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影响抗静电效果的因素
- 2020-06-29-

一、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 。

表面活性与亲水基种类、憎水基种类 分子的形状和分子量大小等有关。

抗静电剂分子定向吸附于相界面时,会降低水与塑料的自由能和临界接触角。根据相似极性的规律,表面活性剂分子的烃链部分倾向于与聚合物段接触,而极性基团部分倾向于与空气中的水接触。抗静电剂作为一种疏水材料,在聚合物表面的主要作用是面向空气中的水形成一层规则的亲水吸附层。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,使聚合物表面吸附更多的水,离子电离条件更充分,从而提高抗静电效果。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。

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。

二、其他添加剂的影响

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。

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。

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。

三、加工过程的影响

聚合物制品的加工方式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。