第十一章抗靜電劑

第十一章抗靜電劑概述

抗靜電劑的作用機(jī)理

各種材料的抗靜電方法及其影響因素

抗靜電劑的類型9.1概述在日常生活中，靜電危害是不可忽視的，涉及到纖維、彈性體、工程結(jié)構(gòu)材料、表面涂布材料等聚合物材料，也涉及到使用這些材料的煤炭、計(jì)算機(jī)、集成電路等領(lǐng)域。靜電荷積累現(xiàn)象，給高分子材料的應(yīng)用帶來很大的危害。輕則附塵沾污，降低制品的表觀性能和使用價值；重則由于靜電、放電、嚴(yán)重干擾儀器、儀表正常運(yùn)行的精確性和靈敏度，甚至?xí)鹉承┛扇嘉矬w的燃燒和爆炸。普通合成材料按照表面電阻率來分，小于或等于105Ω·cm-1的，一般作為可導(dǎo)性材料；表面電阻率在1014Ω·cm-1以上的，一般作為絕緣材料；表面電阻率在105~109Ω·cm-1的材料能充分地逸散靜電荷，而一般表面電阻率在109~1014Ω·cm-1的，可視為抗靜電材料。具有高阻抗的高分子材料，在實(shí)際應(yīng)用中，由于靜電荷積累會產(chǎn)生吸塵放電、加工困難等一系列問題。在紡織纖維加工過程中，因纖維與纖維、纖維與機(jī)器間的摩擦產(chǎn)生了靜電。靜電的存在，在紡絲時會引起絲束發(fā)散，難以卷繞，產(chǎn)生毛絲、斷絲；烘干時出亂絲；切斷時超長倍長纖維增多；在紡紗廠會出現(xiàn)棉卷分層不清，棉網(wǎng)不穩(wěn)定，針織時出現(xiàn)斷頭等問題。由于靜電的干擾，使合成纖維廠和紡織廠的勞動生產(chǎn)率下降，產(chǎn)品質(zhì)量降低。因此，增加其抗靜電性能非常重要。除聚合物材料的靜電積累外，液體燃料因靜電而導(dǎo)致的事故也是很嚴(yán)重的。例如，因沖洗油罐、油輪引起靜電爆炸、火災(zāi)在70年代之前時有發(fā)生；即使用海水沖洗油輪也帶來嚴(yán)重的靜電。1973年11月“GolarPatricia”油船(21.6萬t)的爆炸沉沒，就是靜電帶來的惡果。此外，在汽車、飛機(jī)加油、清洗油濾過程中，也會因靜電導(dǎo)致火災(zāi)，特別在氣候干燥地區(qū)，這個問題更加嚴(yán)重。在工業(yè)上采用抑制靜電荷的產(chǎn)生和促進(jìn)電荷的泄漏來解決材料的帶電問題。有以下幾種方法：①提高材料加工環(huán)境和使用場所的濕度，有利于抑制電荷的產(chǎn)生和促進(jìn)電荷的泄漏；②對聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，引入極性化或離子化基團(tuán)，提高導(dǎo)電性；③在材料加工過程中利用導(dǎo)電裝置或在制品中加入導(dǎo)電性材料；④用氧化劑或采用電暈放電處理制品表面，提高高分子材料表面的導(dǎo)電性；⑤在高分子材料中添加導(dǎo)電性填料，如炭黑、金屬氧化物粉末或金屬粉末；⑥采用導(dǎo)電性高分子材料或?qū)щ娦酝苛线M(jìn)行表面預(yù)處理；⑦添加抗靜電劑，提高高分子材料的極性或吸濕性。

其中濕氣對材料的表面電阻(Rs)和體積電阻(Rv)影響甚大，既便是不能被水潤濕的非極性材料表面，在高濕度下，其表面也容易粘附一層不純的具有導(dǎo)電性的混合物，從而降低表面電阻。

對于聚合物的結(jié)構(gòu)改性，主要是在聚合物分子中引入極性基團(tuán)或離子化基團(tuán)，如聚苯乙烯的磺化，磺酸基的引入能降低聚苯乙烯的固有電阻，也可以利用具有極性基的單體進(jìn)行自聚或共聚來實(shí)現(xiàn)抗靜電的目的。這種對聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性的方法，是抗靜電性的根本方法，但有很大的難度和一定的局限性。

對制品成型后的表面處理方法雖然比較簡單，但常受到制品形狀和大小的限制，比較適用于合成纖維，而在聚合物內(nèi)部摻入抗靜電劑的方法適用于大多數(shù)的塑料和涂料；液體燃料中也是通過添加有機(jī)化合物，提高其導(dǎo)電率，從而抑制靜電產(chǎn)生的。這些添加在樹脂、燃料中或涂附在塑料制品、合成纖維表面的用以防止高分子材料和液體燃料靜電危害的一類化學(xué)添加劑統(tǒng)稱為抗靜電劑。

外用抗靜電劑：采用涂布、噴霧、浸漬等方法使它附在塑料、纖維表面，耐久性較差，所以又叫做暫時性抗靜電劑。

內(nèi)用型抗靜電劑(或混煉型抗靜電劑)：在樹脂加工過程中(或在單體聚合過程中)添加到樹脂組成中的抗靜電劑，因其有較好的耐久性，又稱為永久性抗靜電劑。比較實(shí)用的抗靜電劑在化學(xué)結(jié)構(gòu)上有極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)，如果在分子內(nèi)親水基部分與親油基部分配合適宜的話，則抗靜電劑對高分子材料和液體燃料有良好的相容性。在外部使用時，它們的親油基就容易吸附在高分子材料的表面，結(jié)果在材料的表面上形成一層抗靜電劑的分子層。在內(nèi)部使用時，同樣在材料表面也有一個抗靜電劑分子層，當(dāng)這個分子層受到破壞時，材料內(nèi)部的抗靜電劑又可以滲透到材料的表面上來，這樣，就會減少因摩擦產(chǎn)生的靜電。如果抗靜電劑為非離子型時，則由于親水基的吸濕作用，也可以使塑料或纖維中所含有的微量電解質(zhì)有離子化的場所，從而間接地降低了表面電阻?？傊?，無論哪種情況，都可以使塑料或纖維表面變成導(dǎo)電層，這樣，就會使因摩擦而產(chǎn)生的靜電沿著導(dǎo)電層而迅速逸散，不再聚集生電。

早在1893年Richter就建議在干洗的洗滌汽油中添加鎂皂以減少靜電火災(zāi)。荷蘭殼牌公司的一個大油罐于1954年混油后爆炸，該公司此后就開始研究油品的抗靜電劑，1958年基本研制成功，1962年在加拿大空軍中試用，1964年加拿大將抗靜電劑列入其航空燃料規(guī)格，其后美國及北約各國均允許在航空燃料中加抗靜電劑。1971年前蘇聯(lián)用硝化油與硬脂酸的混合物作為抗靜電劑。80年代末，前蘇聯(lián)對油酸鎂，環(huán)烷酸鉻和烷基水楊酸鉻的抗靜電性進(jìn)行了研究，用1.2ppm二油酸鉻丁二酮二茂鐵消除汽油靜電的試驗(yàn)。目前在塑料和纖維工業(yè)中使用的抗靜電劑主要有五種基本類型：胺的衍生物，季銨鹽，磷酸酯，硫酸酯以及聚乙二醇的衍生物，總計(jì)約有100個品種。此外，導(dǎo)電性能良好的炭黑、金屬粉末、金屬鹽、金屬氧化物等偶爾也作為塑料和紡織品的抗靜電劑使用。美國是抗靜電劑消費(fèi)最多的國家，1990年達(dá)6200t；我國在1981年以后陸續(xù)公布和完善了各種防靜電法規(guī)，如規(guī)定了塑料制品使用的最高電阻值。因此，促進(jìn)了抗靜電劑的發(fā)展。今后隨著石油化工的發(fā)展和高分子材料應(yīng)用的日益廣泛，入們對抗靜電劑的研究和生產(chǎn)必將更加重視，抗靜電劑在塑料、紡織、電影膠片、石油加工等工業(yè)中的地位也將更加重要。靜電的產(chǎn)生：當(dāng)兩種不同物質(zhì)互相摩擦?xí)r，在兩種物質(zhì)之間會發(fā)生電子移動，電子由一種物質(zhì)表面轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)的表面，于是前者失去電子而帶陽電，后者得到電子而帶陰電，這樣，就產(chǎn)生了靜電。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一些物質(zhì)可以排成下列順序：(陽電)玻璃－毛發(fā)－羊毛－尼龍－蠶絲－木棉－粘膠纖維－紙－麻－硬質(zhì)橡膠－合成橡膠－聚酯酸乙烯酯－聚酯－聚丙烯腈纖維－聚氯乙烯－聚乙烯－聚四氟乙烯(陰電)。在上述排列中，任何兩種物質(zhì)進(jìn)行摩擦?xí)r，總是排在前面的物質(zhì)表面帶陽電，排在后面的物質(zhì)表面帶陰電。大多數(shù)高分子材料都具有絕緣性，它們不導(dǎo)電，所以，當(dāng)它們得到靜電后就不易消失，這樣，就容易產(chǎn)生下列問題。

(1)由于靜電的吸力和斥力作用而產(chǎn)生的問題例如，在塑料薄膜加工時，由于產(chǎn)生靜電吸力，使得薄膜粘在機(jī)械上，不易脫離。又如，塑料制品由于靜電吸力的關(guān)系，使它們吸塵而失去透明；電影膠片生產(chǎn)過程中由于靜電而影響電影的清晰和唱片的音質(zhì)。(2)觸電在一般情況下，靜電不致于對人身造成直接的傷害，但也會發(fā)生觸電現(xiàn)象。例如，在電影膠片的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的靜電壓，有時會高達(dá)幾千伏，使人很易觸電，一般產(chǎn)生觸電的靜電壓為8000V。(3)放電靜電放電自身的能量雖然很小，但危害卻不少。當(dāng)產(chǎn)生的靜電壓大于500V時，則能發(fā)生火花放電，如果這時環(huán)境中有易燃物質(zhì)存在的話，則往往會導(dǎo)致重大的火災(zāi)和爆炸事故，如一些礦井爆炸起火事故，就是因塑料制品產(chǎn)生靜電火花所致。靜電的產(chǎn)生，不僅給人們生活帶來諸多不適，而且對工業(yè)生產(chǎn)的危害極大，因此必須注意克服。通?？朔o電危害的方法有兩個：一是靠機(jī)械裝置的傳導(dǎo)；二是通過靜電劑的作用來消除。實(shí)際上，尤以應(yīng)用抗靜電劑的方法更為普遍?？轨o電劑的品種很多，可以按化學(xué)結(jié)構(gòu)和使用方法進(jìn)行分類。抗靜電劑中既有極性基團(tuán)又有非極性基團(tuán)。常用的極性基團(tuán)有：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的陰離子，胺鹽、季銨鹽的陽離子，以及-OH、-O-等。常用的非極性基團(tuán)有：烷基、烷芳基等?？轨o電劑的結(jié)構(gòu)分類主要依據(jù)其極性基，一般分為陰離子型，陽離子型，非離子型和兩性離子型四類；此外還有高分子型和復(fù)配型抗靜電劑。按使用方法抗靜電劑又可分為：外部涂層用與內(nèi)部添加用兩大類。按抗靜電劑與材料的結(jié)合方式可分為：反應(yīng)型和混入型兩大類。按抗靜電劑的用途可分為：塑料加工用，纖維加工用，涂料用和油品用抗靜電劑等。9.2抗靜電劑的作用機(jī)理1.靜電的產(chǎn)生與積累不同物質(zhì)的分子，原子以及對電子的吸引作用各不相同，兩種不同物質(zhì)的表面互相接觸，瞬間就能產(chǎn)生電荷，很小的靜電荷，就足以形成極高的靜電壓。偶電層理論認(rèn)為，處于平衡狀態(tài)的原子中的正負(fù)電荷，由于在接觸摩擦中接受了表面能量而形成偶電層，脫離摩擦后，失去電子的一方帶正電，獲得電子的一方則帶負(fù)電荷，但正負(fù)帶電量是相同的，這樣就形成了物質(zhì)的摩擦帶電序列。如下表。排在上面的物質(zhì)帶正電，排在下面的物質(zhì)帶負(fù)電，在同序列中兩種物質(zhì)互相摩擦，其所處間距越遠(yuǎn)，摩擦帶電量就越大，電壓也越高。

聚合物材料和烷烴結(jié)構(gòu)的油品則由于分子中不含或極少含有極性基團(tuán)或離子化基團(tuán)而成為良好的絕緣材料，它一旦帶上靜電荷則很難消除。靜電荷的積累既可發(fā)生在固/固界面上，也能發(fā)生在固/氣、固/液相界面上。(1)纖維的靜電現(xiàn)象羊毛、尼龍、人造毛等具有酰胺鍵的纖維是傾向于帶正電，而聚酯，聚丙烯腈等傾向于帶負(fù)電。這種纖維摩擦?xí)r的帶電，是電荷在被摩擦的纖維之間移動而產(chǎn)生的。若金屬和纖維進(jìn)行摩擦，根據(jù)纖維種類不同，電子可從金屬到纖維或從纖維到金屬發(fā)生移動而使纖維帶電。(2)其他高分子材料的靜電現(xiàn)象高分子材料的帶電主要是由于高分子材料的高表面電阻，致使所產(chǎn)生的靜電荷一時很難泄漏，積累的靜電荷越來越多而造成的，有些材料的摩擦帶電壓甚至高達(dá)幾千伏，根據(jù)聚合物結(jié)構(gòu)不同，所帶靜電積累程度也不同。涂料中使用的成膜物質(zhì)如乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯、聚氨基甲酸酯等，在特定的應(yīng)用場合，需要進(jìn)行抗靜電處理。(3)液體燃料的起電石油產(chǎn)品在煉制和輸送過程中會帶進(jìn)雜質(zhì)如有機(jī)金屬鹽、氧化產(chǎn)物、瀝青等，其濃度只要達(dá)到10-9g/L，就可以嚴(yán)重起電。油品在輸送時混有水或氣體，將使起電程度增大50倍。所以油品中含有水或水溶液經(jīng)過泵送，或是油中的液滴沉降時，均能造成相當(dāng)?shù)撵o電起電，甚至造成火花。一般烴在空氣中的體積濃度處于0.7%~8%范圍內(nèi)都是可燃的，而且在加油運(yùn)輸，起降過程中由于油成霧狀分散，或貯存容器內(nèi)溫度劇烈變化，可燃物的爆炸濃度均可以大大加寬。在可燃的爆炸混合物中，火源或靜電放電的能量超過0.25mJ，就能引燃這些混合物爆炸。這種0.25mJ的點(diǎn)火能是極小的能量，不過是1g水加熱6×10-3℃所需的熱量而己。2．靜電的逸散(1)電荷的表面?zhèn)鲗?dǎo)在物質(zhì)摩擦過程中電荷不斷產(chǎn)生，同時也不斷中和，電荷泄漏中和時主要通過摩擦物自身的體積傳導(dǎo)、表面?zhèn)鲗?dǎo)以及向空氣中輻射等三個途徑，其中表面?zhèn)鲗?dǎo)是主要的。水是高介電常數(shù)的液體，純水的介電常數(shù)為81.5，與干燥的塑料和紡織品相比具有很高的導(dǎo)電性，而且隨著其中所溶解的離子的存在，導(dǎo)電性還將進(jìn)一步增加。因此如果在高分子材料表面附著一層薄薄的連續(xù)相的水就能起到泄漏電荷的作用。抗靜電劑的親油基吸附在材料表面，而親水基排列在材料－空氣界面，而形成一個單分子導(dǎo)電層。當(dāng)抗靜電劑為離子型化合物時，本身便具有離子導(dǎo)電作用。非離子型抗靜電劑雖然不能直接影響導(dǎo)電性，但吸濕的結(jié)果，除利用了水的導(dǎo)電性外，還使得纖維中所含的微量電解質(zhì)有了離子化的場所，從而間接地降低了表面電阻，加速了電荷的泄漏。(2)電荷的體積傳導(dǎo)一些導(dǎo)電化合物，如金屬粉末、導(dǎo)電纖維、炭黑等，以微粒狀分散在聚合物材料中，可有效調(diào)節(jié)制品的抗靜電性能。其作用機(jī)理是在電壓作用下，間距小于1nm的導(dǎo)電粒子間形成導(dǎo)電通路，而在聚合物隔開的導(dǎo)電粒子之間，電子軌道躍遷也會產(chǎn)生導(dǎo)電作用。3．抗靜電劑的作用機(jī)理(1)外用抗靜電劑的作用機(jī)理外部抗靜電劑一般以水、醇或其他有機(jī)溶劑作為溶劑或分散劑使用。當(dāng)用抗靜電劑溶液浸漬高聚物材料時，抗靜電劑的親油部分牢固地附著在材料表面，而親水部分則從空氣中吸收水分，從而在材料表面形成薄薄的導(dǎo)電層，起到消除靜電的作用。由于一般外用抗靜電劑的效果不持久，在使用和貯存過程中抗靜電性能會逐漸降低和消失，所以應(yīng)設(shè)法采用單體分子中帶有乙烯基等反應(yīng)性基團(tuán)的高分子電解質(zhì)和高分子表面活性劑。通常可將其或以單體、或以預(yù)聚物形式涂布塑料和纖維表面，再加以熱處理，使之聚合而形成附著層，這樣抗靜電效果就可以持久。(2)內(nèi)用抗靜電劑的作用機(jī)理內(nèi)用抗靜電劑是在樹脂加工中與之混和再進(jìn)行成型加工，或直接添加于液體燃料中起作用的。內(nèi)用抗靜電劑在樹脂中的分布是不均勻的，抗靜電劑在樹脂表面形成一層稠密的排列，其親水的極性基向著空氣一側(cè)成為導(dǎo)電層，表面濃度高于內(nèi)部。但當(dāng)在加工、使用中，由于外界的作用可以使樹脂表面的抗靜電劑分子缺損，抗靜電性能隨之下降；潛伏在樹脂內(nèi)部的抗靜電劑會不斷滲出到表面層，向表面遷移，補(bǔ)充缺損的抗靜電劑分子導(dǎo)電層。

抗靜電劑的遷移性與樹脂的相容性有密切關(guān)系：如果抗靜電劑與樹脂的相容性不好，遷移速度大，就容易大量地滲析到表面，既影響制品的外觀，也難以維持持久的抗靜電效果。與樹脂的相容性太好，則不容易滲析到表面，那么，因洗滌或磨損等原因造成的抗靜電劑喪失就很難及時得到補(bǔ)充，也難以及時恢復(fù)抗靜電性能。用于液體燃料中的抗靜電劑則是通過增加燃料的導(dǎo)電率而起到抗靜電作用的。油品導(dǎo)電率愈低，電荷消散的時間愈長。如我國煉廠規(guī)定，在油罐混油之后須靜置30min才能取樣分析，其目的就是盡可能使油品中攜帶的電荷漏泄到較低水平，以確保安全。適用于液體燃料的抗靜電劑可使油品導(dǎo)電率提高104~107倍，并順利地導(dǎo)走靜電。9.3各種材料的抗靜電方法及其影響因素1．塑料(1)塑料用抗靜電劑的特點(diǎn)塑料帶靜電所引起的主要障礙首先是在塑料表面吸附塵埃等，極容易污染，盡管可以擦去，但加工的制品卻給人以臟污的感覺，從而降低了商品價值。若塑料薄膜在高速印刷時產(chǎn)生高電位靜電，會使周圍空氣中的氣體離子化，產(chǎn)生火花放電，對燃點(diǎn)低的溶劑易引起燃燒、以至發(fā)生爆炸事故。為了防止這些故障的產(chǎn)生，在實(shí)際生產(chǎn)中常采用活性劑抗靜電法。這種活性劑稱之為塑料用抗靜電劑。塑料用抗靜電劑多為內(nèi)用型或稱混煉型。它們與塑料有適當(dāng)?shù)幕ト苄?，既要能有一定的量滲出到表面，同時又要滲出到一定程度便會自行停止；此外，當(dāng)因水洗使活性劑從表面被洗掉后，還能有一定量的活性劑再從樹脂內(nèi)部滲出到塑料表面。理想的內(nèi)用抗靜電劑須滿足下列基本要求：①耐熱性好，能經(jīng)受樹脂加工過程的高溫；②與樹脂兼容性好，不發(fā)生滲出現(xiàn)象；③不損害樹脂的性能；④混煉容易；⑤能與其他助劑并用；⑥用于薄膜、薄板時不發(fā)生粘著現(xiàn)象；⑦不刺激皮膚、無毒；⑧價廉。外用型或稱表面涂附型抗靜電劑是將塑料表面浸入含抗靜電劑的水溶液，或浸入用適當(dāng)溶劑制成的溶液中，或者將溶液噴在塑料表面上，或者把溶液涂在塑料表面上，使活性劑在塑料表面形成極薄的涂膜。表面涂附加工一般在處理后通過干燥除去溶劑。除去熔劑的方法除了利用室溫自然干燥外，還可根據(jù)需要利用熱風(fēng)連續(xù)干燥等，這種處理方法抗靜電的持久性低。特種樹脂或成形制品等如果不適于用混煉型的抗靜電劑，一般采用表面涂附型的抗靜電劑。一個理想的外用型抗靜電劑的基本要求為：①可溶或可分散在溶劑中；②與樹脂表面結(jié)合牢周、耐磨、耐洗滌；③有良好的抗靜電效果，對環(huán)境的溫度變化的適應(yīng)性強(qiáng)；④不會引起制品顏色的變化；⑤手感好，無刺激，無毒；⑥價廉。近年來，出現(xiàn)的一些新型高分子抗靜電劑，用于塑料表面，具有不易逸散，耐磨和耐洗滌性好等特點(diǎn)，稱之為“永久性”外部抗靜電劑。(2)影響塑料用抗靜電劑效果的因素①抗靜電劑與塑料要有適度的相容性。影響相容性的因素主要有三。i．極性抗靜電劑與塑料極性之間應(yīng)保持適當(dāng)平衡。極性相近者相容；極性差別大的混合困難，還影響塑料表面質(zhì)量及加工性。ii．構(gòu)成高聚物的分子結(jié)構(gòu)在與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)中，首光考慮的是玻璃化溫度(Tg)。在此溫度以下，高聚物分子呈凍結(jié)狀態(tài)，在此溫度以上分子呈微布朗運(yùn)動狀態(tài)，加入其中的抗靜電劑，借助于分子的鏈段運(yùn)動向表面遷移，如在玻璃化溫度較低的塑料聚乙烯，聚丙烯、軟質(zhì)聚氯乙烯中，抗靜電劑容易向表面遷移。

玻璃化溫度高的聚合物(如PS、ABS樹脂、硬質(zhì)PVC、PC、PET等)，室溫時抗靜電劑在這些樹脂中的滲出性不好，在成型加工時，抗靜電劑析出被模具吸附，又從模具表面向制品表面轉(zhuǎn)移，在制品表面形成一個抗靜電劑層。那些與樹脂相容性不好的抗靜電劑，在熱加工時尤其會以這種方式轉(zhuǎn)移到制品表面。玻璃化溫度較高的聚合物表面的抗靜電劑，一旦被水洗而喪失，一般需要進(jìn)行熱處理，加熱到玻璃化溫度以上，使聚合物分子運(yùn)動加劇，促進(jìn)抗靜電劑向表面遷移，才能恢復(fù)其抗靜電效果。iii．結(jié)晶狀態(tài)內(nèi)用型抗靜電劑存在于高聚物的非結(jié)晶部分，借助于分子的鏈段運(yùn)動向表面遷移。因高聚物的結(jié)晶狀態(tài)不同，抗靜電劑的遷移速率也不一樣。②抗靜電劑的表面濃度抗靜電劑在塑料制品的表面分布，必須達(dá)到一定濃度才能顯示抗靜電效果，該濃度稱為臨界濃度。各種抗靜電劑的臨界濃度依其本身組成和使用情況而異。其原因是僅依靠親水基在空氣中的取向所形成的單分子導(dǎo)電層，是不會有顯著抗靜電效果的。只有當(dāng)抗靜電劑分子在表面有10層以上時，才會由于親水基的取向性而產(chǎn)生優(yōu)良的抗靜電效果。

③與其他添加劑之間的關(guān)系和表面處理復(fù)配得當(dāng)與否是抗靜電效果發(fā)揮的關(guān)鍵?？轨o電劑與抗靜電劑、或抗靜電劑與其他添加劑復(fù)配后，可能呈現(xiàn)最佳的協(xié)同效應(yīng)。某些增塑劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑、顏料、填充劑、阻燃劑等會影響抗靜電效果。當(dāng)穩(wěn)定劑是金屬皂類陰離子，抗靜電劑是陽離子時，兩者可能相互抵銷；與潤滑劑并用(特別是與外部潤滑劑作用)，由于潤滑劑優(yōu)先于抗靜電劑遷移到制品表面，所形成的潤滑劑表面膜層影響了抗靜電劑的析出。無機(jī)填料對抗靜電劑的吸附性、尤其是含鹵阻燃劑與抗靜電劑復(fù)合，可能出現(xiàn)反協(xié)同作用等，在進(jìn)行助劑復(fù)配時均應(yīng)注意。另外，對塑料表面進(jìn)行適當(dāng)處理，如使表面部分氧化，可產(chǎn)生某種極性基團(tuán)，它與抗靜電劑相互作用往往有疊加效果，使抗靜電效應(yīng)得到充分發(fā)揮。④環(huán)境濕度以表面活性劑為主體的抗靜電劑，尤以抗靜電性與環(huán)境中空氣濕度密切相關(guān)。濕度大則抗靜電性能好，吸濕后抗靜電劑能產(chǎn)生離子結(jié)構(gòu)，塑料表面的導(dǎo)電性可大大增加。所以，抗靜電劑與具有吸濕性的，能在水中電離的無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、醇類等合用，往往能促進(jìn)抗靜電效果的發(fā)揮。相對濕度(RH)與抗靜電劑作用效果有密切關(guān)系，以非離子型的乙氧基化烷基胺為例，在相對濕度為15%和50%時，表面電阻可相差10~1000倍，如下圖所示?？轨o電制品的加工方法不同時，抗靜電劑的分散狀態(tài)與遷移速度不同，效果也不同。對于不同的樹脂，要想達(dá)到同樣的抗靜電效果，加入抗靜電劑的量不同。防靜電制品的防靜電性能是否符合要求，應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)品特點(diǎn)和使用情況而定。常用的測試方法有測定表面電阻率和體積電阻率；測定試樣的摩擦起電情況；測定試樣的靜電半衰期等。2．纖維(1)纖維的抗靜電方法為了避免在纖維內(nèi)聚集靜電或?qū)⒗w維內(nèi)所產(chǎn)生的靜電盡快疏散，可以在合成纖維的生產(chǎn)過程中引入某種導(dǎo)電組分，或選用某些親水性單體進(jìn)行接枝聚合的方法來提高其吸濕性，以消除所產(chǎn)生的靜電。另一種方法就是應(yīng)用抗靜電劑對織物進(jìn)行整理。①對纖維進(jìn)行改性的抗靜電方法是針對不同纖維，將聚烷基二醇、聚環(huán)氧烯烴、N-烷基胺與環(huán)氧乙烷加成物等親水性物質(zhì)引入纖維中。②利用抗靜電劑的方法是在纖維的紡織和應(yīng)用過程中普遍采用的方法，使用的抗靜電劑均為外用抗靜電劑。外用抗靜電劑在織物表面上的耐洗牢度不好，易被洗去，若用反應(yīng)性化合物與纖維在高溫下形成共價鍵結(jié)合，可提高抗靜電劑的耐洗牢度。(2)影響抗靜電劑在纖維上應(yīng)用效果的因素①抗靜電劑濃度②纖維的類型因纖維不同，每種抗靜電劑的應(yīng)用效果有所差別，處理合成纖維，往往會有比較理想的降低表面電阻的效果。③抗靜電劑的結(jié)構(gòu)不同種類的活性劑的抗靜電效果是因各自不同的結(jié)構(gòu)而有差別，陽離子活性劑、兩性活性劑效果最好，其次是非離子活性劑、陰離子活性劑。研究纖維的靜電已有許多方法，大致可分為兩類：

一是測定纖維表面電導(dǎo)率；二是測定纖維摩擦產(chǎn)生的電量。這兩類方法，對于長絲、短纖維、布、地毯等各種形態(tài)的纖維都適用。3．涂料在涂料中混入抗靜電劑能夠提高涂料的抗靜電效果。在家電制品及汽車部件的涂裝應(yīng)用中，使涂膜表面具有抗靜電性是十分重要的。另外，電視機(jī)機(jī)殼面板(ABS樹脂或聚碳酸酯)以及燈具(丙烯酸樹脂)都可以采用抗靜電涂料涂覆的辦法，來達(dá)到持續(xù)防污的目的。涂料中使用的抗靜電劑類型及其影響其抗靜電效果的因素與塑料基本相同。

4．液體燃料70年代以前，世界各地因油罐、油輪和加油過程中產(chǎn)生的靜電爆炸，火災(zāi)事故屢有發(fā)生，每次都會造成嚴(yán)重?fù)p失。為此，促使人們采取各種措施加以預(yù)防，主要方法有：①空氣增濕；②用放射源照射發(fā)生靜電的物體而使空氣電離后導(dǎo)電；③在裝可燃液體的罐內(nèi)充氮或采用浮頂油罐；④在管路內(nèi)安裝消電器以中和流動電荷；⑤降低油品流速，含水燃料最大線速不超過lm·s-1，無水燃料最大線速不超過7m·s-1；⑥在可燃液體內(nèi)加入抗靜電劑以導(dǎo)走靜電。在液體燃料貯運(yùn)過程中各個環(huán)節(jié)均可能發(fā)生靜電，故采?、賬⑤的措施只能避免個別環(huán)節(jié)的靜電，唯有加入抗靜電劑才是比較安全的措施。適用于液體燃料中的抗靜電劑為有機(jī)金屬鹽，見下表?？梢?，烷基取代水楊酸鉻具有較好的抗靜電效果。若將兩種以上金屬鹽配合使用可起到增效協(xié)合作用。兩種金屬鹽的選擇原則如下：①一個組分必須是二價或高于二價的金屬鹽，如各種酸的鎂鹽、堿土金屬鹽及其他金屬鹽(Cu、Fe、Mn、Ni、Co、Cr、Th（釷錒系）等)一價金屬除鋰以外均無效果，而有烷酸以取代的烷基水楊酸為最好；②另一組分應(yīng)該是一種電解質(zhì)，能靠本身提供一定的導(dǎo)電率，通常0.1%的苯溶液的導(dǎo)電率至少應(yīng)達(dá)到10000導(dǎo)電單位。9.4抗靜電劑的類型目前廣泛應(yīng)用的抗靜電劑主要分為陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性型、高分子型五類。

1．陽離子型抗靜電劑(1)季銨鹽在陽離子型抗靜電劑中，季銨鹽是最常用的一類。它們的靜電消除效果好，同時具有很大的吸附力，在濃度極稀的情況下，也能充分地發(fā)揮其良好的效果，常用于合成纖維、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇薄膜及塑料制品等的抗靜電劑。缺點(diǎn)是耐熱性不夠好，容易發(fā)生熱分解。(2)脂肪胺、胺鹽及其衍生物脂肪胺和胺鹽及其衍生物，常用于合成纖維油劑的靜電清除劑，錄音材料的抗靜電劑，常見的有伯胺、仲胺和叔胺鹽。(3)咪唑啉鹽咪唑啉類抗靜電劑是帶有一個長鏈烷基的咪唑啉化合物，抗靜電效果好，適用于作塑料和唱片加工用的內(nèi)部抗靜電劑，典型化合物如：2.陰離子型抗靜電劑(1)硫酸酯及其鹽硫酸酯及其鹽通常用于合成纖維油劑的靜電消除劑，典型化合物結(jié)構(gòu)如下：(2)磷酸酯及磷酸酯鹽磷酸酯和磷酸酯鹽用于合成纖維和塑料，靜電消除效果很好。用作纖維抗靜電劑時，它們以憎水基團(tuán)面向纖維，親水基團(tuán)面向大氣，因而具有優(yōu)良的抗靜電性能。主要品種有單烷基磷酸酯鹽和二烷基磷酸酯鹽。(3)烷基水楊酸鹽這類有機(jī)金屬鹽是用相應(yīng)的水楊酸或3,5-二取代水楊酸與三價或四價可溶性金屬鹽及堿性化合物反應(yīng)制得，適合的金屬有Fe、In（銦）、Ga（鎵）、Al、Zr（鋯）和Cr等，但應(yīng)用最為廣泛的是Cr絡(luò)合物。3．非離子型抗靜電劑非離子型抗靜電劑不能像離子型那樣，可以利用本身的離子導(dǎo)電泄漏電荷，所以抗靜電劑使用時需要較大的用量；但它熱穩(wěn)定性好，耐老化，因此被用來作塑料的內(nèi)部抗靜電劑及纖維外用抗靜電劑使用。主要的品種有多元醇，多元醇酯，醇或烷基酚的環(huán)氧乙烷加成物，胺和酸胺的環(huán)氧乙烷加成物等。(1)環(huán)氧乙烷加成物環(huán)氧乙烷加成物用作抗靜電劑，其抗靜電效果與環(huán)氧乙烷加成數(shù)有關(guān)。這類擾靜電劑具有靜電消除效果良好，熱穩(wěn)定性優(yōu)良等特點(diǎn)，適用于塑料和纖維。典型化合物包括：(2)多元醇酯多元醇酯作為抗靜電劑，適用于紡織油劑和塑料加工中，典型化合物結(jié)構(gòu)為：4.兩性型抗靜電劑兩性離子型抗靜電劑主要包括季銨內(nèi)鹽，兩性烷基咪唑啉鹽和烷基氨基酸等。它們在一定條件下既可以起到陽離子型活性劑的作用，又可以起到陰離子型活性劑的作用，在一狹窄的pH值范圍內(nèi)于等電點(diǎn)處會形成內(nèi)鹽。兩性離子型抗靜電劑的最大特點(diǎn)在于它們既能與陰離子型抗靜電劑配伍使用，也能與陽離子型抗靜電劑配伍使用。與陽離子型抗靜電劑一樣，它們對高分子材料有較強(qiáng)的附著力，因而能發(fā)揮優(yōu)良的抗靜電性。在某些場合下其抗靜電效果優(yōu)于陽離子型抗靜電劑。(1)季銨內(nèi)鹽耐熱性良好，除了作塑料內(nèi)部抗靜電劑使用外，與尼龍、腈綸、丙綸、滌綸等相容性良好，能經(jīng)受紡絲時的高溫，抗靜電性能優(yōu)良，是合成纖維內(nèi)部抗靜電劑的主要品種之一。

(2)兩性烷基咪唑啉兩性咪唑啉的抗靜電性優(yōu)良，與多種樹脂相容性良好，是聚丙烯、聚乙烯等優(yōu)良的內(nèi)部抗靜電劑。若將其鈉鹽與二價金屬，如鋇，鈣等的無機(jī)鹽反應(yīng)，可增加與聚合物材料的相容性。相應(yīng)的鈣鹽能經(jīng)受聚丙烯紡絲時的苛刻條件，作為丙綸的內(nèi)部抗靜電劑性能優(yōu)良，效果持久，實(shí)用性很強(qiáng)。(3)烷基氨基酸類作為抗靜電劑使用的烷基氨基酸類主要有三種類型：即烷基氨基乙酸型、烷基氨基丙酸型和烷基氨基二羧酸型。烷基氨基丙酸的金屬鹽或二乙醇胺鹽可作為塑料的外部或內(nèi)部抗靜電劑在照像薄膜的生產(chǎn)中廣泛使用。作為外部抗靜電劑使用時，為了增加其水溶性，多使用堿性介質(zhì)。烷基氨基二羧酸的金屬鹽或二乙醇胺鹽主要作為塑料的內(nèi)部抗靜電劑使用。5．高分子型抗靜電劑耐久性好的外部抗靜電劑則大都是高分子電解質(zhì)或高分子表面活性劑，它們合成中采用一些特殊的單體，既含有活潑乙烯基，又含有一些可提供抗靜電性的基團(tuán)。在聚合或共聚后可用通常的方法進(jìn)行涂布處理，或?qū)误w、齊聚物等先涂布在塑料、合成纖維的表面上，然后經(jīng)熱處理得到具有抗靜電性能的涂層。柔軟劑

柔軟作用機(jī)理和影響柔軟性的因素

表面活性劑類柔軟劑

反應(yīng)性柔軟劑

非表面活性劑類柔軟劑9.5柔軟作用機(jī)理和影響柔軟性的因素一、柔軟作用機(jī)理纖維表面的柔軟程度——摩擦力的大小。靜摩擦系數(shù)——當(dāng)纖維和纖維受力尚能保持靜止?fàn)顟B(tài)接觸時的摩擦系數(shù)。動摩擦系數(shù)——當(dāng)纖維有相對滑動時的摩擦系數(shù)。平滑作用——降低纖維與纖維間的動摩擦系數(shù)。柔軟作用——降低纖維與纖維間的動摩擦系數(shù)同時更多地降低靜摩擦系數(shù)。評價柔軟整理效果的主要因素：靜、動摩擦系數(shù)之差△μ與柔軟平滑性和發(fā)澀的關(guān)系。1.吸附性用表面活性劑作為柔軟劑，其分子應(yīng)具有對纖維的吸附性能。吸附作用是由于異性電荷的化學(xué)親和力和范德華力。因此各種纖維對表面活性劑的吸附方式和吸附量不同：陽離子表面活性劑在羊毛和棉上吸附量較大。在羊毛上的吸附主要是因其表面積大而屬物理吸附；對棉吸附是由于纖維在水中帶陰電荷的化學(xué)親和力；對晴綸纖維來說，屬于化學(xué)吸附。2.化學(xué)反應(yīng)性柔軟劑分子中若含有能與纖維素分子中的羥基產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的環(huán)氧基、羥甲基（-CH2OH）、氨基-NH2、亞氨基-NH、環(huán)氮乙烷基（-N）、甲氧基、乙氧基、烯基等基團(tuán)，能顯著提高其耐洗性能。CH2

CH23.撥水性非離子型、陰離子型、陽離子型，兩性型等表面活性劑都有賦予纖維柔軟的性質(zhì)，表面活性劑的HLB值愈小，即疏水劑和親水基之間的平衡向疏水方向的程度就愈大，則柔軟效果也愈好，且耐久性愈好。除暫時性的柔軟劑外，耐久性的柔軟劑均是不溶于水的，因此絕大多數(shù)的防水劑，同時又是良好的柔軟劑。疏水烷基碳鏈對柔軟效果的影響可認(rèn)為是：C-C單鍵能在保持鍵角109°28′不變的情況下，繞單鍵進(jìn)行內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使長鏈形成無規(guī)則的排列的卷曲狀態(tài)，從而形成了分子長鏈的柔曲性；當(dāng)受到外力作用時，由于長鏈分子的柔曲性，能賦予其延伸、收縮的活動性能。柔軟劑分子分布在纖維表面，起著潤滑作用，降低了纖維間的動、靜摩擦系數(shù)，增加了織物的平滑柔軟性；另外，由于纖維表面分布了一層脂肪長鏈分子，也使織物具有了一定的撥水性。疏水基的烷基呈細(xì)而長的鏈，有利于分子鏈的凝聚收縮，增加了分子的柔曲性，提高了柔軟效果。在具有相同碳鏈的各分子鏈中若含有雙鍵、支鏈，特別是芳基，將增加長鏈分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)的能阻，使摩擦系數(shù)增大，減少了柔軟劑分子的柔曲性。分子鏈中若含有酰胺基，則會使摩擦系數(shù)減小，提高柔軟效果。4.成膜性有些柔軟劑分子本身對纖維缺乏吸附和化學(xué)結(jié)合的性能，但能在纖維表面形成一層透氣的連續(xù)性樹脂薄膜，形成的薄膜具有透明、優(yōu)良的堅(jiān)韌、柔曲、撥水等性能，也可作為織物的柔軟整理劑。屬于此類的柔軟劑是油/水型的含硅系列防水劑、聚乙烯乳液、石蠟及丙烯酸酯共聚物等。二、影響柔軟性的因素⒈疏水基的影響帶有直鏈的脂肪族碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的礦物油和表面活性劑，具有平滑柔軟作用。而帶有支鏈的烴基或帶有苯環(huán)基團(tuán)的則不適于作柔軟平滑劑。C16～C18柔軟性好，例如十六醇（棕櫚酸）、十八醇（硬脂酸、油酸）。⒉親水基的影響柔軟劑的親水基分為：陰離子、非離子、陽離子兩性離子。降低靜摩擦系數(shù)能力順序：聚乙二醇非離子＞陰離子＞多元醇型非離子＞陽離子（包括兩性）＞礦物油。降低動摩擦系數(shù)能力順序：礦物油＞陽離子。復(fù)合：礦物油加聚乙二醇型非離子表面活性劑。兼顧動靜摩擦系數(shù)和表面張力降低。⒊其他柔軟效果——油膜厚度（5～10μm）：與柔軟劑的用量、纖維的細(xì)度（比表面積）有關(guān)。此外，還與織物的緊密程度有關(guān)。9.6表面活性劑類柔軟劑一、陰離子型柔軟劑二、非離子型柔軟劑三、兩性型柔軟劑四、陽離子型柔軟劑一、陰離子型柔軟劑

⒈蓖麻油硫酸化物——土耳其紅油。用于棉織物的整理?？蓡为?dú)使用也可與肥皂合用。但在空氣中易氧化泛黃，并出現(xiàn)發(fā)臭現(xiàn)象。⒉磺化琥珀酸酯陰離子型。用于纖維素纖維的柔軟整理及絲綢精練。⒊脂肪酸硫酸化物高碳脂肪酸硫酸化物兼有肥皂和硫酸化油的性質(zhì)，使織物柔軟、平滑。⒋脂肪醇部分硫酸化物高碳脂肪醇硫酸化物與未反應(yīng)的脂肪醇的混合物。改變二者比例可調(diào)節(jié)柔軟性和對纖維的吸附。⒌脂肪醇磷酸酯多用于抗靜電劑，也可作為腈綸的柔軟劑。⒍其他植物油、動物油的硫酸化物，能使織物產(chǎn)生平滑性。合成洗滌劑如凈洗劑LS、雷米邦A(yù)、胰加漂T等，洗滌后產(chǎn)生一定的柔軟感。二、非離子型柔軟劑