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塑料助劑分析系列——抗靜電劑
發布日期:[2018/11/9]    共閱[651]次
    

塑料表面產生靜電可能引起各種問題,如妨礙生產,發生火花導致爆炸和損壞電子設備的集成電路。清除靜電的辦法一般是使用表面活性劑,如抗靜電劑來降低聚合物的表面電阻。由于這樣的助劑具有吸濕性,在聚合物的表面吸收大氣中的水分而形成一層很薄的導電薄膜,從而使靜電迅速消除。在這一過程中水分起著重要的作用,隨著大氣濕度的提高,聚合物的表面導電能力也提高,使靜電荷迅速流失,產生較好的抗靜電性能。

    根據用法的不同,表面活性抗靜電劑有兩種,即外用的和內用的、外用的、或局部的抗靜電劑是通過噴撒、擦搽或浸漬而施于聚合物的表面。這種外用抗靜電劑雖然適用于多種聚合物,但它們的效力只是暫時的,事后與溶劑接觸或與它物磨擦很容易失掉。內用抗靜電劑則是在聚合物加工過程中摻合于其中。這樣的表面活性抗靜電劑能夠補充因搬運處理而被磨蝕的抗靜電功能。這種內用抗靜電劑的作用有賴于噴霜。這里噴霜的意思是指加入于樹脂中的內用抗靜電劑部分地向聚合物表面遷移的過程。因此,內用抗靜電劑具有長期的抗靜電保護作用。

    表面活性抗靜電劑可分為陽離子型的、陰離子型的和非離子型的。

    陽離子抗靜電劑通常是些長鏈的烷基季按、磷或領鹽,以氯化物作平衡離子。它們在極性基質中,如硬質聚氯乙烯和苯乙烯類聚合物中效果很好,但對其熱穩定性有不良影響。這類抗靜電劑通常不得用于與食物接觸的物品中;而且抗靜電效果僅為乙氧基化胺類之類內用抗靜電劑的15110

    陰離子抗靜電劑通常是些烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的堿金屬鹽,也是主要用于聚氯乙烯和苯乙烯類樹脂中;它們在聚烯烴類樹脂中的應用效果與陽離子抗靜電劑相似。在陰離子抗靜電劑中,烷基磺酸鈉已廣泛應用于苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯中。

    非離子型抗靜劑如乙氧基化脂肪族烷基胺代表著最大的一類抗靜電劑。它們廣泛地應用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中。現在生產銷售的有好幾種乙氧基化烷基胺,其區別在于烷基鏈的長度和不飽和度的大小。乙氧基化烷基胺是很有效的抗靜電劑,即使是在相對濕度低的情況下亦然,而且長期有效。這類抗靜電劑已獲聯邦食品醫藥管理局批準,應用于與食品間接接觸的物品中,其他商業上有價值的非離子型抗靜電劑還有乙氧基化烷基酸胺,如乙氧基月桂酷胺,及甘油一硬脂酸酯(GMS)。乙氧基月桂酷胺適用于在濕度小的環境里使用的聚乙烯和聚丙烯,而且要求有速效長效的抗靜電功能的場合。GMS類抗靜電劑則只考慮用于加工過程中的靜電保護。盡管GMS向聚合物表面遷移的速度快,但它不能像乙氧基化烷基胺或乙氧基化烷基酸胺那樣發揮持久的抗靜電作用。

    可以將高達 75%的液體或低熔點的乙氧基化烷基肢和聚合物摻合制成濃縮母料,這些母料是自由流動的小球狀產品,易于裝運,而其混煉時易于分散。乙氧基化烷基胺母料的優點可歸納如下:

   1)分散性好,添加了預分散活性材料。

   2)裝運性好,自由流動的小球狀產品,易計量,易混合。

   3)加工性能好,在擠出機中少有螺桿打滑。

    抗靜電劑的最佳選用和添加量取決于聚合物的性質、加工方式、加工條件、其他助劑的種類和多少、相對濕度和聚合物的最終用途。為了獲得足夠的抗靜電作用所需的時間是不同的,抗靜電保護作用的生成速度和持續時間可以通過提高抗靜電劑的濃度而增加。但是,過量使用抗靜電劑可能導致最終制品的表面油滑,有損于印刷性能或粘合性能。未經處理的無機填料和顏料,可將防靜電劑分子吸附到它們的表面上,從而降低抗靜電劑的作用。這種現象可以由增加抗靜電劑的用量而得以補償。但是,對于那些與食物接觸的用品而言,抗靜電劑的添加量必須符合聯邦食品與藥物管理局的規定。

    用于聚乙烯時,選用何種乙氧基化烷基胺抗靜電劑需考慮它們的物理形態,即膏狀、液體、小顆粒或固體。如果乙氧基化牛脂胺因其呈膏狀而不能處理,則可用液體的乙氧基化油胺。在高溫加工的條件下(180℃以上),可以選用乙氧基化硬脂酞胺。如果需要速效抗靜電作用,則可選用乙氧基化月桂酷胺。用于聚丙烯時,要考慮的問題與用于聚乙烯時相仿。無論用于哪種樹脂,都必須考慮聯邦食品與藥物管理局的有關各項用途的規定限度。用于苯乙烯系聚合物時,建議選用乙氧基化椰子胺或其某一種適當的母料。

 

混配與加工

    一般情況下抗靜電劑是在密煉機或擠出機中與顏料和其他助劑一起混配。從技術上講,純抗靜電劑,如乙氧基化烷基胺,還有另外一個優點,那就是在液體注射成型過程中它可以熔融,從而起顏料母料分散劑的作用。抗靜電劑母料可以直接加入到最終加工設備中去。內用抗靜電劑的作用與最終制品的生產加工條件有很大關系。例如,注射成型制品的抗靜電性能取決于模具的溫度。通常,模具的溫度較低時,抗靜電劑遷移較快,從而改善抗靜電性能。

    評價抗靜電劑效果的測試方法有兩個:表面電阻(率)法和靜電衰變法;這兩種方法都在廣泛地使用。

    根據 ASTM D257—78的定義,材料的表面電阻率是電勢梯度與材料表面單位寬度上通過的電流之比,它原則上與試樣的幾何形狀有關。將兩個電極放置于塑料樣品表面的同一側,并給電極通過直流電;測量通過試樣的電流,并計算電阻;然后把表面電阻率的測量結果用歐姆表示出來。

    根據聯邦測試方法4046的定義,靜電衰變是指感應電荷的放電速度。將試樣(通常是薄板或薄膜)置于兩個電極之間,電極與樣品表面的距離為數毫米。一個電極接連于電源,另一個電極連接于電流表和記錄器,由一個電極在樣品表面上感應的電荷所引起的電場變化由另一個電極測量。抗靜電樣品將表現出感應電荷的衰變。衰變半衰期(以秒計)便是電荷由其最初值衰減一半所需的時間。

    另一個廣泛應用于工業的標準測試方法是美國軍用標準,專用于電子產品的包裝。選擇哪種合適的方法要看需要進行檢測的塑料的最終用途。

    塑料本身的電阻率為1014歐姆,當按表亞所示的添加量加入抗靜電劑時,電阻率可能會下降到1013109歐姆。若欲進一步降低電阻率只能依靠改進導電性能,如使用導電炭黑。 近期發展抗靜電包裝技術正在發展,以強調對環境的關切。廣泛使用的乙氧基化烷基胺現在采用可多次利用的散裝容器包裝。供貨商傾向于生產濃縮度更高的抗靜電劑,到用戶手里以后可根據加工需要進行稀釋。這樣做的目的是要減少固體廢物的處理成本。通過開發高濃度抗靜電劑,生產廠商可以一次裝運較多的抗靜電劑而減少需由用戶處理的包裝容器的數量。

    從技術上來看,很多的研究開發工作依然繼續圍繞著電子產品的包裝市場。乙氧基化月桂酰胺,通常被視為無胺抗靜電劑,常用于這一方面。乙氧基化月桂酷胺在吹塑LDPELLDPE薄膜方面的用量亦在增長,因為它在低濕度條件下的抗靜電效果也較好。這種產品的濃縮物和母料也可以買到。乙氧基化硬脂酞胺(含完全飽和的18-碳烷基鏈)已經應用于雙軸定向聚丙烯薄膜的生產,在這個生產過程中加工溫度高,要求抗靜電劑具有高度熱穩定性。


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