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靜電對(duì)塑料制品影響及解決方法

時(shí)間:2005-07-04

關(guān)鍵詞:靜電塑料制品影響解決方法來(lái)源：www.newmaker.com

         當(dāng)兩個(gè)物理狀態(tài)不同的固體相接觸摩擦的時(shí)候，他們各自的表面就會(huì)發(fā)生電荷再分配，重新分離后，每個(gè)固體表面都將帶有比接觸前過(guò)量的正（或負(fù)）電荷，這種現(xiàn)象稱(chēng)靜電。為表征材料導(dǎo)電能力引用電阻率概念，體積電阻率為平行于材料表面上電流方向的電位梯度與表面單位寬度上的電流之比。一般高聚物為高絕緣材料電阻率較高，因此一旦帶上電荷，便很難消除。在日常生活中，當(dāng)人行走在塑料地板上時(shí)，鞋底與地板摩擦?xí)谷梭w帶電，嚴(yán)重的時(shí)候，若人手與門(mén)把手或物體接觸的時(shí)候還可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象使人有電麻感；醫(yī)療手術(shù)上引起電顫事故。電子工業(yè)上，人體帶電容易擊穿電路，引起集成電路破壞；紡織工業(yè)引起纖維聚集等等。

         消除高聚物靜電方法有兩種

       （一）加入導(dǎo)電填料：例如，金屬，碳纖維，碳。此種方法所需填料量多。填料必須達(dá)到一定的百分比的時(shí)候?qū)щ娐什懦霈F(xiàn)突然降低的改變，才達(dá)到抗靜電效果。而加入的量多制品的顏色和質(zhì)量都會(huì)大大受到限制，如碳黑填充PP導(dǎo)電在百分比達(dá)到15%時(shí)導(dǎo)電率才出現(xiàn)顯著變化，此時(shí)材料的顏色已不能適合多種，美觀的要求。金屬填料使材料質(zhì)量大。金屬纖維填料質(zhì)量小但加工時(shí)易折斷，易被氧化，價(jià)格較貴。

       （二）加入抗靜電劑使其表面活化，提高表面導(dǎo)電率：其中1、表面涂附型抗靜電劑，其持久性低，容易因摩擦，洗滌而脫失，只能提供暫時(shí)或短期的抗靜電效應(yīng)。2、混煉型抗靜電劑，其持久性高，但對(duì)抗靜電劑的要求高。

        抗靜電劑

        塑料表面產(chǎn)生靜電可能引起各種問(wèn)題，如妨礙生產(chǎn)，發(fā)生火花導(dǎo)致爆炸和損壞電子設(shè)備的集成電路。清除靜電的辦法一般是使用表面活性劑，如抗靜電劑來(lái)降低聚合物的表面電阻。由于這樣的助劑具有吸濕性，在聚合物的表面吸收大氣中的水分而形成一層很薄的導(dǎo)電薄膜，從而使靜電迅速消除。在這一過(guò)程中水分起著重要的作用，隨著大氣濕度的提高，聚合物的表面導(dǎo)電能力也提高，使靜電荷迅速流失，產(chǎn)生較好的抗靜電性能。

        根據(jù)用法的不同，表面活性抗靜電劑有兩種，即外用的和內(nèi)用的、外用的、或局部的抗靜電劑是通過(guò)噴撒、擦搽或浸漬而施于聚合物的表面。這種外用抗靜電劑雖然適用于多種聚合物，但它們的效力只是暫時(shí)的，事后與溶劑接觸或與它物磨擦很容易失掉。內(nèi)用抗靜電劑則是在聚合物加工過(guò)程中摻合于其中。這樣的表面活性抗靜電劑能夠補(bǔ)充因搬運(yùn)處理而被磨蝕的抗靜電功能。這種內(nèi)用抗靜電劑的作用有賴(lài)于噴霜。這里噴霜的意思是指加入于樹(shù)脂中的內(nèi)用抗靜電劑部分地向聚合物表面遷移的過(guò)程。因此，內(nèi)用抗靜電劑具有長(zhǎng)期的抗靜電保護(hù)作用。

        表面活性抗靜電劑可分為陽(yáng)離子型的、陰離子型的和非離子型的。

        陽(yáng)離子抗靜電劑通常是些長(zhǎng)鏈的烷基季按、磷或領(lǐng)鹽，以氯化物作平衡離子。它們?cè)跇O性基質(zhì)中，如硬質(zhì)聚氯乙烯和苯乙烯類(lèi)聚合物中效果很好，但對(duì)其熱穩(wěn)定性有不良影響。這類(lèi)抗靜電劑通常不得用于與食物接觸的物品中；而且抗靜電效果僅為乙氧基化胺類(lèi)之類(lèi)內(nèi)用抗靜電劑的1／5到1／10。

        陰離子抗靜電劑通常是些烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的堿金屬鹽，也是主要用于聚氯乙烯和苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂中；它們?cè)诰巯N類(lèi)樹(shù)脂中的應(yīng)用效果與陽(yáng)離子抗靜電劑相似。在陰離子抗靜電劑中，烷基磺酸鈉已廣泛應(yīng)用于苯乙烯系樹(shù)脂、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯中。

       非離子型抗靜劑如乙氧基化脂肪族烷基胺代表著最大的一類(lèi)抗靜電劑。它們廣泛地應(yīng)用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中。現(xiàn)在生產(chǎn)銷(xiāo)售的有好幾種乙氧基化烷基胺，其區(qū)別在于烷基鏈的長(zhǎng)度和不飽和度的大小。乙氧基化烷基胺是很有效的抗靜電劑，即使是在相對(duì)濕度低的情況下亦然，而且長(zhǎng)期有效。這類(lèi)抗靜電劑已獲聯(lián)邦食品醫(yī)藥管理局批準(zhǔn)，應(yīng)用于與食品間接接觸的物品中，其他商業(yè)上有價(jià)值的非離子型抗靜電劑還有乙氧基化烷基酸胺，如乙氧基月桂酷胺，及甘油一硬脂酸酯（GMS）。乙氧基月桂酷胺適用于在濕度小的環(huán)境里使用的聚乙烯和聚丙烯，而且要求有速效長(zhǎng)效的抗靜電功能的場(chǎng)合。GMS類(lèi)抗靜電劑則只考慮用于加工過(guò)程中的靜電保護(hù)。盡管GMS向聚合物表面遷移的速度快，但它不能像乙氧基化烷基胺或乙氧基化烷基酸胺那樣發(fā)揮持久的抗靜電作用。

       可以將高達(dá) 75％的液體或低熔點(diǎn)的乙氧基化烷基肢和聚合物摻合制成濃縮母料，這些母料是自由流動(dòng)的小球狀產(chǎn)品，易于裝運(yùn)，而其混煉時(shí)易于分散。乙氧基化烷基胺母料的優(yōu)點(diǎn)可歸納如下：

       （1）分散性好，添加了預(yù)分散活性材料。

       （2）裝運(yùn)性好，自由流動(dòng)的小球狀產(chǎn)品，易計(jì)量，易混合。

      （3）加工性能好，在擠出機(jī)中少有螺桿打滑。

        抗靜電劑的最佳選用和添加量取決于聚合物的性質(zhì)、加工方式、加工條件、其他助劑的種類(lèi)和多少、相對(duì)濕度和聚合物的最終用途。為了獲得足夠的抗靜電作用所需的時(shí)間是不同的，抗靜電保護(hù)作用的生成速度和持續(xù)時(shí)間可以通過(guò)提高抗靜電劑的濃度而增加。但是，過(guò)量使用抗靜電劑可能導(dǎo)致最終制品的表面油滑，有損于印刷性能或粘合性能。未經(jīng)處理的無(wú)機(jī)填料和顏料，可將防靜電劑分子吸附到它們的表面上，從而降低抗靜電劑的作用。這種現(xiàn)象可以由增加抗靜電劑的用量而得以補(bǔ)償。但是，對(duì)于那些與食物接觸的用品而言，抗靜電劑的添加量必須符合聯(lián)邦食品與藥物管理局的規(guī)定（詳見(jiàn)“聯(lián)邦規(guī)定法典，21（21CFR）”）。（Code of Federal Regulations,Title 21(21CFR））。

        用于聚乙烯時(shí)，選用何種乙氧基化烷基胺抗靜電劑需考慮它們的物理形態(tài)，即膏狀、液體、小顆粒或固體。如果乙氧基化牛脂胺因其呈膏狀而不能處理，則可用液體的乙氧基化油胺。在高溫加工的條件下（180℃以上），可以選用乙氧基化硬脂酞胺。如果需要速效抗靜電作用，則可選用乙氧基化月桂酷胺。用于聚丙烯時(shí)，要考慮的問(wèn)題與用于聚乙烯時(shí)相仿。無(wú)論用于哪種樹(shù)脂，都必須考慮聯(lián)邦食品與藥物管理局的有關(guān)各項(xiàng)用途的規(guī)定限度。用于苯乙烯系聚合物時(shí)，建議選用乙氧基化椰子胺或其某一種適當(dāng)?shù)哪噶稀?

         混配與加工

         一般情況下抗靜電劑是在密煉機(jī)或擠出機(jī)中與顏料和其他助劑一起混配。從技術(shù)上講，純抗靜電劑，如乙氧基化烷基胺，還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是在液體注射成型過(guò)程中它可以熔融，從而起顏料母料分散劑的作用。抗靜電劑母料可以直接加入到最終加工設(shè)備中去。內(nèi)用抗靜電劑的作用與最終制品的生產(chǎn)加工條件有很大關(guān)系。例如，注射成型制品的抗靜電性能取決于模具的溫度。通常，模具的溫度較低時(shí)，抗靜電劑遷移較快，從而改善抗靜電性能。

         評(píng)價(jià)抗靜電劑效果的測(cè)試方法有兩個(gè)：表面電阻（率）法和靜電衰變法；這兩種方法都在廣泛地使用。

         根據(jù) ASTM D257—78的定義，材料的表面電阻率是電勢(shì)梯度與材料表面單位寬度上通過(guò)的電流之比，它原則上與試樣的幾何形狀有關(guān)。將兩個(gè)電極放置于塑料樣品表面的同一側(cè)，并給電極通過(guò)直流電；測(cè)量通過(guò)試樣的電流，并計(jì)算電阻；然后把表面電阻率的測(cè)量結(jié)果用歐姆表示出來(lái)。

        根據(jù)聯(lián)邦測(cè)試方法4046的定義，靜電衰變是指感應(yīng)電荷的放電速度。將試樣（通常是薄板或薄膜）置于兩個(gè)電極之間，電極與樣品表面的距離為數(shù)毫米。一個(gè)電極接連于電源，另一個(gè)電極連接于電流表和記錄器，由一個(gè)電極在樣品表面上感應(yīng)的電荷所引起的電場(chǎng)變化由另一個(gè)電極測(cè)量。抗靜電樣品將表現(xiàn)出感應(yīng)電荷的衰變。衰變半衰期（以秒計(jì)）便是電荷由其最初值衰減一半所需的時(shí)間。

       表1抗怕電劑的典型添加量

聚合物	常用的抗靜電劑	典型添加量，％
聚乙烯（HDPE、LDPE、LLDPE）	乙氧基化烷基胺	0．1—0．3
	乙氧基化月桂酰胺	0．1—0．5
	甘油-硬脂酸酯	1．0—2．0
聚丙烯	乙氧基化烷基胺	0．1—0．3
	乙氧基化月桂酰胺	0．4—0．8
	甘油-硬脂酸酯	1．0—2．0
硬質(zhì)聚氯乙烯	烷基季銨氯化物	1．0—2．0
硬質(zhì)聚氯乙烯	烷基磺酸鈉	1．0—1．5
增塑聚氯乙烯	烷基磺酸鈉	0．5－1．5
增塑聚氯乙烯	甘油-硬脂酸酯	0．5—2．0
聚對(duì)苯二甲酸乙二脂	烷基磺酸鈉	1．0－2．0
聚碳酸酯	烷基磺酸鈉	2．5—3．5
苯乙烯系樹(shù)脂（ABS、PS、HIPS）	乙氧基化烷基胺	1．0—4．0
苯乙烯系樹(shù)脂（ABS、PS、HIPS）	烷基磺酸鈉	1．5—2．5

         另一個(gè)廣泛應(yīng)用于工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法是美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)，專(zhuān)用于電子產(chǎn)品的包裝。選擇哪種合適的方法要看需要進(jìn)行檢測(cè)的塑料的最終用途。

        塑料本身的電阻率為1014歐姆，當(dāng)按表亞所示的添加量加入抗靜電劑時(shí)，電阻率可能會(huì)下降到1013至109歐姆。若欲進(jìn)一步降低電阻率只能依靠改進(jìn)導(dǎo)電性能，如使用導(dǎo)電炭黑。近期發(fā)展

        抗靜電包裝技術(shù)正在發(fā)展，以強(qiáng)調(diào)對(duì)環(huán)境的關(guān)切。廣泛使用的乙氧基化烷基胺現(xiàn)在采用可多次利用的散裝容器包裝。供貨商傾向于生產(chǎn)濃縮度更高的抗靜電劑，到用戶(hù)手里以后可根據(jù)加工需要進(jìn)行稀釋。這樣做的目的是要減少固體廢物的處理成本。通過(guò)開(kāi)發(fā)高濃度抗靜電劑，生產(chǎn)廠(chǎng)商可以一次裝運(yùn)較多的抗靜電劑而減少需由用戶(hù)處理的包裝容器的數(shù)量。

        從技術(shù)上來(lái)看，很多的研究開(kāi)發(fā)工作依然繼續(xù)圍繞著電子產(chǎn)品的包裝市場(chǎng)。乙氧基化月桂酰胺，通常被視為無(wú)胺抗靜電劑，常用于這一方面。乙氧基化月桂酷胺在吹塑LDPE和LLDPE薄膜方面的用量亦在增長(zhǎng)，因?yàn)樗诘蜐穸葪l件下的抗靜電效果也較好。這種產(chǎn)品的濃縮物和母料也可以買(mǎi)到。乙氧基化硬脂酞胺（含完全飽和的18一碳烷基鏈）已經(jīng)應(yīng)用于雙軸定向聚丙烯薄膜的生產(chǎn)，在這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中加工溫度高，要求抗靜電劑具有高度熱穩(wěn)定性。

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