珀色。相对
分子质量 476,pH值为 4~6,相对密度 0.95,闪点 (开杯法)30~32.5°C,180°C以
上开始轻微分解,250°C剧烈分解,在 5%的苛性碱液或 5%硫酸溶液中煮沸 1h不发生
水解。溶于水、丙酮、醇类、氯仿、二甲基甲酰胺、二氧六环、甲基 (乙基或丁基)
赛璐珞溶剂、苯等有机溶剂中,加热至 50°C时可溶于四氯化碳、二氯乙烷、苯乙烯等。
用法及应用特点 本品用作塑料的抗静电剂,可增加制品表面的导电性,有效地消
除静电积累,适用于硬质聚氯乙烯、抗冲击聚苯乙烯、丙烯酸树脂、ABS树脂、聚乙
烯、聚丙烯和聚酯等塑料,一般用量为 0.5% ~2%。本品可与阳离子表面活性剂和非
离子表面活性剂并用,不宜与阴离子表面活性剂并用。
2.硬脂酰氨乙基二乙基苄基氯化铵
性质 室温下为固体结晶。相对分子质量 509.24,可溶于碳酸钠水溶液,表面活
性大,起泡强,但无净洗力。
用法及应用特点 本品可用作抗静电剂、柔软剂、固色剂和湿润剂。
3.烷基磷酸酯二乙醇胺盐
性质 浅黄至棕黄色黏稠膏状物。相对分子质量 410.40~466.5。易溶于水及有机
溶剂,具有一定吸湿性。
用法及应用特点 本品用作塑料制品的抗静电剂,在纺织工业中作涤纶、丙纶等合
成纤维纺丝用的油剂组分之一,可起润滑作用及增加纤维的抗静电性能,用量为总油剂
量的 5% ~10%。
4.(3-月桂酰氨丙基)三甲基硫酸甲酯铵
性质 白色结晶粉末。相对分子质量 410,相对密度 1.121(25°C),熔点 99~
103°C,开始分解的温度 235°C,常温下 (25°C)溶解度见表 4-2。
表 4-2 (3-月桂酰氨丙基)三甲基硫酸甲酯铵常温下 (25°C)的溶解度
名 称
溶解度/(g/100mL)
名 称
溶解度/(g/100mL)
乙醇
105
丙酮
9.0
75
<1.0
乙基溶纤剂
70
全氯乙烯
<0.2
用法及应用特点 本品可作为硬质和软质聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚乙
烯、聚丙烯和聚氨酯等塑料的内加型抗静电剂,静电消除效能高,热稳定性和流动性
好,与树脂容易混合,一般用量 0.5% ~2%。
5.N,N-双 (2-羟基乙基)-N-(3′-十二烷氧基-2′-羟基丙基)甲基硫酸甲酯铵
性质 商品形式是含本品 50%的异丙醇-水溶液,为淡黄色液体,色度 (APHA)
200。10%溶液的 pH值为 4~6,相对密度 0.96,溶于水、丙酮、乙醇及其他低分子量
极性溶剂,加热时可溶于非极性溶剂。
用法及应用特点 本品既可添加于配料中,也可外涂于制品表面。抗静电效能高,
热稳定性好,着色性小,特别适用于聚氯乙烯、ABS树脂、丙烯酸树脂等塑料,一般用
量 0.5% ~2%。
6.甲基·三 (羟乙基)季铵甲基硫酸盐
性质 淡黄色黏稠油状液体。相对分子质量 275。易溶于水,有吸湿性,游离三乙
醇胺含量为 0~4%。
用法及应用特点 本品为塑料用抗静电剂,一般用量为 0.5% ~2%。
7.硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基磷酸二氢铵
性质 商品形式为含本品 35%的异丙醇-水溶液,淡黄色透明液体,相对分子质量
509,相对密度 0.94,pH值 6.3~7.2。闪点 (开杯法) <26.5°C,在 5%的氢氧化钠或
硫酸溶液中煮沸 1h,不发生水解,溶于水、丙酮、醇类和其他低分子极性溶剂。
用法及应用特点 本品为塑料用抗静电剂。用于内部添加时,主要适用于硬质聚氯
乙烯和碳酸钙填充的聚苯乙烯等塑料,一般用量为 0.5% ~1.5%。用于外部喷涂、浸
涂或刷涂时,适用于聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃
等多种塑料,一般用量为 1% ~10%。本品还可作为合成纤维的抗静电剂。
8.N,N-十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐
性质 橘黄色或琥珀色蜡状物。相对分子质量 453,相对密度 1.01,熔点 74°C,
pH值 (10%溶液)为 4.5。
用法及应用特点 本品为阳离子型抗静电剂,涂敷于制品表面,适用于醋酸纤维
素,一般用量 1% ~2%。在纤维加工中,本品可作为合成纤维的抗静电剂。
9.ASA-156
性质 常温下为淡黄色液体。相对密度 0.95(25°C),粘度约 0.30Pa·s(25°C),
季铵盐含量 >55%,水分 <0.8%,pH值 7~8(25°C,10g/100mL水),易溶于水、乙
醇等溶剂中。
用法及应用特点 可作为外涂型和内加型抗静电剂,具有优良的抗静电效果,适用
于聚氨酯、PVC制品、丙烯酸树脂和环氧树脂涂料等,一般用量为 0.1% ~0.6%。
10.Antistat68
性质 纯度 99% ~100%,熔点 65°C,相对密度 0.965(25°C),粘度 0.032Pa·s
(80°C),色度 (APHA) (10%水溶液)90,pH值 4.2(25°C,10g/100mL水),溶于
水,分解温度 244°C。
用法及应用特点 本品为阳离子型有机电解质,可作为外涂型和内加型抗静电剂,
具有优良的热稳定性,适用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂和尼龙等塑料,
一般用量为 0.1% ~0.5%。
11.DaltopedAo00008
性质 无色至淡黄色的无味液体。密度 (25°C)0.998g/cm3 ,倾点约 6°C,闪点
(闭杯) >100°C。
用法及应用特点 本品是一种溶解于乙二醇中的含有季铵类的聚醚型内添加抗静电
剂,主要用于聚氨酯鞋底料中的聚醚组分,还可用于聚氨酯的其他应用中。
(四)非离子型
1.混合甘油单硬脂酸酯
性质 白色或淡黄色蜡状固体。相对分子质量 359,熔点 56~58°C,相对密度
0.970(25°C),碘值 <2gI
2/100g,酸值 <2mgKOH/g,皂化值 164~174mgKOH/g,游
离甘油含量 <1%,单甘酯含量一般为 60% ~65%。
用法及应用特点 本品可用作抗静电剂、润滑剂,还可作为硝酸纤维素的增塑剂、
醇酸树脂的改性剂、胶乳分散剂及合成石蜡的配合剂。
2.甘油单棕榈酸酯
性质 白色微粒。熔点 62~68°C。
用法及应用特点 本品可作为塑料的抗静电剂、润滑剂和乳化剂等。
3.甘油 (12-羟基)单硬脂酸酯
性质 白色微粒。相对分子质量 375,熔点 71~77°C。
用法及应用特点 本品可作为塑料的抗静电剂、润滑剂。
4.Armostat
性质 淡黄色蜡状物。熔点 40~44°C,热稳定性 >300°C,皂化值 104mgKOH/g,
游离胺 <45mgKOH/g。
用法及应用特点 本品是烷基酰胺类非离子型表面活性剂,可作为软质、半硬质聚
氯乙烯塑料的内加型抗静电剂,主要用于薄膜、片材、半硬质钙型聚氯乙烯贴面材料
等,可使塑料的表面电阻值从 1016 Ω下降至 109~1010 Ω。
Armostat400是一种高纯度、低色度的来源于植物的饱和烷基双 (2-羟乙基)胺。
它是一种内添加型抗静电剂,可用在不同的树脂体系,如 PE、LDPE、PP、SAN、ABS
和 HIPS。由于 Armostat400具有相对较短的烷基链段,因此能给予材料持续的抗静电性
能,尤其在薄膜中,其快速迁移性使抗静电性更为突出。
Armostat400常温下为液体,在单、双螺杆挤出机中可通过计量直接加入到聚合物
中。颜料或色母料也可与本抗静电剂混合在一起挤出。预混合有助于 Armostat400在树
脂中的分散均匀,同时 Armostat400还可作为分散剂帮助颜料或色母料分散。
Armostat400添加到聚合物中,能很快迁移到制品表面体现优异的抗静电性能。因
相对分子质量较低,Armostat400是一种快速抗静电剂。饱和烷基链段使其具有较好的
热稳定性,尤其可用在需要经过高温处理的应用中。而低色度则使其应用范围更为广
泛,如许多无色透明制品。
本产品在不同聚合物中的建议添加量见表 4-3。
表 4-3 Armostat400在不同聚合物中的建议添加量
聚合物
PE
PP
PS
SAN
ABS
HIPS
助剂添加量(%)
0.1~0.3
0.1~0.3
2.0~4.0
1.0~2.0
1.5~3.0
1.5~2.5
Armostat600是一种来源于动物的饱和烷基双 (2-羟乙基)胺。它是一种内添加型
抗静电剂,可用在不同的树脂体系,如 PE、LDPE、PP、SAN、ABS。由于 Armostat600
具有饱和烷基链段,因此能给予材料持续的抗静电性能并具有良好的热稳定性,尤其可
用在需要经过高温处理的情况。
Armostat600常温下为固体。当加热到 50~55°C时,在单、双螺杆挤出机中可通过
计量直接加入到聚合物中。
颜料或色母料也可与本抗静电剂混合一起挤出。预混合有助于 Armostat600在树脂
中的分散均匀,同时 Armostat600还可作为分散剂帮助颜料或色母料分散。
Armostat600添加到聚合物中后,能很快迁移到制品表面体现优异的抗静电性能。
本产品在不同聚合物中的建议添加量见表 4-4。
表 4-4 Armostat600在不同聚合物中的建议添加量
聚合物
PE
PP
LDPE
ABS
助剂添加量(%)
0.1~0.3
0.1~0.3
0.1~0.3
1.5~3.0
Armostat700是一种经过精制的来源于动物的油基双 (2-羟乙基)胺。它是一种内
添加型抗静电剂,可用在不同的树脂体系,如 PE、LDPE、PP、SAN、ABS和 HIPS。
Armostat700能给予材料持续的抗静电性,特别是在模塑制品中,其低熔点的特性可使
其在较低的温度下在单、双螺杆挤出机中通过计量直接加入到聚合物中。
颜料或色母料也可与本抗静电剂混合一起挤出。预混合有助于 Armostat700在树脂
中的分散均匀,同时 Armostat700还可作为分散剂帮助颜料或色母料分散。
由于经过了精制,Armostat700要比一般的油基产品 Armostat300耐热性好。
Armostat700添加到聚合物中后,能很快迁移到制品表面体现优异的抗静电性能。
它是精制的油基双 (2-羟乙基)胺,因此具有较高的平均分子量。这使它具有较好的热
稳定性,可应用在 (如 PP的)模塑制品中。高分子量同时也延缓了分子向外迁移,这
有利于薄膜下线后立即上印刷生产线。
本产品在不同聚合物中的建议添加量与 Armostat400相同。
5.N-(3-十二烷氧基-2-羟基丙基)乙醇胺
性质 白色流动性粉末,熔点 59~60°C,25°C时的溶解度见表 4-5。
表 4-5 N-(3-十二烷氧基-2-羟基丙基)乙醇胺的溶解度 (25°C)
名称
溶解度/(g/100mL)
名称
溶解度/(g/100mL)
庚烷
0.02
乙酸乙酯
1.5
乙醇
30.0
甲乙酮
23.0
甲苯
0.8
<0.01
用法及应用特点 本品为塑料用内加型抗静电剂,可迅速有效地消除静电聚集,加
工后即可获得无静电制品,不像其他一些抗静电剂那样,需待数日或数周后方能见效。
本品具有良好的热稳定性,在 250°C下是稳定的,在挤塑和模塑加工过程中不发生分解
变色。本品对聚乙烯特别是高密度聚乙烯的抗静电效果最显著,一般用量为 0.15%左
右。本品在聚丙烯和聚苯乙烯中亦具有良好效果,但用量较大,一般为 1.5%左右。本
品在聚氯乙烯中的效果较差。
6.N,N-双 (2-羟乙基)烷基胺
性质 常温下为蜡状固体。色度 (APHA)100,相对密度 0.910~0.912(25°C)。溶
于丙酮、苯、四氯化碳、异丙醇等溶剂。
用法及应用特点 本品可作为聚丙烯、聚乙烯的抗静电剂,抗静电效能高,耐光性
好,不着色,适用于薄膜、板材和模塑品,一般用量为 0.1% ~0.5%,制品不吸尘不
粘灰。
7.SGK-03型抗静电剂
性质 A、B型外观分别为棕色或深棕色粉料和棕黄色或棕色黏稠液体,A型熔点
56~58°C,游离胺 <3%,挥发物 (280°C,30min)≤5%,折射率 1.462~1.465。B型
为脂肪酰胺类,pH值 7~9,粘度 (20°C)0.10Pa·s,总胺值 25~30mgKOH/g,相对
密度 1.02。
用法及应用特点 本品为非离子型表面活性剂,可作为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙
烯、聚苯乙烯、ABS、合成纤维等材料的内加型抗静电剂,A型添加量为 2~2.5份,B
型添加量为 3~6份。
8.ASA-10
性质 象牙白色片状固体,无味。凝固点 50~66°C。
用法及应用特点 本品为非离子型抗静电剂,使用时采用内加法,适用于 PE、PP、
PVC膜,可使表面电阻明显降低,一般用量为 0.3~0.5份 (phr)。
9.ASA-40
性质 常温下为淡黄色液体,无味,凝固点 18°C,分解温度在 300°C以上。
用法及应用特点 本品为烷基胺环氧乙烷加成物,使用时采用内加或外涂,适用于
PE等聚烯烃类塑料,可使表面电阻明显降低,一般用量为容器 2~5份 (phr),薄膜
0.5~1.0份 (phr)。
10.ASA-90
性质 淡黄色蜡状物,无味。凝固点 38~40°C,分解温度在 340°C以上。
用法及应用特点 本品为非离子表面活性剂为主体的复合物,使用时采用内加法,
适用于 ABS和 PE塑料制品,可使表面电阻明显降低,一般制品和制件用量为 3~4份
(phr)。
11.PGE308
性质 糊状。单甘酯含量约 25%,碘值≤2.0gI
2/100g,酸值≤3.0mgKOH/g。
用法及应用特点 本品是聚甘油酯和分子蒸馏单甘油酯的混合物,不含任何胺类和
酰胺类,是一种优异的电子包装和食品接触级抗静电剂,应用于聚碳酸酯无腐蚀性和应
力开裂现象,具有优异的热稳定性和工艺稳定性,其加工温度可达 250~280°C,与醇
胺和酰胺类抗静电剂相比,具有更好的 TGA曲线。本品具有良好的长效性,在大部分
制品中,其抗静电性能可持续一年以上,在低温度环境下也显示了良好的抗静电性能
(RH12%)。本品可用于透明包装,也可用于 LDPE、LLDPE薄膜和 HDPE的薄膜、注
塑制品。
12.聚甘油酯
性质 糊状 (25°C)。碘值约 55gI
2/100g,皂化值约 115~135mgKOH/g,滴点约
57°C。
用法及应用特点 本品是一种具有亲水和亲油性质的表面活性剂,可用于塑料中作
为乳化剂、抗静电剂、润滑剂和填料、颜料的表面改性剂。
13.甘油-酸酯复配物
性质 白色珠状固体颗粒。总酯含量≥95%,碘值≤2gI
2/100g,游离脂肪酸≤
1.5%。外观为金属含量:砷≤2mg/kg,铅≤10mg/kg,重金属 (以铅计)≤20mg/kg。
用法及应用特点 本品是一种具有亲水/亲油性质非离子型乳化剂,可用于塑料中
作为乳化剂、抗静电剂、润滑剂和填料、颜料的表面改性剂。
14.分子蒸馏甘油单硬脂酸酯
性质 白色珠状固体颗粒。单酯含量≥90%,碘值≤2gI
2/100g,游离脂肪酸≤
1.5%,游离甘油≤1.0%,滴点约 69~70°C。
用法及应用特点 本品是一种蒸馏单甘酯,由食用氢化植物油制成,是一种非离子
型亲水/亲油乳化剂,可用于塑料中作为乳化剂、抗静电剂、润滑剂和填料、颜料的表
面改性剂、淀粉配合剂,还可用于 PP中作为抗静电剂和脱模剂,用量为 0.1% ~
0.5%。本品也广泛应用于 PE、PS、ABS中。
15.分子蒸馏单甘酯
性质 类似塑料颗粒。单酯含量≥90%,碘值约 75gI
2/100g,游离脂肪酸≤4.0%,
游离甘油≤1.0%,所含抗氧剂含量:棕榈酸维生素 C≤200μg/g、维生素 E≤200μg/g、
柠檬酸≤200μg/g。
用法及应用特点 本品是一种高含量蒸馏单甘酯,由食用氢化植物油制成,是一种
非离子型亲水/亲油乳化剂,可用于塑料中作为乳化剂、抗静电剂、润滑剂和填料、颜
料的表面改性剂。
16.植物油酯与聚甘油酯的酯化物
性质 珠状颗粒。碘值≤2.0gI
2/100g,皂化值约 160mgKOH/g,酸值≤6.0mgKOH/
g,滴点约 57°C。
用法及应用特点 本品是聚甘油酯和单甘油二酯的混合物,可用于 PE作为抗静电
剂,在 LDPE和 LLDPE薄膜中的添加量为 0.1% ~0.4%。
17.脂肪酸脂和聚甘油酯的混合物
性质 淡黄色液体。酸值 <5mgKOH/g,熔点 54~60°C,有效成分≥99%。
用法及应用特点 本品用作 BOPP的抗静电剂。
18.QuadrilanAT,S-18
性质 黄色至浅棕色黏稠液体或膏状物。胺值 5.0~10.0mgKOH/g,游离胺≤
3.0mgKOH/g,季铵盐含量 (48±6)%,挥发分 0~3.0%,能溶解于乙醇等有机溶剂。
用法及应用特点 本品是季胺盐阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂组成的复合
型抗静电剂,具有优良的耐热性、长效性,适用于一切软质、半硬质和硬质聚氯乙烯,
添加量为 2% ~3%时,能使塑料表面电阻率降至 107 ~108 Ω。本品还可用于聚氨酯橡
胶、环氧树脂及涂料等。
19.HKD-169
性质 白色粉末。酸值≤5.0mgKOH/g,挥发分≤3.0%,溶解乙醇时有少量沉淀产
生。
用法及应用特点 本品具有优良的耐热性,适用于各种 ABS塑料、PS塑料及 PVC
塑料的片材、容器及零部件等塑料制品,添加量为 2% ~3%时,能使塑料表面电阻率
降至 108 Ω。
(五)两性离子型
十二烷基二甲基甜菜碱
性质 无色或淡黄色透明液体。20°C时密度 1.03g/cm3 ,在酸性介质中呈阳离子
性,在碱性介质中呈阴离子性,活性物含量 (30±2)%,pH值 6.5~7.5。
用法及应用特点 本品可用作抗静电剂。
(六)高分子型
1.辛基酚聚氧乙烯醚
性质 黄色透明液体。技术指标见表 4-6。
表 4-6 辛基酚聚氧乙烯醚的技术指标
技 术 指 标
数 值
技 术 指 标
数 值
色度
≤50
活性物
≥99%
水分
≥1%
浊点/°C
68~70
pH值(1%,25°C)
5~7
HLB值
5
用法及应用特点 本品可作为聚丙烯、聚乙烯的抗静电剂。
2.聚氧乙烯硬脂酸酯 (10EO)
性质 白色软膏体。技术指标见表 4-7。
表 4-7 聚氧乙烯硬脂酸酯 (10EO)的技术指标
技 术 指 标
数 值
技 术 指 标
数 值
pH值(1%,25°C)
6~7.5
浊点/°C
25~29
活性物
≥99%
皂化值/(mgKOH/g)
71~77
用法及应用特点 本品可作为聚丙烯、聚乙烯的抗静电剂。
3.聚氧丙基乙烯基醚
性质 浅黄色黏稠液体,具有水溶性。
用法及应用特点 本品为新型抗静电剂,适用于塑料和化学纤维,并可用作化纤柔
软剂。
4.Atmos150
性质 象牙白色颗粒。相对分子质量 413,熔点 57.1~61°C,高级脂肪酸的相对混
合比是 C18∶C16∶C14=65.5∶30.2∶4.3,单酯含量 61% ~66%,游离甘油含量 <1.5%,游
离脂肪酸 (以油酸计)含量 <0.5%,水分 <0.5%。
用法及应用特点 本品为棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯,内加型抗静电剂,适用于
聚乙烯、聚丙烯、软质和硬质聚氯乙烯,一般用量 0.5% ~2%。
5.Pelestat230
性质 淡黄色粒子。熔点约 160°C,表面电阻率为 5×107 Ω,热降解温度为 250°C。
用法及应用特点 本品为一种用于聚烯烃的高分子量永久型抗静电剂,不会降低树
脂基体的力学性能,可用于薄膜和片状材料中,添加量为 5% ~20%。
6.PelestatNC6321
性质 淡黄色粒子。熔点约 203°C,表面电阻率为 1×109 Ω,热降解温度为 285°C,
熔体流动速率 MFR为 20g/10min(ASTMD1238),折射率 1.51。
用法及应用特点 本品为一种由亲水和亲油链段组成的嵌段型热塑性弹性体,一种
用于苯乙烯类聚合物 (如 ABS、MS等)的高分子量永久型抗静电剂,不会降低树脂基
体的力学性能,添加量为 10% ~15%。
(七)复合型
1.ASA-150
性质 微黄色或黄色膏状物,可溶于苯、甲苯、二甲苯、氯仿等有机溶剂,微溶于
水。
用法及应用特点 本品为非离子和阳离子复合型抗静电剂,属内加型抗静电剂,可
用于聚氯乙烯、合成橡胶及天然橡胶、各种聚烯烃包装制品中,一般用量为 0.2~5份
(phr)。
2.ASA-51
性质 常温下为淡黄色蜡状物,无味。凝固点 41~44°C,分解温度在 350°C以上。
用法及应用特点 本品是烷基胺环氧乙烷加成物为主体的复合物,使用时采用内加
法,适用于聚烯烃类塑料,特别适用于 BOPP膜生产和使用,可使表面电阻明显降低,
一般用量为容器 2~5份 (phr),薄膜 0.3~1.0份 (phr)。
3.ASP-2
性质 乳白色蜡状物,无味。凝固温度 45~47°C。
用法及应用特点 本品是专门为聚烯烃类制品提供有效的抗静电性能而设计的,也
可用于 ABS、尼龙等工程塑料制品。本品的抗静电效果在厚制品、薄膜制品上作用明
显,可大大降低制件的表面电阻,消除静电危害。本品对制品的力学性能和光学性能基
本无影响,不会增加薄膜制品的雾度 (或者浊度),适用于薄膜制品。
4.AB-33
性质 淡黄色蜡状物,无味。凝固温度 50~53°C
用法及应用特点 本品是专门为聚烯烃类 (LDPE、PP)制品提供长效的抗静电性
能而设计的,也可用于其他塑料制品,如 ABS、PS等。本品的抗静电效果在厚制品、
薄膜制品上作用明显,可大大降低制件的表面电阻,消除静电危害。本产品制得的母粒
爽滑性好。本品对聚烯烃类塑料制品的加工性和制品的其他性能无不良影响。
5.ASH-1
性质 乳白色蜡状物,无味。凝固温度 43~45°C。
用法及应用特点 本品是专门为聚烯烃类 (LDPE、PP)制品提供有效的抗静电性
能而设计的,也可用于其他塑料制品,如 ABS、PS、尼龙等。本品的抗静电效果在厚制
品、薄膜制品上作用明显,可大大降低制件的表面电阻,消除静电危害。
6.MS-2
性质 白色珠状。熔点 62~65°C,沸点 185°C。
用法及应用特点 本品为树脂及塑料用抗静电剂,对各类塑料制品可以起到很好的
防尘、抗静电作用,特别是对各类塑料板材、包装容器可以起到极佳的防尘和提高表面
质量的效果,与各种树脂和塑料有良好的相容性,使用时采用内加法,添加量为 2%。
7.羟乙基烷基胺、高级脂肪酸和二氧化硅的复配物
性质 白色至灰白色粉状物。熔点约 45°C,表观密度 0.3~0.5g/cm3 ,羟值 220~
240mgKOH/g,胺值 66~75mgKOH/g,酸值 <3.0mgKOH/g,5%热失重温度约 280°C。
用法及应用特点 本品为复配型非离子抗静电剂,属内添加型抗静电剂品种,适用
于聚乙烯、聚丙烯、天然或合成橡胶制品,抗静电效能持久,尤其在聚烯烃塑料包装
膜、日用塑料容器、矿用塑料管材、板材、丙纶纤维中的应用效果显著,可使制品的表
面电阻由 1016 Ω降低到 109~1010 Ω,推荐用量为 0.3~1份。
四、导电、导热助剂
1.石墨粉
性质 石墨粉的主要成分为灰黑色层状晶体结构的六方晶系微粉,有金属光泽,有
滑腻感,高分散性,不粘结团。相对密度 1.9~2.2,熔点 3527°C,摩擦系数 0.08~
0.20,莫氏硬度 1.0~1.15。在室温下不活泼,仅能用浓硝酸或氯酸钾强氧化剂处理,
可得无传导性的石墨酸或石墨氧化物。在 420°C时吸收氟生成氟化碳而失去光泽和传导
性。450°C时开始氧化。与其他气体仅是物理吸附而无反应,因而具有耐高温和良好的
热稳定性、导电性、导热性、可塑性和润滑性,但在真空条件下将失去润滑性。化学稳
定性好,耐酸、耐碱、耐有机溶剂。石墨粉的质量指标见表 4-8。
表 4-8 石墨粉的质量指标
项 目
00#
0#
1#
2#
特 2
3#
外观
灰黑色,带
有 金 属 光 泽
的粉末
灰黑色,带
有 金 属 光 泽
的粉末
灰黑色,带
有 金 属 光 泽
的粉末
灰黑色,带
有 金 属 光 泽
的粉末
灰黑色,带
有 金 属 光 泽
的粉末
灰黑色,带
有金 属 光 泽
的粉末
细度(1.5μm)(%)
≥95
(2.3μm)(%)
≥90
(4.0μm)(%)
≥90
(15μm)(%)
≥90
(20μm)(%)
≥90
(30μm)(%)
≥90
灰分(%)
≤10
≤1.0
≤1.0
≤1.5
≤1.5
≤1.5
水分(%)
≤0.5
≤0.5
≤0.5
≤0.5
≤0.5
≤0.5
纯度(%)
≥99
≥99
≥99
≥98.5
≥98.5
≥98
pH值
6~7
6~7
6~7
6~7
6~7
6~7
用法及应用特点 可用于制备导电塑料、电磁屏蔽塑料和抗静电塑料等,可用于工
程塑料和特殊工程塑料为基体的材料填充,填充量为 5% ~20% (质量分数)。
2.乙炔炭黑
性质 乙炔炭黑又称乙炔黑,简称 ACET,是以乙炔为原料,在 1400°C左右高温下
隔绝空气进行热分解,再经冷却收集制得。外观为黑色极细粉末,真密度 1.59×103 kg/
m3 (氮置换法),表观密度 (0.02~0.03) ×103 kg/m3 ,平均粒径 35~45nm,比表面积
55~70m2/g,吸油值 2.5~3.5mL/g。乙炔炭黑纯度很高,含碳量大于 99.5%,氢含量
小于 0.1%,氧含量 0.07% ~0.26%。pH值 6~8。具有较高的导电性和导热性,有抗
静电效果。乙炔炭黑的技术指标见表 4-9。
表 4-9 乙炔炭黑技术指标 (GB/T3782—2006)
项 目
粉状
50%压缩品
70%压缩品
合格品
优等品
合格品
合格品
视比容/(cm3/g)
30~50
14~17
13~17
9~12
吸碘值/(g/kg)
≥80
≥90
≥80
≥80
盐酸吸液量/(cm3/g) ≥
3.9
3.9
3.7
2.9
电阻率/(Ω·m) ≤
3.0
2.5
3.5
5.5
pH值
6~8
6~8
6~8
6~8
加热减量(%) ≤
0.4
0.3
0.4
0.4
灰分(%)
0.3
0.2
0.3
0.3
粗粒分(%)
0.03
0.02
0.03
0.03
杂质
注:产品用于无线电元件时才考核 pH值。
用法及应用特点 可用于填充各种塑料品种,制备电子电气用制件,一般填加量为
5% ~15%
3.CSF-Ⅲ导电型炭黑
性质 CSF-Ⅲ导电型炭黑是利用化工厂最终副产品为原料,经不同的化学方法处理
而制得,具有明显的结晶特征,其结晶程度高于乙炔炭黑,故具有良好的导电性质。导
电性几乎与乙炔炭黑不相上下,但价格低廉,仅为乙炔炭黑的 1/3左右。CSF-Ⅲ导电炭
黑的质量指标见表 4-10。
表 4-10 CSF-Ⅲ导电型炭黑的质量指标
项 目
指 标
项 目
指 标
粒径/nm
30~70
pH值
7~9
密度/(×103kg/m3)
1.15
干实体积/(mL/g)
6
比表面积/(m2/g)
>262
盐酸吸液量/(mL/g)
2.8
DBP吸油值/(mL/g)
>1.73
电阻率/(kΩ·cm)
<3.1
用法及应用特点 可用于制备抗静电塑料,可应用于通用塑料和通用工程塑料,一
般填加量为 2% ~10%。
4.导电炉黑
性质 导电炉黑又称导电炭黑,简称 CF,黑色粉末。真密度 1.80×103 kg/m3 ,平
均粒径 21~29nm,比表面积 125~200m2/g,吸油值 1.3mL/g,pH值 8~9,挥发分
1.5% ~2.0%。导电炉黑的质量指标见表 4-11。
表 4-11 导电炉黑的质量指标
项 目
指 标
项 目
指 标
平均粒径/nm
21~29
pH值
8~9
比表面积(BET法)/(m2/g)
125~200
挥发分(%)
1.5~2.0
吸油值/(mL/g)
1.3
用法及应用特点 主要用于制备抗静电塑料,适用于各种塑料品种,添加量为 3%
~15%。
5.超导电炉黑
性质 超导电炉黑又称超导电炭黑,简称 SCF,黑色粉末,真密度 1.80×103 kg/
m3 ,平均粒径 16~25nm,比表面积 170~225m2/g,吸油值 1.3~1.5mL/g,挥发分
0.05% ~2.0%,氢含量 0.17% ~0.22%,氧含量 0.90% ~1.20%。超导电炉黑的质量
指标见表 4-12。
表 4-12 超导电炉黑的质量指标
项 目
指 标
项 目
指 标
平均粒径/nm
16~25
灰分(%)
≤0.59
比表面积(BET法)/(m2/g)
170~225
挥发分(%)
0.05~2.0
吸油值/(mL/g)
1.30~1.50
用法及应用特点 主要用于制备导电塑料、电磁屏蔽材料和抗静电塑料,适用于各
种塑料品种,添加量为 3% ~20%。
6.高导电炉黑
性质 高导电炉黑又称谢尔炉新型导电炭黑、谢尔炉炭黑,黑色粉末,是一种特高
导电炭黑。具有很高的结构性,呈空壳球状纤线性聚集结构,其一次结构平均粒径为
30nm,二次结构平均粒径为 5μm。高导电炉黑的质量指标见表 4-13。
表 4-13 高导电炉黑的质量指标
项 目
指 标
项 目
指 标
粒径/nm
20~32
灰分(%)
0.6~1.6
比表面积(CTAB法)/(m2/g)
751~828
100目筛余物
0
DBP吸油值/(mL/g)
5.45~6.04
比体积/(cm3/g)
5~6.2
pH值
6.6~8.0
电阻率/(kΩ·cm)
0.5
水分(%)
6.2~6.6
用法及应用特点 主要用于抗静电塑料的制备,适用于各种塑料品种,添加量为
5% ~15%。
7.铝粉
性质 铝粉俗称银粉,化学符号 Al,相对原子质量 26.98,银白色或银灰色微细粉
末。相对密度 2.702,熔点 660°C,沸点 2494°C。遮盖力强,稳定性大,能够燃烧,有
爆炸性。
用法及应用特点 可用于制备导电、抗静电塑料,适用于各种塑料品种,添加量为
5% ~20%。
8.锌粉
性质 锌粉的化学符号 Zn,相对原子质量 65.39,极细的深灰色金属粉末,相对密
度 7.14,熔点 419.4°C,沸点 907°C。溶于酸和碱,缓慢溶于醋酸和氨水,不溶于水,
具有强的还原性,与酸碱作用放出氢气,受潮后能与水作用产生高温,在干燥空气中稳
定,当飞扬于空气中时能引起燃烧,并可能发生爆炸。锌粉的质量指标见表 4-14。
表 4-14 锌粉的质量指标 (GB6890—2000)
规 格
筛余物不大于
粒度分布,%不小于
最大粒径/μm
含量(%)
30μm以下
10μm以下
FZn30
45
99.5
80
FZn45
90
0.3
FZn90
125
0.1
FZn125
200
1.0
用法及应用特点 主要用于制备抗静电塑料,适用于各种塑料品种,但需表面处
理,添加量 5% ~15%。
9.铜粉
性质 铜粉俗称金粉、铜金粉,主要成分是铜和较少量的锌、铝、锡等金属,有很
多色调不同的品种,具有较高的金色光泽,与铝粉相比,质地较重,遮盖力较弱,反射
光和热的性能较差。铜粉的质量指标见表 4-15。
表 4-15 铜粉的质量指标
项 目
指 标
项 目
指 标
外观
金黄色(略带红色或
微带青色)鳞片状粉末
漂浮试验(与标准样品比)
近似
筛余物(325目)(%)
≤0.3
色光(与标准样品比)
近似
用法及应用特点 主要用于制备导电、抗静电和电磁屏蔽塑料,适用于各种塑料品
种,但需表面处理,添加量 10% ~20%。
10.银粉
性质 银粉的化学符号 Ag,相对原子质量 107.87,灰白色粉末,相对密度 10.5,
熔点 960.5°C,沸点 2212°C (1950°C)。溶于硝酸和热硫酸,不溶于水、盐酸和碱类。
化学性质稳定,一般在空气中无变化,对水与大气中的氧都不起作用,但遇硫化氢、硫
和臭氧会迅速变黑,生成硫化银或氧化银层。银粉具有良好的导热性和导电性。银粉的
质量指标见表 4-16。
w(Ag)(%)
≥99
盐酸不溶物(%)
≤0.1
硝酸不溶物(%)
≤0.05
用法及应用特点 主要用于制备高级导电塑料和电磁屏蔽塑料,适用于各种塑料品
种,但需表面处理,添加量 5% ~15%。
11.还原铁粉
性质 还原铁粉的化学符号为 Fe,相对原子质量 55.85,灰黑色无定形粉末,相对
密度 7.86,熔点 1535°C,沸点约 3000°C。溶于稀酸,不溶于浓酸、稀碱溶液和乙醚,
露置潮湿空气中或遇水则易氧化。还原铁粉的质量指标见表 4-17。
表 4-17 还原铁粉的质量指标
项 目
指 标
项 目
指 标
w(Fe)(%)
≥97.0
氮化合物(以 N计)(%)
≤0.01
硫酸不溶物(%)
≤0.5
w(Cu)(%)
≤0.02
硫化物(以 S计)(%)
≤0.15
水溶物(%)
≤0.1
用法及应用特点 主要用于制备吸波塑料和抗静电蔽塑料,适用于热固性树脂,添
加量 5% ~10%。
12.镍粉
性质 镍粉的化学符号 Ni,相对原子质量 58.70,灰色粉末,相对密度 8.9,熔点
1453°C,易溶于硝酸和王水。镍粉的质量指标见表 4-18。
表 4-18 镍粉的质量指标
项 目
指 标
项 目
指 标
w(Ni)(%)
≥95
水溶物(%)
≤0.1
硝酸不溶物(%)
≤0.4
氮化合物(以 N计)(%)
≤0.01
氨水沉淀物(%)
≤0.2
硫化物(以 S计)(%)
≤0.1
用法及应用特点 主要用于制备抗静电塑料,但导电性能较差,主要适用于热固性
树脂,添加量 5% ~15%。
五、性能与应用
(一)抗静电剂的作用方式
塑料的静电电荷可通过提高表面电导率或体积电导率的方法降低。理想的状态是电
荷消散的速度比它们产生的速度快,这样就不会发生电荷积聚。一般规律是,在对塑料
表面电荷的产生进行抑制之后,电荷的消散速度或多或少 (取决于抗静电处理情况)
都会得到加速。
1.提高表面电导率
一般认为,具有表面活性的分子在制品表面聚集时,其中含有链烷基的疏水基团指
向塑料的内部,而亲水基团则趋于指向外部,因而能在塑料表面吸附水分子。由于具有
表面活性的特征,抗静电剂可减小水和塑料之间的界面接触角,因此可使水更均匀地分
布于塑料表面。在塑料表面所形成的水膜中 (膜厚取决于大气湿度),通过离子传导可
达到增加表面电导率的效果,同时也说明了表面电导率及抗静电的作用可随大气湿度的
降低而逐渐下降的原因。
新近有人认为,除离子传导机理外,还存在电荷交换。它是由水在塑料表面和环境
之间的不断交换而产生的,这与空气电离机理是一致的。与之相比,塑料表面的抗静电
剂则充当了电荷交换接触点。
此外,电荷的转换也可由质子转移作用来完成。带有—OH基或—NH2 基的抗静电
剂可通过氢键联成链状,即使在较低的大气湿度下仍可表现其抗静电的作用。然而只能
形成分子内氢键的化合物则不具备这一特征。
很多抗静电剂还具有吸湿特性,因而提高了塑料表面对水分子的吸附力。在同样的
大气湿度下,具有吸湿性的抗静电剂可在塑料表面吸附更多的水分子,因而提高了其抗
静电效果。
在正常用量范围内施用的抗静电剂,可使塑料表面的电阻率从 1014~1016 Ω降至 108
~1010 Ω。若要再进一步降低其表面电阻率,则只能采取提高体积电导率的办法。
(1)迁移性 为使其分子能实现在塑料制品表面集聚,抗静电剂就必须在成型加
工期间或以后由内部迁移出来。该迁移过程可通过对表面电阻率的连续测量等间接方法
进行追踪。
抗静电剂的作用,即降低表面电阻率的能力,在一定程度上取决于聚合物的类型、
密度及制品的成型加工方法。可以设想,抗静电剂在制品表面的形成过程,初始只是形
成不均匀的类似 “岛”状结构,而后逐渐扩展形成一个有一定厚度的连续膜。这种连
续膜取决于塑料和抗静电剂本身的性质,其厚度可达到一个至若干个分子层。这种现象
可以聚烯烃吹塑薄膜为例,通过在其表面的大量不同点上连续测量表面电阻率予以证
实。根据不同的拉伸比,在整个表面达到一个稳定的电阻率可能要用好几天时间。在其
他情况下,如烷基磺酸盐在硬质 PVC中应用时,这种抗静电效应只能在成型过程刚刚
完成时测到,但在成形以后,其表面电阻率增加就很少。
聚合物结晶度的不同,以及继而引起的密度的不同,对抗静电剂的迁移起到决定性
的影响。如同是注塑聚烯烃的板条,LDPE(低密度聚乙烯)几乎在成型完成的瞬间就
可以达到抗静电的效果,而 HDPE(高密度聚乙烯)则要用长得多的时间,聚丙烯就更
慢 (在聚丙烯板条中,在成型之后 10~20天才能达到最大的抗静电效果)。
抗静电效果的建立还取决于成型的方法。例如,聚乙烯的压缩模塑或注塑制品在成
型过程完成之后马上就可以测到抗静电效果,而拉伸或吹塑薄膜制品就要经过相当长的
时间才能发挥抗静电剂的作用。在聚丙烯拉伸带中,抗静电效果与拉伸比成反比,这是

因为表面积与体积的比值是随着拉伸比的增加而增大的,故需要更多的抗静电剂覆盖表

面。当抗静电剂的用量较低时,则必须要有相应更长的迁移时间,以使表面得以充分覆
盖。
除了这种简单的大多是定性的迁移试验之外,还有很多其他方法,这些方法虽较烦
杂,但可以提供定量的数据。其中,最精确的是利用放射性同位素的示踪方法,即当一
种具有放射性标志的添加剂被混配入模塑料中后,几乎每个从表面洗下的这种添加剂分
子都能被检测到。此外,还有采用洗涤塑料表面,并测定该洗涤液的表面张力等其他试
验方法。阳离子型添加剂,可通过火焰光度法或薄层色谱法来测定溶液中的金属离子。
利用这些不同的方法,可测定抗静电剂在聚合物中的扩散系数。虽然所采用的方法不
同,但结果都是很吻合的。
用这些方法也可检测到不同添加剂之间的相互作用。例如,低浓度的聚乙二醇或甘
油可导致烷基磺酸钠的扩散速率增加 2~20倍。相反,一些塑料常用的其他添加剂,实
际上会影响抗静电剂的迁移作用,进而影响抗静电剂的效果,如炭黑和二氧化钛。含镍
的紫外光稳定剂对很多抗静电剂的迁移作用也都有阻滞的倾向。
抗静电剂的长期效果是很重要的。对使用内加型抗静电剂的样品进行长达一年以上
的周期性测定并不能发现抗静电活性有什么变化,只有当抗静电剂分子由于蒸发或洗涤
而从表面散失时,才会使防静电聚集的作用降低,但这种情况在一定的时间范围内可由
内部储备的分子的不断迁移作用而得到弥补。也可能有例外的情况,如将成型制品存放
于高温环境中,会引起更严重的损耗,最终使抗静电剂低于极限水平。外涂型抗静电剂
的长期效果严格地受到表面蒸发和向成型制品内部迁移的制约。
(2)表面浓度 上述提及的各种试验方法都适用于测定抗静电剂的表面浓度。对
聚烯烃表面电阻率的测定,可定量确定抗静电剂的活性。当含有内加型抗静电剂的聚乙
烯或聚丙烯的表面被彻底洗净 (如用水/酒精混合液洗涤)后,表面电阻可达到未经抗
静电剂处理试样表面那样高的数值,但在几小时或几天后表面电阻率又会恢复到洗涤之
前的数值,其恢复时间的长短取决于聚合物的密度。这样的试验可重复十余次,以至于
直到几乎所有添加剂消耗尽为止。
对于硬质聚氯乙烯和苯乙烯类聚合物,抗静电效果的恢复能力很弱,表面仅仅洗涤
过一次,在很长时间之后抗静电效果也不能回复到令人满意的水平,或实际上根本不能
完全恢复。
为满足抗静电处理的要求,应具备一定的表面浓度。
对于各种不同塑料,抗静电剂在表面层中的含量要达到 0.1~10个分子层膜。对于
高密度聚乙烯来说,一个十二烷基乙醇胺的单分子层膜的半衰期为 2.5秒。该半衰期所
对应的表面电阻率大致为 1010 Ω,这与具有烷基磺酸锂单分子膜层的聚乙烯和聚苯乙烯
所测定的表面电阻率为 1010 Ω的结果是吻合的。另外,还有些文献介绍了用于聚乙烯的
环氧脂肪胺的数据 (0.2个分子膜层相当于抗静电剂总用量的 0.1%)。在表面反复洗
涤后,这一浓度可准确地恢复。
在苯乙烯类聚合物中,烷基磺酸钠形成了厚为 2(透明聚苯乙烯)到 8层 (抗冲击
聚苯乙烯)的膜,占抗静电剂总用量的 0.6% ~2.1%。但该类聚合物不同于聚乙烯,
在表面被洗涤后,仅有 0.4~0.5层分子膜重新形成,从而证实了上述关于聚苯乙烯中
恢复能力较差的论述。
2.增大体积电导率
为防止由静电电荷引起的爆炸事故,在危险环境中,塑料膜制品的表面电阻不得超
过 106 Ω。由于单独使用内加型或外涂型抗静电剂都不能达到这一数值,所以必须增加
成型制品的体积电导率以利于电荷的迅速平衡。电子传导代替离子传导担负了抗静电作
用。所选择的抗静电剂必须在聚合物中分布以形成一个不受聚合物组分影响的连续的传
导体系。显然,与仅增加表面电导率相比,抗静电剂用量要大得多,同时,其作用效果
也是以数量级关系提高。
在含 20% ~30%炭黑的聚烯烃中,体积电阻率可达到 102 Ω·cm,这已接近金属的
体积电导率 (10-4 Ω·cm)。显然,如此大量的添加剂势必影响模塑制品的力学性能。
因此,为降低添加剂的用量人们正努力开发改性的炭黑类型。目前采用一种具有规则粒
子形状、表面积大的活性型炭黑 (导电炭黑),用量只要 5% ~10%就能够达到前述的
102 Ω·cm的体积电阻率值。除了炭黑粒子的结构外,实际制品电导率还取决于聚合物
的结晶度和成型加工工艺。较高的结晶度可增加电导率,而在成型过程中太强或太弱的
剪切力都会削弱电导率。
另一个增加体积电导率的方法是在聚合物中加入金属粉,如在聚苯乙烯中添加银
粉。成本是这种方法的一个大问题,此外,聚合物的热稳定性也必须考虑。众所周知,
很多过渡金属由于它们对各种过氧化物分解为自由基的催化作用而降低了聚合物的稳定
性,因而加速了聚合物的降解作用。在此必须指出,在≤20%的极低相对湿度下,这种
抗静电处理是唯一能够消除静电电荷的方法。
(二)应用
抗静电剂既可与聚合物物料混配使用 (内加型),又可制成溶液或乳剂涂敷于模塑
制品的表面 (外涂型)。第三种应用方法,是利用具有共聚作用的抗静电剂,这已在许
多专刊说明中有所叙述,但还没有在工业中实际应用,这是因为这种方法成本太高,以
致使许多不同类型聚合物的生产厂商都难以接受。
1.在聚合物料中混配
这种方法要求添加剂在 250~300°C的温度范围内具有稳定性,以经受整个成型加
工过程。如前所述,一种给定的抗静电剂的化学结构必须严格适应它所要应用的聚合物
类型。尽管有这些严格的选择标准,但在塑料中应用还是可以的,除非在极高的温度下
成型加工,因为对此还找不到有效的热稳定性的混配料。在物料中添加抗静电剂的优点
是处理极为简单,应用成本较低,且对某些聚合物在其表面被洗涤之后仍能很好地恢复
其抗静电能力。
能提供有效抗静电效果所必须的添加剂用量范围,取决于聚合物的类型和特性。抗
静电剂用量的多少可能与聚合物结构形态和玻璃化温度 (Tg)紧密相关。
表 4-19列出了主要聚合物所用抗静电剂的一般用量,但对某些成型技术,需要量
可能要多些。
表 4-19 各种不同塑料抗静电剂的用量范围
聚 合 物
抗静电剂用量(%)
聚 合 物
抗静电剂用量(%)
低密度聚乙烯
0.05~0.1
硬质聚氯乙烯
0.5~1.5(取决于稳定剂体系)
高密度聚乙烯
0.2~0.3
透明聚苯乙烯
2.0~4.0
聚丙烯
0.5
抗冲击聚苯乙烯
1.5~2.5
在确定一种抗静电剂的用量时,必须牢记,太高的用量会导致表面形成粘的浸润的
膜。这样的膜不仅有损制品的外观,也有碍后续的印色或印字工序。
抗静电剂通常与其他添加剂或颜料一起配成模塑料。如果使用可加热的内部混合
器,则不需要预先进行掺合。如果在挤出机内进行掺合,那么添加剂与聚合物颗粒和粉
末要在混合器内混配,以便在挤出之前将聚合物颗粒涂上一层添加剂。
抗静电剂用量多,可能会影响成型过程。因为大多数抗静电剂为粘性液体,且可起
到模塑料润滑剂的作用,从而影响挤出机的加料操作。这一难点可由减少抗静电剂的加
入量或掺入可增加摩擦的填充剂 (如 SiO2)来克服。近来,越来越多地应用抗静电剂
的母体混合物的方法来解决这类问题。当然,这种配料方法只有在聚合物 (如聚烯烃)
所需添加剂用量不高时才适用。
抗静电剂可很大程度地降低热敏性聚合物的热稳定性。因此,在硬质聚氯乙烯中应
用高效的季铵盐类抗静电剂将受到很大的限制。烷基磺酸钠对热稳定性的影响有一定好
处,但存在着降低成型品透明度的缺点。此外,应用烷基磺酸钠必须对聚氯乙烯热稳定
剂进行认真的筛选,因为它们之间有协同作用的可能性。
与锡稳定剂不同,铅和某些钡/镉型稳定剂在与烷基磺酸钠一同使用时会引起褪色
(尽管这可由加入磷酸盐来抑制)。一般地说,抗静电剂及其他所有添加剂的最佳混配
组分和用量应由制成品的使用试验而定。
2.表面涂敷
表面涂敷在各种纺织物上有很广泛的实际应用,而应用于塑料制品则较少。这种方
法是将成型制品喷涂或刷涂上抗静电剂溶液,或将其浸在溶液中,然后进行干燥。例
如,在聚氯乙烯地面覆盖材料的最后处理阶段,将表面活性剂加入清洗水中。这种方法
的优点是选择的灵活性,并可在不考虑聚合物的热稳定性和与聚合物的相容性的情况下
使用任何一种抗静电剂。
这种方法的不足是装置和劳务费用较高。此外,外部涂敷法一个很大的缺点是缺乏
抗静电效果的稳定性。这是由于一方面,一旦用湿法清洁表明,其抗静电效果便会消
失,因为没有可迁移出来的内加型添加剂来补充损耗;另一方面,抗静电效果也由于抗
静电剂向制品内部的迁移作用而渐渐消失。
以前认为,在制品的每平方米表面需要 100mg的抗静电剂才能产生满意的效果,
然而,近来的实验结果表明,在塑料表面使用大约 10mg/m2 的季铵盐或烷基磺酸钠盐,
或 25mg/m2的甘油单脂肪酸就足够了。
3.抗静电剂的应用范围
目前,内加型抗静电剂只应用于有限的几种聚合物,主要是用于聚乙烯和聚丙烯
(薄膜、薄板、注塑制品、容器,尤其是包装材料)。应用于聚氯乙烯方面 (如唱片)
的数量较少,这是因为对这方面应用量的估计尚有分歧。
近年来,在苯乙烯类聚合物 (聚苯乙烯、抗冲击聚苯乙烯)中抗静电剂的应用不
断增加。与聚烯烃不同,为获得较好的活性,抗静电剂在这些基质中的用量必须高达
4%。因此,除了诸如录像带盒、仪器壳等特殊产品外,成本因素限制了这种应用。
在通常所说的工程塑料 (包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和聚砜)以及聚
丙烯酸酯中,内加型抗静电剂没有得到任何应用,主要原因有如下两种:首先,这些材
料都是在高温,有时是在很高温度下成型的;其次,这些材料很多都有其重要的内在特
性 (如聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯的透明性),这些内在特性在任何情况下都不能被破
坏。
对于在有失火或爆炸危险的环境中使用的制品,越来越多地采用填充炭黑的办法来
获得高的导电性。例如爆炸物的包装材料、坑道用的传输带、公共活动场所及化工生产
厂房用的塑料地面材料等。
产品对人体健康无害是使用抗静电剂涂层的包装材料的进一步要求。由于在塑料表
面会有抗静电剂分子,因此它与所包装的食品的接触是不可避免的。对于聚乙烯和聚丙
烯,由于其抗静电剂含量低,因此不会产生什么严重问题,能够符合各国管理机构对添
加剂使用的要求。众所周知,这些机构确定的极限值是根据抗静电剂迁移的量及对确定
产品的分析而得出的。像苯乙烯类聚合物这样含较多抗静电剂的塑料,常会超出规定的
极限值。但某些类似烷基磺酸钠的抗静电剂,允许其应用于如结晶聚苯乙烯等特殊种类
的塑料,这是因为其迁移能力很低。其他种类的塑料 (例如抗冲击聚苯乙烯)则由于

抗静电剂过量的迁移而禁止使用。

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