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抗静电剂的影响因素

May 23, 2022

1、分子结构及特征基团性质及添加量[3]

抗静电剂的效果首先取决于其作为表面活性剂的基本特性——表面活性。表面活性与亲水基团的类型、疏水基团的类型、分子的形状、分子量有关。当抗静电剂分子定向吸附在相界面上时,相界面的自由能以及水与塑料之间的临界接触角都会减小。这种吸附不仅与基质的性质有关,还与表面活性剂的性质有关。根据极性相似规则,表面活性剂分子的烃链部分倾向于与聚合物链段接触,极性基团部分倾向于与空气中的水接触。作为疏水性材料,抗静电剂的主要作用是在高分子材料表面形成面向空气中水的规则的亲水吸附层。

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,使聚合物表面能吸收更多的水,离子电离的条件更充分,从而提高抗静电效果。

电荷转移也可以通过质子置换发生。含有羟基或氨基的抗静电剂可以通过氢键连接成链,也可以在较低的湿度下发挥作用。在干燥的空气环境下,如果要求塑料制品在成型后立即发挥抗静电性能,使用多元醇单硬脂酸酯抗静电剂是非常有效的。聚丙烯中的羟乙基烷基胺只有在50%相对湿度下储存一段时间后才能表现出最佳的抗静电效果,且受湿度影响较大。硬脂酸单甘油酯添加后立即产生抗静电作用,且不受湿度影响,但随着储存时间的延长其效果明显下降。

添加型抗静电剂的效果取决于添加剂向塑料制品表面的迁移速度。当塑料制品的表面覆盖有连续的导电层时,电荷的衰减是最佳的。

抗静电剂的分子量太高,不利于其迁移到聚合物表面;分子量太低,耐洗刷性和表面耐摩擦性不好。通常抗静电剂的分子量远小于聚合物的分子量。低分子量物质的添加可能会劣化高聚物材料的物理和机械性能。为了减少这种不良影响,抗静电剂通常添加量非常小,就像表面活性剂“一点新鲜”一样,一般为1ppm~1000ppm,也可以稀释后添加。抗静电剂的添加量也根据产品的用途而不同。

CMC(临界胶束浓度)值是表面活性剂表面活性的量度。 CMC值越小,表面活性剂到达表面(界面)吸附的浓度越低,或形成胶束所需的浓度越低,因而抗静电性能的有效浓度越低。不同结构的抗静电剂添加量不同,且随产品形态的不同而不同。添加量有一个范围。太低,抗静电效果不明显,太高,会影响材料的物理机械性能。薄膜、片材等薄制品添加量较小,厚制品添加量相对较大。

2、抗静电剂与聚合物的相容性遵循相似极性相容性原则。高分子材料均具有长碳链结构,大部分为非极性树脂,也有部分具有极性端基,增强了极性。抗静电剂具有疏水性(非极性)和亲水性(极性)基团。一般来说,疏水基团的碳链越长,与聚合物的相容性越好。如果亲水基团极性很大,则与聚合物的相容性不好;极性弱则亲水吸附性差。相容性太好,抗静电剂不易移出,达不到抗静电效果;相容性不好,去除速度太快,持续时间太短,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,并通过实验筛选抗静电剂的品种和最佳使用方法。


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