抗静电塑料的应用与优化方案

当两个物理状态的固体互相摩擦时，其各自的表面会发生电荷再分配，重新分离后每个固体表面都将带有比接触前过量的正或负电荷，这种现象称为静电，它们可吸附灰尘和细菌，物体分离时会产生电火花而引发火灾、爆炸、破坏电子元器件等种种不良的后果。

普通的高分子塑料都是绝缘体，在制品加工、运输和使用过程中其表面极易聚集静电，在许多场合都需设法阻止产生静电（抗静电），当静电产生而无法抑制时，则要及时消除静电。

前面已介绍了导电塑料，它们都有抗静电的功能，但这里指的抗静电塑料是指用抗静电剂配制的具有抗静电功能的塑料。

这类塑料都是采用在普通塑料中加入抗静电剂的方法来达到抗静电的目的的。一般都是提高聚合物的表面电导率或体积电导率，使其具有迅速放电、泄除静电、防止静电聚积的功能。一般来说，当塑料的体积电阻率降至10⁷Ω·cm以下时，就具有了抗静电功能；体积电阻率<10¹²Ω·cm就具有迅速消除静电的功能。

抗静电塑料应用很广，如矿山、化工、油井、纺织、医疗、电子、家用电器等各行业对所用塑料制品都提出了有关防静电的要求。为了进一步获得优良的抗静电效果，人们还在不断开发各种新型抗静电剂。

1.抗静电的技术机理

目前，提高塑料抗静电性能可以采用各种导电塑料、添加导电塑料或导电填料组成的塑料等，通过提高体积电导率来实现抗静电的目的。另一方法是在塑料加入抗静电剂，以此来提高塑料表面的电导率来实现抗静电效果，这类抗静电剂的机理可分为以下四种形式：

1）利用抗静电剂的亲水基增加塑料表面的吸湿性，形成一个单分子的导电膜。

2）如利用带离子的抗静电剂，则可增加塑料表面的离子浓度，提高表面导电性。

3）利用介电常数大的抗静电剂，可增加两摩擦体之间的介电性，降低摩擦电荷。

4）利用摩擦因数小的抗静电剂及增加制品表面的平滑性，降低摩擦电荷。

2.抗静电剂的分类

1）按品种可分为离子型（阳离子或阴离子）、非离子型和两性离子型等。抗静电剂都是具有亲水、亲油基的表面活性剂，加入树脂中具有不断向表面迁移的性质。迁移至树脂表面的抗静电剂分子，其亲油基与树脂相结合，亲水基则面向空气排列覆盖在树脂表面，如同一层肉眼看不到的水膜成为树脂表面电荷向空气传导的通道，从而消除静电。同时，对离子型抗静电剂还可供提电离条件，从而达到防止静电和消除静电的作用。几种抗静电剂的特点见表16-50。

表16-50 抗静电剂的种类及特点

在这些抗静电剂中许多亲水性聚合物由于其抗静电效能较好，持久性强，故被称为永久性抗静电剂。因在与它们组成的共混体系中，由于亲水性聚合物在特殊相容剂下，在基体材料表面可形成微细的筋状结构（层状分散结构），因而可有效地降低表面电阻。如聚醚特殊嵌段共聚物（作为抗静电剂）与PMMA、ABS、PA等基体塑料组成共混物，其两者相容性好，因此可组成具有永久抗静电功能的塑料，又如以PED/ECH（表氯醇）组成的抗静电高分子合金作为母粒，将其以15%～20%（质量分数）的添加量与PVC、PC、PET、PS等基体塑料共混也可制成永久抗静电塑料，且具有价廉、耐热性好等优点。

2）按使用方法可分为外涂型和内加型两类。外涂型是将配制的抗静电涂料，用刷涂、喷涂、浸渍等工艺涂覆于制品表面（也可涂覆导电塑料或导电填料配制的涂料，以降低表面电阻），可直接形成低表面电阻层，见效快，适应面广，但涂易被擦洗，只能供暂时或短期使用。内加型抗静电剂（或抗静电母粒）是在配料时加入树脂中，使其均匀地分散于整个聚合物中，它可从高分子材料内部向表面迁移，在表面形成均匀的抗静电层，其耐磨，耐洗涤，具有持久抗静电性。(www.xing528.com)

采用向导电塑料或导电填料内加入树脂的办法也可组成抗静电塑料，但它是利用提高树脂整体体积电导率的方法来提高抗静电性的，一般加入导电填料2%～3%（质量分数）时，体积电阻率即可降至10⁷～10⁹Ω·cm。如用氧化聚合反应组成的PPy/PC、PPy/PS、PPy/PI、PTn/PS等共混体系电导率可在10^-4～10⁷S/cm之间；而用8%～10%（质量分数）炭黑填充LLDPE，其表面电阻可降至6.2×10³～1.1×10⁴Ω。

3.选用抗静电剂注意事项

加工后的抗静电塑料制品，其最终抗静电性能与很多因素有关。

1）抗静电剂与树脂相匹配性，只有相容性好才可达到最佳效果。

2）添加量一般为0.1%～4%（质量分数），添加量大，抗静电性好，但不同树脂与不同抗静电剂的匹配量不同，彼此有临界添加量，过大或过小都会降低抗静电性。

3）抗静电剂物性应适用制品使用性和加工性的要求，如不能影响树脂中其他助剂的性能、着色性、安全卫生性；不降低树脂加工性；不腐蚀加工设备及模具；可承受加工温度和成型压力的作用；不分解，不变色等。另外，必须适应制品使用环境，保持抗静电性持久稳定不变。

4）价格便宜，使用方便，易保养。

4.抗静电剂应用举例

采用抗静电剂实现高分子材料导电化的应用实例很多，按照应用领域划分，主要有以下几个方面：

（1）矿用塑料产品 从导电机理中的吸湿作用可知，环境湿度对抗静电效果的发挥有着很重要的作用。试验结果也表明，当相对湿度从40%变化至80%时，材料的体积电阻率可以从10¹²Ω·cm变化至10⁸Ω·cm。矿井下一般都是高温、高湿环境，其湿度都达80%以上。

近年来，塑料制品在矿井中的应用越来越多，若不解决静电防护问题，会给矿井安全造成严重威胁。因此，目前煤矿中使用的运输带、导风筒、塑料网、塑料管、电话机、报警器等一些电子设备的外壳都采用了抗静电剂型或其他类型的导电塑料。

（2）塑料包装薄膜 由于塑料不易消除静电集聚，生产过程中塑料薄膜自动发生卷曲、撕裂和吸尘等现象；用塑料袋进行包装时，静电作用会导致封口困难；还有印刷性能不良、破损率高等问题。若在材料中混入抗静电剂后，就可有效地解决上述问题。

（3）家用电器塑料件 塑料制品以其色泽鲜艳、可小型轻量化、生产效率高等优点在家用电器产品中获得了广泛的应用。随着人们生活水平的提高，对商品外观质量也不断提出新的要求。一般塑料制品却给人以易污染的印象，添加抗静电剂可以解决这个问题。使塑料表面吸附的灰尘减少，并且也易于擦洗。电话、挂钟、风扇、电视机、收录机等的外壳，均可采用添加了抗静电剂的材料来制作。

（4）净化场所的内装修材料 在计算机机房、超净室、精密仪器控制室、高级饭店等场所，人们都不希望有静电集聚。其内装修材料，如地板、壁纸、天花板等需要采取抗静电型高分子材料。此外，净化场所中所使用的桌垫、地毯等也都需要采用这样的材料，以保证产品的质量及环境的安全。

（5）其他用途 纺织用的筒管、梭子等高速运转的塑料零件，运输集成电路块的异型材包装管，易燃易爆环境中使用的一些塑料零部件等，都可以根据实际使用要求，采用抗静电剂添加型的导电高分子材料来制造。