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高分子永久抗静电剂的作用机理

发布者:南通雷尚化工有限公司 发布时间:2018-10-30 15:37:00 点击次数: 关闭

永久抗静电剂的作用机理
高分子永久型抗静电剂是近年来研究开发的一类新型抗静电剂,属亲水性聚合物。当其和高分子基体共混后,一方面由于其分子链的运动能力较强,分子间便于质子移动,通过离子导电来传导和释放产生的静电荷;另一方面,抗静电能力是通过其特殊的分散形态体现的。研究表明,高分子永久型抗静电剂主要是在制品表层呈微细的层状或筋状分布,构成导电性表层,而在中心部分几乎呈球状分布,形成所谓的“芯壳结构”,并以此为通路泄漏静电荷。因为高分子永久型抗静电剂是以降低材料体积电阻率来达到抗静电效果,不完全依赖表面吸水,所以受环境的湿度影响比较小。
这些亲水聚合物可以像导电离子一样在聚合物内部自由迁移,它们最大的优点就是由于具有较大的摩尔质量,因而不能轻易迁移到基体树脂的表面。要获得抗静电效果良好的聚合物,在加工工程中必须采取一些特殊处理,在加工阶段,使高分子抗静电剂在基体树脂中形成网络结构,这样,树脂中聚集的电荷可以通过形成的导电通路得以释放。为了形成这种网络结构,加工时的温度应高于抗静电剂的熔点。[7]从渗透理论可知,渗滤系统的形成主要依靠于填料的长径比。长径比越大渗透效果越差。与传统抗静电剂相比,这些亲水聚合物不仅能释放物体表面的电荷,还能释放物体内部的电荷,因此能同时降低物体的表面电阻和体积电阻。[8]
永久抗静电剂的应用
5.1成型加工条件
PAA的分散形态是由成型加工条件和其它组分的特性决定的。其中,最直接的影响因素是母体聚合物和PAA的熔融粘度差(或粘度比),间接因素是剪切速率和加工温度等。在熔融共混阶段剪切速率比较低,PAA的熔融粘度应大于母体聚合物,但差别不宜大。在多层流的流动过程中,粘度低的组分包覆粘度高的组分,PAA经适度拉伸变形后分散于母体聚合物中。
在注射成型阶段, 制品表面是高剪切速率区域,PAA的熔融粘度应低于母体聚合物。此
时,低粘度组分容易集聚以形成层状分散结构,而且PAA在制品表层的浓度高于中心部分,即存在“表面浓缩”现象。熔融粘度比对PS/PAA(85/15)合金表面电阻率的影响见下图。
 母体聚合物与PAA的相容性比较差,常需采用必要的增容技术提高层状分散结构的稳定性和合金的力学性能。马来酸醉接枝PP可作为反应型增容剂与PEEA的端氨基或端羟基反应,改善相界面的粘附性,它对抗静电性能和冲击强度的影响见上图。利用类似方法改性的HIPS、ABS树脂与PEEA共混后,综合性能均有改善。
5.2改性效果PAA的抗静电能力与自身结构有如下关系:阳离子型>阴离子型>非离子型,PAA的添加量一般为5-20%(重量)。PEO-ECH用量对表面电阻率的影响如下图所示。
抗静电剂的混合使用可提高改性效果。PEEA在ABS树脂中添加12%时,材料的表面电阻可达1012Ω,干燥环境下抗静电能力有所降低。当补加0.5-5%聚(对苯乙烯磺酸钠)时,则达到1010-1011Ω水平,与环境湿度无关。目前开发的抗静电合金多为HIPS、ABS树脂和PMMA等体系。三洋化成工业公司的聚醚型抗静电剂与ABS的合金同未改性ABS树脂的性能对比如下表所示。旭化成工业公司Adion H(HIPS/PEGC-PA)的抗静电性能如下图所示。[9]
6.结语目前,国外永久型抗静电剂的研究已经成为热点,国内的研究还未成熟。未来的研究将向着开发新品种,降低成本,耐热,持久,适用性广泛,对产品性能影响较小,对环境无毒无污染,优化加工工艺等方向发展。[10]  作为新一代抗静电剂,亲水性聚合物可以赋予疏水性聚合物永久性抗静电性能,但又基本上不影响其它性质,这是其它改性剂所不具备的优点。但也存在改性效率较低和价格偏高的缺点,通用性有待提高,目前应用广泛的PEG系列抗静电剂不易制成阻燃产品。[11]根据猜测可以得出阳离子型抗静电剂的综合改性效果可能要比PEG系列好,可能成为研究与开发的重点。不同抗静电剂的混合使用,改性效果更好一些,值得进一步研究。抗静电合金的制备技术具有高度的先进性和复杂性,它将在聚合物相容性理论,界面理论、多相体系的亚微观流变学以及共混模式与动态理论的基础上,进一步发展、完善。


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