聚烯烃 PS PVC
抗静电剂及其作用机理
抗静电剂是指添加于塑料内部或
直接涂敷在其制品表面，降低塑 料的表学组成而 言，目前实用的抗静电剂以表面 活性剂和亲水性高分子为主。
抗静电剂及其作用机理
经典理论认为，在两个物体相互磨擦时，
电子离开一个物体的表面而附着在另一 个物体的表面，这样推动电子的物体带， 得到电子的物体带负电。磨擦过程中电 荷在不断产生的同时也不断消失，电荷 的散去一般通过磨擦体自身的体积传导、 表面传导和向空气中三种途径进行。只 有当磨擦体的电阻值过高，电荷来不及 泄漏时才会产生静电蓄积现象。
静电剂的重要类型，其效果优于多 元醇脂肪酸酯，由于胺类结构可能 构成对接触制品的腐蚀，近年来随 着电子包装材料要求的日益苛刻， 其应用市场逐渐萎缩，消费增长速 度已明显低于抗静电剂的平均增长 速率。
多元醇脂肪酸酯类抗静电剂


多元醇脂肪酸酯类化合物是最早使用作混炼型抗静电 剂的类型之一。 常见的品种有甘油酯和山梨醇酐脂肪酸酯，硬脂酸甘 酯(GMS)是应用最为普遍的抗静电剂品种，在聚乙烯 制品中具有优异的成本和效果平衡性，但由于其从内 部向表面迁移时容易形成硬脂酸单甘酯的岛状物而固 定凝聚，一定程度上影响了抗静电性能的发挥。 山嵛酸单甘酯(GMB)的效果大优于GMS，其表面电荷 散去的速度大大高于GMS。脂肪酸酯类抗静电剂不含 胺基基团，不会产生诸如胺类抗静电剂对包装材料腐 蚀和影响稳定体系助剂等现象。
电剂） 添加于聚合物中 特点：不易逸散， 耐磨，耐洗涤
外部抗静电剂的要求



有可溶的溶剂 与树脂表面结合牢靠 不逸散 耐磨檫 耐洗涤 毒性低 价格低 低温低湿下仍有效果
涂敷型抗静电剂
涂敷型抗静电剂经常被配成水、醇
等适当溶剂的溶液，通过浸渍、喷 涂或刷涂等方法处理塑料表面，随 后干燥脱除溶剂得到具有抗静电剂 包覆膜表面的塑料制品。这种方法 多用于PVC加工上，而且涂敷型抗 静电剂多系离子型表面活性剂，尤 其以阳离子型效果最佳。
消除静电的途经
加装导电装置
提高空气湿度
接枝改性聚合物
强氧化剂氧化表面
添加抗静电剂
抗静电的方法

塑料制品的抗静电方法有很多，概括起 来大致包括使用导电装置，制品表面处 理和添加导电生物质等三种类型。综合 评价成本、效能，可加工性等诸多因素 的结果表明，使用抗静电剂不失为当今 抗静电技术领域最为普遍和实用的手段。 为此抗静电剂已成为众多塑料添加剂中 的重要类型。
两性离子型（两性烷基咪唑啉 盐）

1－羧甲基－1－β－羟乙基－2－烷基－咪唑 啉盐氢氧化物
两性离子型
烷基氨基酸盐 （胺基丙酸金属盐）

R-HN-CH2-CH2COOH
二羧酸型金属盐
非离子型抗静电剂

与离子型抗静电剂不同，非离子型抗静电 剂不具有电离性，所以无法通过自身导电 来泄漏电荷，其抗静电效果明显不及离子 型抗静电剂。但是，非离子型抗静电剂热 稳定性优异，一般不对塑料制品制品产生 有害影响，多数产品无毒或低毒，因此构 成了塑料混炼型抗静电剂的主流。据统计， 非离子型抗静电剂约占世界塑料用抗静电 剂市场总量的60%以上。
一些塑料摩檫后的静电电压


UPVC SPVC HDPE LDPE PP
2000～4000V 1000～3000V 1000～2000V 400～800V 2000～4000V
抗静电塑料的划分
1016～1020Ω.cm 抗静电塑料表面电阻 108～1010Ω.cm
一般塑料表面电阻
亲水性高分子聚合物抗静电剂
因此，利用聚合物合金化技术是 保证改性制品具有优异抗静电性、 耐热性、抗冲击性的技术关键。 由于亲水性高分子聚合物与基础 树脂之间以合金形式，均匀而细 微的分散成线状或网状“导电通 道”，故亲水性高分子聚合物属 永久性抗静电剂。
永久性抗静电剂

永久性抗静电剂大致包括如下六种类型： (1) 甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物； (2) 超高分子量聚乙二醇； (3) 环氧氯丙烷/环氧乙烷共聚物； (4) 含季铵盐的甲基丙烯酸酯聚合物； (5) 聚乙二醇共聚类聚酰胺； (6) 聚乙二醇共聚物类聚酯。
抗静电剂的类型
有机抗静电剂 胺的衍生物 季铵盐 磷酸酯 硫酸酯 聚乙二醇的衍生物
无机填料
•碳黑 •金属粉末 •金属氧化物
抗静电的机理
抗静电剂的结构通式：
R-Y-X
R 亲油基（C12以上的烷基） X 亲水基（羟基、羧基、磺酸基、醚键） Y 连接基
抗 静 电 剂 的 官 能 团
抗静电剂Anti-Static Agent
苑会林 北京化工大学 材料科学与工程学院
绪论

塑料的应用
一般说来，塑料制品的绝缘性好，
广泛用于电器、办公机器、仪表仪 器等外壳，电线电缆外套，建筑型 材，装饰材料，农用及包装薄膜， 日用品等。
塑料静电的危害
然而塑料在显示高绝缘性的同时
往往伴有静电的积累，由此产生 吸尘、吹膜加工困难，印刷及涂 装油墨附着不匀，人体触电，仪 表操作故障甚至发生火灾，粉体 爆炸等危害。为此，防静电危害 就成为人们普遍关注的研究课题。
抗静电剂及其作用机理
在塑料中加入碳黑、金属粉末等
导电生物质是提高制品体积传导 的有效措施，能使体积电阻率得 以显著下降，主要适用于电磁屏 蔽和抗静电要求非常高的场合。 同时亦有降低物性、无法着色、 外观不良等种种弊端。
抗静电剂的功能
抗静电剂的功能则是通过表面传导的方式
使蓄积在制品表面的静电荷有效泄漏实现 抗静电目的，它们可以直接涂敷在制品表 面，也可以在塑料盛开时混炼在树脂内， 经过一段时间后迁移到表面，最终形成表 面抗静电剂分子层。
胺缩水甘油醚加合物 N－（3－十二烷氧基－2－羟基丙基）乙醇胺
亲水性高分子聚合物
亲水性高分子聚合物作为抗静电剂使用 是80年代后期抗静电剂领域开发研究的 重大进展。所谓亲水性高分子聚合物是 指分子内含有聚环氧乙烷(PEO)，聚季 铵盐结构等导电性单元的高分子聚合物， 不同于传统的表面活性剂类抗静电剂， 亲水性高分子聚合物与基础树脂是不相 容的，普通方法不可能得到满意的结果。
与二乙醇胺的酰胺化产物，其性能 类似于乙氧基胺类抗静电剂。由于 分子内不含胺基结构，对与配合制 品相接触的产品腐蚀性小，近年来 作为乙氧基胺类抗静电剂的替代品 颇受关注。
阴离子型

二烷基磷酸盐
阴离子型

二烷基磷酸盐
阴离子型

醇或烷基酚的环氧乙 烷加合物的酸性磷酸 酯（盐）
阴离子型

醇或烷基酚的环氧乙烷加合物的酸性磷酸酯（盐）
(6) 不影响制品的机械物理性能，表面性能和耐热性能等。
永久型抗静电剂的缺点
永久型抗静电剂的开发和研究
及工业化的时间不太长，在应 用中还不可避免地存在着一些 缺点。例如，添加量大，成本 高等。
其他
碳黑 无机盐 金属氧化物 CuCl2, MgCl2, NaCl, CaO，MgO

抗静电剂的应用
阳离子型（季铵盐）

硬脂酰胺丙基－β－羟乙基－二甲基硝酸铵
阳离子型（季铵盐）

硬脂酰胺丙基－β－ 羟乙基－二甲基磷酸 二氢铵
阳离子型（季铵盐）

N,N-二烷基吗啉盐 （N－鲸蜡基－N-乙基吗啉硫酸乙酯盐）
两性离子型

季铵内盐 （烷基二甲基胺乙内盐）
两性离子型

季铵内盐 烷基二（聚氧乙烯基）季铵乙内盐氢氧化物
抗静电剂与水份的关系
显然，亲水基团与亲油基团的适
当平衡是保障抗静电剂即效性与 持久性的必要条件。抗静电剂的 吸水性越强，其效果越显著。
抗静电剂
外表型（外部抗 静电剂） 配成0.2~2%的溶 液用涂布、喷雾、 浸泽的方法使之 付着在聚合物的 表面。 特点：耐久性差
添加型（内部抗静
静电产生的必要条件
高绝缘材料
摩檫
抗静电能力的表征－－表面电阻

表面电阻率和体积电阻率是反映塑料制品静 电蓄积程度的重要参数。不同类型的塑料制 品往往显示不同的表面电阻率和体积电阻率。 一般说来，表面电阻率或体积电阻率越大， 导电率越低、塑料制品越容易蓄积静电，静 电危害也越显著。
塑料的表面电阻率
添加型抗静电剂
由于蓄积在树脂内部的抗静电剂分
子随时都有向外部迁移和取向的倾 向，即使在加工、使用中因摩擦、 洗涤等原因致使表面抗静电剂分子 层缺损，随后源源不断的补充，亦 能保证持久的抗静电效果。
添加型抗静电剂
因此，混炼型抗静电剂通常即效性差
而持久性好。与涂敷型抗静电剂相比， 混炼型抗静电剂添加量少，应用方便， 但对树脂、加工温度、制品性能等条 件较为敏感。混炼型抗静电剂以非离 子表面活性剂为主，同时阴离子、阳 离子表面活性剂在一定的制品中也可 以添加。
抗静电剂的功能
抗静电剂的功能

由于抗静电剂是表面活性物质，其分子 由亲水基团和亲油基团两部分组成。出 现在塑料表面上的抗静电剂亲油性基团 植于树脂内部，亲水性基团则在空气一 侧排列，前者使抗静电剂与塑料基体保 持一定的相容性，后者吸附空气中的水 分，形成均匀分布的导电溶液或自身离 子化传导表面电荷，防止静电蓄积而发 挥静电效能。
乙氧基化胺抗静电剂

乙氧基化胺类抗静电剂是混配型抗 静电剂的重要类型，其效果优于多 元醇脂肪酸酯，由于胺类结构可能 构成对接触制品的腐蚀，近年来随 着电子包装材料要求的日益苛刻， 其应用市场逐渐萎缩，消费增长速 度已明显低于抗静电剂的平均增长 速率。
烷醇酰胺类抗静电剂
烷醇酰胺类抗静电剂一般为脂肪酸




聚乙烯的体积电阻率较高达到1016～1020 Ω.cm ，经 常用作绝缘制品，如电线电缆包皮。 聚丙烯 1016～1020 Ω.cm 聚氨酯 1013～1015 Ω.cm 尼龙 1013～1014 Ω.cm 涤纶 1012～1014 Ω.cm 聚氯乙烯1013～1016 Ω.cm 聚乙烯醇107～109 Ω.cm