塑料抗静电剂复配技术
塑料添加剂复配技术及复配产品的研制已为人们所重视 , 近期有关人士认为 , 为应对我国 加入 WTO 后的挑战 , 我国塑料助剂行业应加大研究开发复配型塑料添加剂的力度和 对塑 料抗静电剂现有产品及新品种的开发 , 从复配技术出发其主要思路是由一种起主导作用的 表面活性剂适当加入与起协同作用的有效助剂形成最终复合产品 , 这种产品的应用效果大 于组成它的各组份的单一效果。 尽管这些助剂互相之间的协同作用理论解释须作更进一步的 探讨及研究 , 但对于塑料抗静电剂从作用机理到实际应用效果都能加深对复配物协同作用 及性能的进一步了解。
(一添加型抗静电剂在塑料内部的扩散作用 1:抗静电剂与塑料的相容性
通常 , 添加型抗静电剂与塑料要有适宜的相容性 , 这样有利于抗静电剂在塑料内部的分散 均匀性及优良的加工性能。 极大多数的抗静电剂采用了工业上特种表面活性剂 , 表面活性剂 由于其特点在塑料内部有一定迁移能力 , 正因为这样 , 影响添加型抗静电剂使用性能的很重 要的因素是它们与塑料的相容性和向表面迁移的速度。 添加型抗静电剂与塑料母体应有适度 的相容性 , 若两者相容性过好 , 这对抗静电剂性能的发挥并不利 , 由于两者间分子引力 , 抗 静电剂在塑料内部向外的迁移的能力较低 , 因此只能加大抗静电剂的用量才能达到一定的 迁移速度 , 从而使抗静电剂在塑料表面达到显示抗静电效果所需要的表面浓度 , 然而塑料 中抗静电剂含量过高 , 使塑料材料的物理机械性能劣化 ; 若两者相容性过差 , 抗静电剂就会 在材料表面完全析出 (喷霜 , 这样会严重影响材料的表面特性 , 抗静电性能也不能持久。因 此 , 在抗静电剂的复配研究中要充分考虑各组份在塑料中所占的添加比例以保证抗静电剂 在塑料中有适宜的相容性。 大量的应用实践表明 , 当抗静电剂与塑料具有相适宜的相容性时 , 就能保证适量的抗静电剂从塑料内部迁移到表面以达到一定的表面浓度 , 显示优良的抗静电 效果 , 而且在使用中经溶剂洗涤或摩擦等除去表面的抗静电剂后又能迅速从内部迁移到表 面上从而恢复其抗静电效果。 这种相容性的平衡可以从抗静电剂与塑料分子极性的适当差异 或溶解度参数的适当差异来定
性判断。 但有时也不能得到预期效果 , 更多的是通过实验来确 定抗静电剂是否有适宜的迁移到塑料表面的速度。
2:塑料的结晶度、密度及空隙率
塑料的结晶度、密度及空隙率等结构性质对抗静电效果有很大影响。有关资料介绍 , 当抗静 电剂加入量及品种相同时 ,LDPE 的表面电阻率 ρs 小于 HDPE 。这是由于 HDPE 材料具有 较高结晶度 , 当用 HDPE 代替 LDPE 时 , 材料的结晶度和密度增加而总空隙率减少 , 不利于抗 静电剂分子向材料表面扩散。而 LDPE 结晶度较低、总空隙率较高 , 抗静电剂分子在材料内 部向外表面扩散的速度就增快 , 因此表面电阻率的降低就比较明显。
3:抗静电剂的添加量
抗静电剂的添加量对抗静电剂效果的发挥有着至关重要的作用 , 研究结果表明 , 抗静电剂 性能与抗静电剂在塑料表面的浓度有关 , 这种表面浓度的高低取决于抗静电剂的用量 , 用 量过低则达不到所要求的抗静电性能。只有当抗静电用量达到一定量时 , 经过分子迁移 , 抗静 电剂在塑料表面形成一定浓度的分子层 , 就会出现十分明显的抗静
电效果。有关实验表明 , 抗静电剂分子在塑料表面的浓度堆积到平均十层以上时才能使最外 层亲水基形成各向同性的、 易于导电和吸湿的连续膜。 添加型抗静电剂在表面浓度的大小完 全依赖于抗静电剂分子向表面扩散的速度。当然 , 影响抗静电剂在塑料内部扩散作用 , 除以 上主要因素以外还有如塑料极性、 抗静电剂的分子结构、 分子量以及与其他添加剂的相互关 系等。 研究添加型抗静电剂在塑料内部的扩散作用以及影响因素 , 对研究开发新型复合抗静 电剂具有极其重要的意义。
(二近期国外复配型抗静电剂的研究进展 1:聚烯烃塑料抗静电剂
聚烯烃塑料用抗静电剂属于量大面广的专用抗静电剂。 国外研究的主要方向是开发耐高温、 低毒或无毒的新品种 , 并以研制复合型抗静电剂为重点。 其中羟乙基化胺与脂肪酸多元醇酯 复合在 PP 、 PE 中具有较明显的抗静电效果。例如 : 以癸酸单甘油酯 0. 2phr , 肉豆寇酸 0. 3phr , 十二烷基二乙醇胺 0. 1phr , 添加于 PE/ PP 共聚物中 , 其表面电阻可达到 5. 0 ×1010Ω[3 ]。另有报道 , 将 A/ B/ C = 50/ 45/ 20(其中 A 为月桂酸二乙醇胺 ,B 为月桂酸单甘 油酯 ,C 为 CaSiO3 作为 PP 用的抗静电剂 , 可使制品表面电阻下降至 7. 0 ×1010Ω[4 ]。选 用这些复合物是由于烷基胺聚氧乙烯加成物虽然有良好的热稳定性和抗静电性 , 但由于与 塑料的相容性差 , 即使使用量很少都会在塑料表面大量析出而出现油粘层表面等缺点 , 为 了减少这类非离子表面活性剂过多地向表面迁移并获得稳定的抗静电性能 , 在配方中添加 脂肪酸单甘油酯以及如 CaSiO3、 TiO2 等无机填料来进行复配用以控制其析出速度 , 提高 抗静电剂的耐久性能及表面亲水性能。此外 , 在实际应用时 , 为了改善塑料抗静电性能和其他 加工性能 , 有时将非离子型抗静电剂与其他化合物混合使用。例如 : 聚氧乙烯烷基胺与有机 磷化合物如 4(α2甲基苄基 苯基亚磷酸盐等混合使用 , 不仅提高了聚烯烃塑料的抗静电效 果 , 并且还避免制品泛黄。
2:聚氯乙烯塑料抗静电剂
在聚氯乙烯树脂中常使用季铵盐类抗静电剂。但这类抗静电剂主要的缺点是耐热性差、与 树脂的相容性较差 , 在使用中往往出现加工性能下降、印刷的敏感性及抗粘性变差。为了解 决这些问题 , 在抗静电剂配方中加入吡啶盐或咪唑啉盐与多元醇 (如山梨糖醇、甘露醇、季 戊四醇 衍生物混合使用 , 不仅可提高抗静电效果 , 而且多元醇化合物还具有防止聚氯乙烯 降解的作用。此外 , 在聚氯乙烯中常用到增塑剂 , 它之所以使抗静电剂增效和改善性能 , 主 要是由于加入增塑剂后会使聚合物材料的玻璃化温度降低 , 在常温下可使聚合物分子链段 的活动性增加 , 从而减缓与聚合物相容性不好的抗静电剂向制品表面扩散。所以 , 添加增塑 剂往往能与阳离子抗静电剂起到协同作用。 例如 :在 20 ℃时 , 将季铵盐与增塑剂 (如邻苯二甲 酸二异辛酯等 同时加入到聚氯乙烯树脂中 , 可使塑料 ρv 从单一季铵盐的 108Ω ·M降到 106Ω ·M。同样 , 在 100phr 聚氯乙烯树脂中 , 添加 0. 5phr (Me 2C 8H 17NCH 2CH
塑料抗静电剂复配技术(精)
