抗静电剂按其作用方式可分为内加型和外涂型。内加型可以直接加入聚合物中成为共混或“内部”抗静电剂;外涂型通过溶液或乳液涂布在塑料表面,成为“外部”抗静电剂。
1.内加型抗静电剂
热塑性塑料的加工主要采用复合型抗静电剂。抗静电剂的不断迁移可使塑料制品保持长期持续的抗静电效果。添加型抗静电剂品种和用量的确定和选择一般凭试验或经验作调整。几类更重要的常用内加型抗静电剂及常用用量见表1。
表1 几种内加型抗静电剂的用量
聚合物 |
主要抗静电剂 |
典型使用浓度 |
LDPE/LLDPE |
乙氧基烷基胺 |
0.05―0.15 |
脂肪酸脂 |
1.00―2.00 |
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LDPE |
乙氧基烷基胺 |
0.10―0.20 |
脂肪酸脂 |
1.00―2.00 |
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PP |
乙氧基烷基胺 |
0.10―0.20 |
脂肪酸脂 |
1.00―2.00 |
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硬PVC |
烷基磺酸盐 |
0.50―2.00 |
增塑PVC |
脂肪酸脂 |
0.50―2.00 |
烷基磺酸盐 |
0.50―1.50 |
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PS |
乙氧基烷基胺 |
0.50―1.00 |
烷基磺酸盐 |
1.50―2.00 |
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脂肪酸脂 |
1.00―2.00 |
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ABS |
乙氧基烷基胺 |
0.50―1.00 |
烷基磺酸盐 |
1.00―2.00 |
塑料加工过程中,抗静电剂必须承受160~300℃的加工温度。在此热历程中,抗静电剂挥发性不能过大,不能和聚合物或其降解产物或其他的添加剂发生副反应。在很多情况下,含氮物质不适用于PVC,因其碱性部分可促进PVC的降解,生成黑色产物。使用磺化烷烃时,正确选择PVC的热稳定剂非常重要。它们之间可能发生反应,例如,铅、钡/镉和磺化烷烃反应变成红色或棕色。
通常在塑料加工过程中,抗静电剂和其他添加剂、颜料一起在混合设备中进行共混。采用预混(如在转鼓式混合器)的方法可以先将添加剂均匀地分散在塑料颗粒中。由于它们部分不相容,具有一定的滑脱效应,给挤出造粒带来困难。少量的增摩填料(如SiO2)的加入对解决这个问题有所帮助。液体抗静电剂也可以通过进料泵直接进入挤出机的熔融段。
为了达到抗静电剂的混合分散效果,需要将少量的相对不相容的添加剂均匀分散在相当多的聚合物中。例如聚乙烯制品,1.5kg的液体脂肪胺要混入1000kg的聚乙烯树脂颗粒中,抗静电剂的这个用量仅能润湿混合体的表面,因此,究竟有多少抗静电剂进入塑料就是个问题。解决这个问题的有效方法是先将抗静电剂分散在与产品相容性更好的基质中,制成与这些聚合物树脂颗粒大小差不多的浓缩母料。对于较难处理的液体抗静电剂,则可以采用特殊的加工方法。
2.外涂型抗静电剂
将外涂型抗静电剂配制成溶液,喷淋、润湿或浸渍塑料制品,然后将其干燥,可使制品快速发挥抗静电性能。此方法的优点是在选择抗静电剂时,既不用考虑热稳定性,也不用考虑与塑料的相容性,因此可选用的抗静电剂品种大大增多了。涂覆型抗静电剂大多是水溶性成分,耐湿性、耐摩性差,需要多次施用。
抗静电剂的近期发展趋势
目前国外抗静电剂发展速度很快,尤其是美国、西欧和日本等发达国家的研究人员都正致力于开发新型抗静电剂。如美国Witco公司、美国菲泽公司、Hoechst公司、KENICH石化公司、日本三洋化成工业公司均相继推出了新的产品。国外抗静电剂的发展趋势是趋向于持久、耐热、适用性广和品种系列化,此外用于计量和操作加工的固体抗静电剂品种也在逐渐增加。
今后国内研究方向主要是集中在开发耐高温、耐久性强、低毒或者无毒的抗静电剂,同时新型多功能母料的开发也十分引人关注。