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聚甘油脂肪酸酯系列

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固体抗静电剂

抗抗静电剂说明

抗静电剂是添加在塑料之中或涂敷于模塑制品的表面,以达到减少静电积累目的的一类添加剂。通常根据使用方法的不同,抗静电剂可分为内加型和外涂型两大类,用于塑料的主要是内加型抗静电剂。也可按抗静电剂的性能分为暂时性的和长久性的两大类。

概念

任何物体都带有本身的静电荷,这种电荷可以是负电荷也可以是正电荷,静电荷的聚集使到生活或者工业生产受到影响甚至危害,将聚集的有害电荷导引/消除使其不对生产/生活造成不便或危害的化学品称为抗静电剂。

结构特征:

抗静电剂一般都具有表面活性剂的特征,结构上极性基团和非极性基团兼而有之。常用的非极性基团(即亲油基或疏水基)有:烷基、烷芳基、聚甘油酯等,从而形成了纤维工业常用的几种基本类型的ASA,即聚甘油酯,季铵盐,硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。ASA 当涂层用时,疏水基团吸附于材料表面,外层形成一层ASA 的分子层;

当采用共聚方法形成双组分纤维时,外部的ASA 分子层受到破坏,内部的ASA 便可以渗透到材料表面;材料表面有一个平滑的ASA 分子层,表面摩擦系数的降低使静电产生几率减少,但外用ASA 耐洗牢度不好,可考虑用反应性化合物与纤维在高温下形成共价键结合

补充膜层的缺损;因此ASA 与聚合物的相容程度便形成了矛盾的两方面,相容性好会使向外表渗透速度放慢,难以及时补充表层ASA 损失,反之又会使材料过早地丧失抗静电性能。

聚甘油硬脂酸酯属于一种新型抗静电剂。它们广泛地应用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中,其区别在于烷基链的长度和不饱和度的大小。是很有效的抗静电剂,即使是在相对湿度低的情况下亦然,而且长期有效。应用于与食品间接接触的物品中,其他商业上有价值的非离子型抗静电剂及甘油一硬脂酸酯(GMS)。用于在湿度小的环境里使用的聚乙烯和聚丙烯,而且要求有速效长效的抗静电功能的场合。GMS类抗静电剂则只考虑用于加工过程中的静电保护。尽管GMS向聚合物表面迁移的速度快,但它不能像聚甘油硬脂酸酯那样发挥持久的抗静电作用。

可以将高达75%的液体或低熔点的乙氧基化烷基肢和聚合物掺合制成浓缩母料,这些母料是自由流动的小球状产品,易于装运,而其混炼时易于分散。乙氧基化烷基胺母料的优点可归纳如下:

(1)分散性好,添加了预分散活性材料。

(2)装运性好,自由流动的小球状产品,易计量,易混合。

(3)加工性能好,在挤出机中少有螺杆打滑。

工作原理

1、表面活性剂类内混型抗静电剂的作用机理

在高分子材料成型过程中 , 如果其中含有足够浓度的抗静电剂 , 当混合物处于熔融状态时 , 抗静电剂分子就在树脂与空气或树脂与金属 (机械或模具) 的界面形成稠密的取向排列 , 其中亲油基伸向树脂内部 , 亲水基伸向树脂外部。待树脂固化后 , 抗静电剂分子上的亲水基都朝向空气一侧排列 , 形成一个单分子导电层。在加工和使用中 , 经过拉伸、摩擦和洗涤等会导致材料表面抗静电剂分子层的缺损 , 抗静电性能也随之下降。但是不同于外涂敷型抗静电剂 , 经过一段时间之后 , 材料内部的抗静电剂分子又会不断向表面迁移 , 使缺损部位得以恢复 , 重新显示出抗静电效果。由于以上两种类型抗静电剂是通过吸收环境水分 , 降低材料表面电阻率达到抗静电目的 , 所以对环境湿度的依赖性较大。显然 , 环境湿度越高 , 抗静电剂分子的吸水性就越强 , 抗静电性能就越显著。

2、高分子******型抗静电剂的作用机理

高分子******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******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******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。

产品成份、特点]

外观:白色粉状物。 溶解性 :不溶于水。

挥发性:(%)≤3。 熔点:54℃

分解温度:300

[产品用途]

本品主要应用于PS、ABS材料,添加量2~3.5%,可使制品表面电阻达到108~10Ω.本品也可应用于PE、PP、PVC、PC、PET等塑料制品,抗静电效果显著、持久.

[使用方法]

根据加工条件、制品形态以及对抗静电效果的要求程度,确定恰当的添加量,一般在制品中添加本品1.5~3%则能达到优良的抗静电效果。本品可直接添加到树脂中加工制品。预先制成抗静电母料,再与空白树脂混合加工制品,则均匀性更好,效果更佳 。

[包装]

本品采用内衬塑料袋,外用钙塑箱包装,每箱净重25公斤 。

使用方法:

抗静电剂的相对更佳选用和添加量取决于聚合物的性质、加工方式、加工条件、其他助剂的种类和多少、相对湿度和聚合物的用途。为了获得足够的抗静电作用所需的时间是不同的,抗静电保护作用的生成速度和持续时间可以通过提高抗静电剂的浓度而增加。但是,过量使用抗静电剂可能导致制品的表面油滑,有损于印刷性能或粘合性能。未经处理的无机填料和颜料,可将防静电剂分子吸附到它们的表面上,从而降低抗静电剂的作用。这种现象可以由增加抗静电剂的用量而得以补偿。

用于聚乙烯时,选用何种乙氧基化烷基胺抗静电剂需考虑它们的物理形态,即膏状、液体、小颗粒或固体。如果乙氧基化牛脂胺因其呈膏状而不能处理,则可用液体的乙氧基化油胺。在高温加工的条件下(180℃以上),可以选用乙氧基化硬脂酞胺。如果需要速效抗静电作用,则可选用乙氧基化月桂酷胺。用于聚丙烯时,要考虑的问题与用于聚乙烯时相仿。无论用于哪种树脂,都须考虑联邦食品与药物管理局的有关各项用途的规定限度。用于苯乙烯系聚合物时,建议选用乙氧基化椰子胺或其某一种适当的母料。

抗静电剂的使用方法有涂布法和共混法两种。涂布法具有见效快、用料省,对抗静电剂的耐热性要求低等优点,但抗静电效果不能持久,经过水洗、摩擦后,抗静电剂涂层会消失。而共混法具有耐洗涤、耐摩擦,抗静电效果持久,使用方法简单等优点。

一、涂布法操作要点

涂布法操作分清洗配液、涂布和干燥四个工序。

(1) 清洗为了得到均一密实的抗静电剂涂膜,涂刷抗静电剂前,须对塑料表面进行清洗,除去表面灰尘、油脂等。可用1%左右的中性洗涤剂溶液清洗。清洗后需要放置在无尘室内晾干。

(2) 配液用乙醇、酯类或水将抗静电剂配成0.2~2%浓度的溶液,溶液的浓度在保证抗静电效果的前提下,尽可能稀一些,因为浓度高的溶液会发粘,容易吸附灰尘。

(3) 涂布根据制品的形状等选择涂布方法,常用的涂布方法有直接法、浸渍法和喷涂法等几种。直接法是用棉布、法兰绒、毛刷和辊筒等工具将抗静电剂液涂布在制品上。它简便有效,使用广。浸渍法是将制品浸入抗静电剂液中,它适用于形状复杂或数量很大的小型制品。喷涂法是用喷枪将抗静电剂液喷涂在制品上,它有速度快,效率高,涂膜均匀等优点。

(4) 干燥涂布后的制品应充分干燥,使涂膜层硬化,在温度30-40℃,湿度60-80%的条件下,大约需要干燥3个小时。干燥后还要在自然环境条件下放置5个小时。

(二)共混法操作要点

共混法是将抗静电剂与树脂混合后再加工成型,制成具有抗静电的制品。常用的抗静电剂有阳离子型和两性离子型。抗静电剂是易吸湿性化台物,含有一定量的水份。在成塑过程中,少量水份的存在就会造成制品质量下降,故抗静电剂在加到树脂前应充分干燥。可在70-80℃的热风下,干燥4个小时。抗静电剂的加入量应根据抗静电剂本身的性能、树脂的种类,加工条件、制品形态以及对抗静电效果的要求程度而定,一般加入量为0.3~3%。薄的制品的加入量比厚制品要少

制备:

一般情况下抗静电剂是在密炼机或挤出机中与颜料和其他助剂一起混配。从技术上讲,纯抗静电剂,如聚甘油硬脂酸酯,还有另外一个优点,那就是在液体注射成型过程中它可以熔融,从而起颜料母料分散剂的作用。抗静电剂母料可以直接加入到结尾的加工设备中去。内用抗静电剂的作用与制品的生产加工条件有很大关系。例如,注射成型制品的抗静电性能取决于模具的温度。通常,模具的温度较低时,抗静电剂迁移较快,从而改善抗静电性能。

评价抗静电剂效果的测试方法有两个:表面电阻(率)法和静电衰变法;这两种方法都在广泛地使用。

根据ASTMD257—78的定义,材料的表面电阻率是电势梯度与材料表面单位宽度上通过的电流之比,它原则上与试样的几何形状有关。将两个电极放置于塑料样品表面的同一侧,并给电极通过直流电;测量通过试样的电流,并计算电阻;然后把表面电阻率的测量结果用欧姆表示出来。

根据联邦测试方法4046的定义,静电衰变是指感应电荷的放电速度。将试样(通常是薄板或薄膜)置于两个电极之间,电极与样品表面的距离为数毫米。一个电极接连于电源,另一个电极连接于电流表和记录器,由一个电极在样品表面上感应的电荷所引起的电场变化由另一个电极测量。抗静电样品将表现出感应电荷的衰变。衰变半衰期(以秒计)便是电荷由其初值衰减一半所需的时间。

另一个广泛应用于工业的标准测试方法是美国军用标准,专用于电子产品的包装。选择哪种合适的方法要看需要进行检测的塑料的用途。

塑料本身的电阻率为1014欧姆,当按表亚所示的添加量加入抗静电剂时,电阻率可能会下降到1013至109欧姆。若欲进一步降低电阻率只能依靠改进导电性能,如使用导电炭黑。发展

抗静电包装技术正在发展,以强调对环境的关切。广泛使用的乙氧基化烷基胺采用可多次利用的散装容器包装。供货商倾向于生产浓缩度更高的抗静电剂,到用户手里以后可根据加工需要进行稀释。这样做的目的是要减少固体废物的处理成本。通过开发高浓度抗静电剂,生产厂商可以一次装运较多的抗静电剂而减少需由用户处理的包装容器的数量。

从技术上来看,很多的研究开发工作依然继续围绕着电子产品的包装市场。乙氧基化月桂酰胺,通常被视为无胺抗静电剂,常用于这一方面。乙氧基化月桂酷胺在吹塑LDPE和LLDPE薄膜方面的用量亦在增长,因为它在低湿度条件下的抗静电效果也较好。这种产品的浓缩物和母料也可以买到。乙氧基化硬脂酞胺(含完全饱和的18一碳烷基链)已经应用于双轴定向聚丙烯薄膜的生产,在这个生产过程中加工温度高,要求抗静电剂具有高度热稳定性

影响因素;

1、分子结构和特征基团性质及添加量 [3] 

抗静电剂的效果首先取决于它作为表面活性剂的基本特性 ―表面活性 。 表面活性与分中亲水基种类 、 憎水基种类 、 分子的形状 、 分子量大小等有关 。 当抗静电剂分子在相界面作定向吸附时,就会降低相界面的自由能及水和塑料之间的临界接触角。这种吸附作用 ,仅与基体的性质有关 , 而且还与表面活性剂的性质有关 。 根据极性相似规则 , 表面活性剂分子的碳氢链部分倾向与高分子链段接触 , 极性基团部分倾向与空气中的水接触 。 高分子材料作为疏水材料 , 抗静电剂在其表面的主要作用就是形成规则的面向空气中的水的亲水吸附层。

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,使得聚合物表面吸附更多的水,离子电离的条件更充分,从而改善抗静电效果。

通过质子置换,也能发生电荷转移。含有羟基或氨基的抗静电剂,可以通过氢键连成链状,在较低的湿度下也能起作用。在干燥的空气环境中,若要求塑料制品成型之后立即发挥抗静电性,采用多元醇单硬脂酸酯抗静电剂非常有效。只有在相对湿度 50 %的环境中贮存一段时间之后,聚丙烯中的羟乙基烷基胺才表现出更佳的抗静电效果, 而且受湿度的影响非常大。 硬脂酸单甘油酯在加入之后立即产生抗静电效果且不受湿度的影响,但是随着贮存时间的延长,其作用效果明显下降。

添加型抗静电剂效果决定于添加剂向塑料制品表面的迁移速率。当塑料制品表面被一层连续的导电层覆盖时,电荷的衰减才达到更佳。

抗静电剂的分子量太高 , 不利于它向高聚物表面迁移 ; 分子量太低 , 耐洗涤性和表面耐摩擦性不佳 。 通常抗静电剂的分子量比高聚物分子量小得多 。 加入低分子量物质可能会使高聚物材料的物理机械性能恶化。为了减少这种不良影响,通常情况下抗静电剂的添加量是很少的,如同表面活性剂“一点就鲜” ,一般为1ppm~1000ppm,也可以稀释后添加。抗静电剂的添加量还视制品用途而异。

CMC (临界胶束浓度)值是表面活性剂表面活性的一种量度。 CMC 值越小,表面活性剂达到表面 ( 界面 ) 吸附的浓度越低 , 或形成胶束所需浓度越低 , 因此抗静电性的起效浓度也越低 。 不同结构的抗静电剂添加量不同 , 并且随制品形式的不同而不同 。 添加量有一个范围 。过低 , 抗静电效果不明显,过高,会影响材料的物理机械性能 。 薄膜 、 片材等薄制品的添加量较少,厚制品的添加量则相对较多。

2、抗静电剂与聚合物的相容性遵循极性相近相容原理。高分子材料都具有长碳链结构,多属非极性树脂,有的具有极性端基 , 增强了极性 。 抗静电剂同时具有憎水基 ( 非极性 ) 和亲水基 ( 极性 ) 。 一般憎水基碳链越长 , 与聚合物的相容性越好 。 亲水基若极性很强 , 则与聚合物的相容性不好;若极性较弱,则亲水吸附性较差。相容性太好,抗静电剂不易迁出 , 达不到抗静电效果 ; 相容性不好 , 迁出太快 , 持效期太短 , 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,通过实验筛选抗静电剂的品种及更好使用量。

3 、其它添加剂的影响

高聚物材料加工时 , 往往要添加一些稳定剂 、 颜料 、 增塑剂 、 润滑剂 、 分散剂或阻燃剂等助剂 。 这些添加剂与抗静电剂的相互作用也会对抗静电效果产生很大影响。例如阴离子型稳定剂会与阳离子型抗静电剂形成复合物,从而降低各自的效果。润滑剂通常能很快迁移到高聚物表面上,抑制了抗静电剂的转移。若润滑剂分子层覆盖在抗静电剂分子层上,会使抗静电剂表面浓度降低,显著影响抗静电效果 ; 有时由于润滑剂的影响 , 也会促进抗静电剂向表面转移。增塑剂会增加大分子链间的距离,使分子运动更为容易 , 提高了高聚物的孔隙率 ,有利于抗静电剂向制品表面迁移发挥抗静电作用。有些增塑剂会降低高聚物的玻璃化温度 ,也可使抗静电剂的效果增大 。 抗静电剂与各种添加剂的影响大小,事先很难预测,大多数是通过实验来选用更合适的抗静电剂和用量。分散剂、稳定剂及颜料等无机添加剂,一般都有较强的吸附能力,使抗静电剂难以迁移到表面上,对抗静电剂的扩散迁移具有反作用,抗静电效果会变差。大多数无机添加剂都是细小的微粒,具有较大的表面积,易吸附抗静电剂,使其不能有效地发挥抗静电作用。颜料微粒则容易富集在抗静电剂周围 , 影响其向外扩散。例如,相同抗静电剂浓度的 ABS 中加入二氧化钛后,抗静电作用降低。不同无机填料的吸附性不同,对抗静电效果发挥的影响也不一样。

此外,高聚物组分中的弹性体也会使抗静电剂的效能变差。例如在聚丙烯与橡胶的复合材料中,发现抗静电剂富集在橡胶组分周围,使其难于迁移到表面。

4、加工过程的影响

聚合物制品的加工方式终会影响制品中高分子链的规整程度 、 结晶度 、 结晶形态及有序化程度。若高聚物在熔融状态下成型后,立即在低于其玻璃化温度的室温下进行冷却 , 抗静电剂就很难扩散到制品表面 , 从而没有足够的抗静电效果 。 若制品在高于玻璃化温度的温度下冷却 , 由于大分子链段运动有助于抗静电剂扩散 , 这样不仅制品能呈现出足够抗静电效果,而且即使用摩擦或水洗除去表面上的抗静电剂,也能较迅速恢复其抗静电效果。

发展前景;

在我国,随着人们环保意识的不断增强,绿色化工已成为今后发展的主要方向。各类低毒、无毒的抗静电剂将越来越受到食品包装业、电子产业的青睐,这类抗静电剂的研究已日益受到关注。

(1)聚甘油硬脂酸酯属于非离子型抗静电剂 由于非离子型抗静电剂热稳定性能好,价格较便宜,使用方便,对皮肤无刺激.是抗静电基材中不可缺少的抗静电剂,具有良好的应用前景。

具有发展前途。

(4)高分子******性抗静电剂 由于高分子******性抗静电剂的耐久性好,所以一般用于对抗静电效果要求严格的塑料制品,如家用电器外壳、汽车外壳、电子仪表零部件、精密机械零部件等。

(5)纳米导电填料纳米材料的特点就是粒子尺寸小,有效表面积大,这些特点使纳米材料具有特殊的表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米材料可改变材料原有的性能。例如,电阻材料Sio2制备成纳米材料后成为导电材料。研究了PVC塑料中添加纳米siO2制备复合材料的关键技术及PVC树脂添加纳米SiO 后提高塑料抗静电性能的机理,结果表明,纳米SiO,不仅提高了PVC材料的延展性,而且使PVC的表面电阻降低了7~8个数量级,使其相对介电常数明显增加,为进一步制备用于静电屏蔽的PVC基纳米复合材料奠定了试验基础。

(6)鞍山创业生物新材料科技有限公司新研发并推出的聚甘油硬脂酸酯******导电和******抗静电母料(非碳黑型)被广泛用于多种高端导电及抗静电制品上,添加量2-4%即可达到表面电阻值10的7-8次方,添加量达5-9%即可达到表面电阻值10的3-4次方,导电或抗静电值******有效,并且边角料可回收使用,不影响导电和抗静电效果。为更高要求标准的导电和抗静电制品提供了更为理想的母料和原粉,从而提升了导电和抗静电的更优标准。


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