影响抗静电效果的因素

2020-05-18 09:54:47 shuyanjie 32

影响抗静电效果的因素

1、分子结构和特征基团性质及添加量

抗静电剂的效果首先取决于它作为表面活性剂的基本特性 ―― 表面活性 。 表面活性与分中亲水基种类 、 憎水基种类 、 分子的形状 、 分子量大小等有关 。 当抗静电剂分子在相界面作定向吸附时,就会降低相界面的自由能及水和塑料之间的临界接触角。这种吸附作用 ,仅与基体的性质有关 , 而且还与表面活性剂的性质有关 。 根据极性相似规则 , 表面活性剂分子的碳氢链部分倾向与高分子链段接触 , 极性基团部分倾向与空气中的水接触 。 高分子材料作为疏水材料 , 抗静电剂在其表面的主要作用就是形成规则的面向空气中的水的亲水吸附层。

在空气湿度相同的情况下,亲水性好的抗静电剂会结合更多的水,使得聚合物表面吸附更多的水,离子电离的条件更充分,从而改善抗静电效果。

通过质子置换 , 也能发生电荷转移 。 含有羟基或氨基的抗静电剂 , 可以通过氢键连成链状, 在较低的湿度下也能起作用 。

添加型抗静电剂效果决定于添加剂向塑料制品表面的迁移速率 。 当塑料制品表面被一层连续的导电层覆盖时,电荷的衰减才达到最佳。

抗静电剂的分子量太高 , 不利于它向高聚物表面迁移 ; 分子量太低 , 耐洗涤性和表面耐摩擦性不佳 。 通常抗静电剂的分子量比高聚物分子量小得多 。 加入低分子量物质可能会使高聚物材料的物理机械性能恶化。为了减少这种不良影响,抗静电剂的一般添加量 为0.3%~2.0% 。抗静电剂的添加量还视制品用途而异。

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CMC (临界胶束浓度)值是表面活性剂表面活性的一种量度。 CMC 值越小,表面活性剂达到表面 ( 界面 ) 吸附的浓度越低 , 或形成胶束所需浓度越低 , 因此抗静电性的起效浓度也越低 。 不同结构的抗静电剂添加量不同 , 并且随制品形式的不同而不同 。 添加量有一个范围 。过低 , 抗静电效果不明显 , 过高 , 会影响材料的物理机械性能 。 薄膜 、 片材等薄制品的添加量较少,厚制品的添加量则相对较多。

抗静电剂与聚合物的相容性遵循极性相近相容原理。高分子材料都具有长碳链结构,多属非极性树脂 ,有的具有极性端基 ,增强了极性。抗静电剂同时具有憎水基(非极性)和亲水基 ( 极性 )。一般憎水基碳链越长 , 与聚合物的相容性越好。亲水基若极性很强,则与聚合物的相容性不好;若极性较弱,则亲水吸附性较差。相容性太好,抗静电剂不易迁出 ,达不到抗静电效果;相容性不好,迁出太快,持效期太短。影响长期使用。因此在设计和使用抗静电剂时需要考虑上述因素,通过实验筛选抗静电剂的品种及最佳使用量。

2、其它添加剂的影响

高聚物材料加工时,往往要添加一些稳定剂、颜料、增塑剂、润滑剂、分散剂或阻燃剂等助剂。这些添加剂与抗静电剂的相互作用也会对抗静电效果产生很大影响。例如阴离子型稳定剂会与阳离子型抗静电剂形成复合物,从而降低各自的效果。润滑剂通常能很快迁移到高聚物表面上,抑制了抗静电剂的转移。若润滑剂分子层覆盖在抗静电剂分子层上,会使抗静电剂表面浓度降低,显著影响抗静电效果;有时由于润滑剂的影响,也会促进抗静电剂向表面转移 。 增塑剂会增加大分子链间的距离,使分子运动更为容易,提高了高聚物的孔隙率,有利于抗静电剂向制品表面迁移发挥抗静电作用。有些增塑剂会降低高聚物的玻璃化温度,也可使抗静电剂的效果增大。抗静电剂与各种添加剂的影响大小,事先很难预测,目前大多数是通过实验来选用最合适的抗静电剂和用量。分散剂、稳定剂及颜料等无机添加剂,一般都有较强的吸附能力,使抗静电剂难以迁移到表面上 ,对抗静电剂的扩散迁移具有反作用,抗静电效果会变差。大多数无机添加剂都是细小的微粒,具有较大的表面积,易吸附抗静电剂,使其不能有效地发挥抗静电作用。颜料微粒则容易富集在抗静电剂周围,影响其向外扩散 。 例如 , 相同抗静电剂浓度的 ABS 中加入二氧化钛后,抗静电作用降低。不同无机填料的吸附性不同,对抗静电效果发挥的影响也不一样。

此外,高聚物组分中的弹性体也会使抗静电剂的效能变差 。 例如在聚丙烯与橡胶的复合材料中,发现抗静电剂富集在橡胶组分周围,使其难于迁移到表面。

3、加工过程的影响

聚合物制品的加工方式最终会影响制品中高分子链的规整程度、结晶度、结晶形态及有序化程度。若高聚物在熔融状态下成型后,立即在低于其玻璃化温度的室温下进行冷却,抗静电剂就很难扩散到制品表面,从而没有足够的抗静电效果。若制品在高于玻璃化温度的温度下冷却,由于大分子链段运动有助于抗静电剂扩散,这样不仅制品能呈现出足够抗静电效果,而且即使用摩擦或水洗除去表面上的抗静电剂,也能较迅速恢复其抗静电效果。

默尼—抗静电剂(以下抗静电剂均为光学透明、耐高温、对湿度不敏感)

水溶性抗静电剂:

双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI

http://www.ilschem.cn/day_new/shownews.php?lang=cn&id=464

疏水性抗静电剂:

AI4300-3T抗静电剂

http://www.ilschem.cn/day_new/shownews.php?lang=cn&id=484

三丁基甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐(TBMA-TFSI)

http://www.ilschem.cn/day_new/shownews.php?lang=cn&id=485

 

 

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