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抗靜電劑是塑料加工過程中用到的一種塑料助劑。采用塑料助劑抗靜電劑(表面活性劑)消除塑料制品的靜電,有外部涂敷法和內部添加法。前者持久性差,多用于臨時性或短期靜電處理,應用范圍窄;內部添加法采用的離子型和非離子型表面活性,因基材樹脂的結構特性不同而分別選用。那么影響抗靜電效果的因素有哪些呢?一、分子結構和特征基團性質及添加量
抗靜電劑的效果首先取決于它作為表面活性劑的基本特性――表面活性。
表面活性與親水基種類、憎水基種類、分子的形狀和分子量大小等有關。
當抗靜電劑分子在相界面作定向吸附時,會降低相界面的自由能及水和塑料之間的臨界接觸角。根據極性相似規(guī)則,表面活性劑分子的碳氫鏈部分傾向與高分子鏈段接觸,極性基團部分傾向與空氣中的水接觸。高分子材料作為疏水材料,抗靜電劑在其表面的主要作用就是形成規(guī)則的面向空氣中的水的親水吸附層。在空氣濕度相同的情況下,親水性好的抗靜電劑會結合更多的水,使得聚合物表面吸附更多的水,離子電離的條件更充分,從而改善抗靜電效果。
抗靜電劑的分子量太高,不利于它向高聚物表面遷移;分子量太低,耐洗滌性和表面耐摩擦性不佳。通??轨o電劑的分子量比高聚物分子量小得多。加入低分子量物質可能會使高聚物材料的物理機械性能惡化。為了減少這種不良影響,抗靜電劑的一般添加量為0.3%~2.0%??轨o電劑的添加量還視制品用途而異。
CMC(臨界膠束濃度)值是表面活性劑表面活性的一種量度。CMC值越小,表面活性劑達到表面(界面)吸附的濃度越低,或形成膠束所需濃度越低,因此抗靜電性的起效濃度也越低。不同結構的抗靜電劑添加量不同,并且隨制品形式的不同而不同。添加量有一個范圍。過低,抗靜電效果不明顯,過高,會影響材料的物理機械性能。薄膜、片材等薄制品的添加量較少,厚制品的添加量則相對較多。
二、其他添加劑的影響
高聚物材料加工時,往往要添加一些穩(wěn)定劑、顏料、增塑劑、潤滑劑、分散劑或阻燃劑等助劑。這些添加劑與抗靜電劑的相互作用也會對抗靜電效果產生很大影響。
陰離子型穩(wěn)定劑會與陽離子型抗靜電劑形成復合物,從而降低各自的效果。潤滑劑通常能很快遷移到高聚物表面上,抑制了抗靜電劑的轉移。
若潤滑劑分子層覆蓋在抗靜電劑分子層上,會使抗靜電劑表面濃度降低,顯著影響抗靜電效果;有時由于潤滑劑的影響,也會促進抗靜電劑向表面轉移。
塑料助劑增塑劑會增加大分子鏈間的距離,使分子運動更為容易,提高了高聚物的孔隙率,有利于抗靜電劑向制品表面遷移發(fā)揮抗靜電作用。有些增塑劑會降低高聚物的玻璃化溫度,也可使抗靜電劑的效果增大。
分散劑、穩(wěn)定劑及顏料等無機添加劑,一般都有較強的吸附能力,使抗靜電劑難以遷移到表面上,對抗靜電劑的擴散遷移具有反作用,抗靜電效果會變差。
大多數無機添加劑都是細小的微粒,具有較大的表面積,易吸附抗靜電劑,使其不能有效地發(fā)揮抗靜電作用。顏料微粒則容易富集在抗靜電劑周圍,影響其向外擴散。例如:相同抗靜電劑濃度的abs中加入二氧化鈦后,抗靜電作用降低。不同無機填料的吸附性不同,對抗靜電效果發(fā)揮的影響也不一樣。
此外,高聚物組分中的彈性體也會使抗靜電劑的效能變差。例如在聚丙烯與橡膠的復合材料中,發(fā)現抗靜電劑富集在橡膠組分周圍,使其難于遷移到表面。
加工過程的影響
聚合物制品的加工方式最終會影響制品中高分子鏈的規(guī)整程度、結晶度、結晶形態(tài)及有序化程度。
若高聚物在熔融狀態(tài)下成型后,立即在低于其玻璃化溫度的室溫下進行冷卻,抗靜電劑就很難擴散到制品表面,從而沒有足夠的抗靜電效果。
若制品在高于玻璃化溫度的溫度下冷卻,由于大分子鏈段運動有助于抗靜電劑擴散,這樣不僅制品能呈現出足夠抗靜電效果,而且即使用摩擦或水洗除去表面上的抗靜電劑,也能較迅速恢復其抗靜電效果。