第十七章　抗静电剂

静电产生的原因 两个不同的物体经摩擦、接触等机械作用，电荷就会通过接触界面移动，在一个物体上造成正电荷过剩，而在另一个物体上则是负电荷过剩，并在界面上形成双电荷层。当这两个物体分离后，就会在各个物体上分别产生静电，并在外部形成静电场

静电的危害 在医药上引尘、引菌 医疗手术时引起电颤事故 矿山、石油化工上引起火灾、爆炸 在电子工业中破坏集成电路 在纺织上引起纤维聚集

防止静电的方法 要解决材料带电问题有两种方式 ： 抑制静电荷的产生 促进电荷的泄漏

主要方法： 提高环境湿度 对材料进行结构改性 在材料加工过程中利用导电装置，或在制品中夹带导电性材料形成泄漏通道 使用氧化剂和采用电晕放电处理制品表面 在高分子材料中添加导电性填料 使用抗静电剂 ，这是目前普遍采用的方法

抗静电作用原理 W—能量；—比电阻；ａ—导电带；ｃ—接收体；ｄ—供电体；ｖ—介频带 图17-1　固体的电子结构和导电机理（能带模型）

E—电场强度；s—距离 　塑料带电表面的电荷纵向分布

常见 高分子聚合物带电性 分类 高分子化合物 电阻率/Ω·cm－1 1 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 ABS树脂 聚碳酸酯 1016～1020 1017～1019 1015～1019 1～4.8×1016 2.1×1016 3 聚酰胺 乙基纤维素 聚酯 1013～1014 1012～1014 4 密胺树脂 脲醛树脂 环氧树脂 醋酸纤维素 硝酸纤维素 酚醛树脂 1012～1013 108～1014 1010～1012 1010～1011 109～1012 2 聚偏二氯乙烯 聚氯乙烯 丙烯酸树脂 聚氨基甲酸酯 1014～1016 （软）1014～1016（硬） 1014～1015 1013～1015 5 聚乙烯醇 纤维素 干酪素 107～109 聚硅酮

电荷的传导及抗静电剂作用原理 　抗静电剂分子在聚合物表面吸附示意图 　纤维防静电示意图

抗静电剂 所谓抗静电剂是指涂敷于材料表面或掺和在材料内部，以防止或减轻静电积累的一类化学助剂

抗静电剂的分类 种类 结构 主要成分 适用树脂 阳离子型 季胺盐 <亲油基>单烷基、二烷基 <对离子>卤素、硝酸、有机酸 PVC 阴离子型 磷酸盐 磺酸盐 <亲油基>脂肪酸、聚氧化乙烯附加物 <亲油基>烷基、烷基苯 PS、PE、PP、PVC 非离子型 脂肪酸 多元醇酯   聚氧化乙烯附加物 <多元醇>丙三醇、聚甘油、聚氧化乙烯、山梨糖醇、多元醇 <亲油基>烷基胺、烷基酰胺 <亲水基>聚氧化乙烯 ABS、PE、PP、PVC 两性型 内胺盐 丙胺酸盐 <阳离子基>胺、烷基酰胺 <阳离子基>碳酸、磺酸 PS、ABS 高分子型 聚丙烯酸衍生物 <亲水基>聚氧化乙烯、碳酸、磺酸、季铵 PE、PP

各类抗静电剂的主要特征 阳离子型：抗静电性能优良，但耐热性相对较差，而且对皮肤有害

阴离子型：耐热性和抗静电效果都比较好，但与树脂的相容性较差，并对产品的透明性有一定影响

两性型：既能与阳离子型又能与阴离子型抗静电剂配合使用，抗静电效果类似于阳离子型，但耐热性能不如非离子型

非离子型：相容性和耐热性能良好，对制品的物理性能无不良影响，但用量相对较大

抗静电剂的使用技术 主要有外涂和内加两种方式： 外涂法是将抗静电剂通过刷涂、喷涂或浸涂等方法涂敷于制品表面 内加法是将抗静电剂在配料时加入到材料中去，使其均匀分散在整个聚合物内

高分子型永久抗静电剂 特征：不影响聚合物材料本身的耐热性和力学性能，适用面广，且在基体聚合物中具有较好的分散效果

常用永久性抗静电剂 聚氧化乙烯（PEO）的共聚物 聚乙二醇/甲基丙烯酸共聚物 聚乙二醇体系聚酰胺或聚酯酰胺 环氧乙烷/环氧丙烷共聚物 含季胺盐基团的甲基丙烯酸酯类共聚物

新型高分子抗静电剂 日本旭化成工业公司ABS系与HIPS系永 久性抗静电聚合物 Goodrich公司研制的永久性抗静电母料STAT－RITE C－2300 日本三洋化成工业公司开发的以聚醚为主的特殊嵌段共聚物

抗静电剂的应用 塑料领域　纤维领域

抗静电剂的性能要求 抗静电性高且持久 耐热性好，能经受树脂的高温 不影响材料的物理机械性能 与材料相容性适宜 与其它助剂同时使用时不相抵抗 毒性小 成本低

聚苯乙烯表面的抗静电剂浓度/（mg/cm2） 影响塑料用抗静电剂效果的因素 与塑料的相容性 抗静电剂与塑料要有适度的相容性。抗静电剂的极性、分子结构和结晶状况是影响相容性的主要因素。 抗静电剂的表面浓度 聚苯乙烯表面的抗静电剂浓度/（mg/cm2） Rs/Ω 0.01×10－2 0.08×10－2 0.50×10－2 1.00×10－2 2.00×10－2 8.0×1016 2.6×1012 5.0×1010 4.0×108

环境湿度 1-月桂基聚氧乙烯醚(n=8)；2-月桂酸聚氧乙烯醚(n=12)；3-失水山梨醇聚氧乙烯单月桂酸酯(n=12)； 4-月桂基聚氧乙烯胺(=15);5-月桂基三甲基氯化铵；6-月桂基甜菜碱 图17-11　用结构不同的抗静电剂按织物重量的0.5％吸附于各种 纤维上干燥后在相对湿度40％下放置24h后的表面电阻 图17-5　相对湿度对抗静电效果的影响

表面电阻R0与相对湿度RH的关系（聚烯烃）

抗静电剂在纤维中的应用

抗静电剂按织物重量的0.5％吸附于丙烯腈纤维后，在相对湿度40%下放置24h后在该湿度下测得的表面电阻

用结构不同的抗静电剂按织物重量的0.5％吸附于各种 纤维上干燥后在相对湿度40％下放置24h后的表面电阻 1-月桂基聚氧乙烯醚(n=8)；2-月桂酸聚氧乙烯醚(n=12)；3-失水山梨醇聚氧乙烯单月桂酸酯(n=12)； 4-月桂基聚氧乙烯胺(=15);5-月桂基三甲基氯化铵；6-月桂基甜菜碱 用结构不同的抗静电剂按织物重量的0.5％吸附于各种 纤维上干燥后在相对湿度40％下放置24h后的表面电阻

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 分子式： 分子量：1.5×104～3.0×104 特点：性能优异，耐热性好 用途：熔融纺丝制成纤维制品，或挤压拉伸成片基材料，或制作诸如轴承、齿轮等结构工程材料 工业制法：对苯二甲酸二甲酯和乙二醇经两步酯交换反应进行缩聚而得

PET薄膜材料抗静电研究 目前对PET材料抗静电剂的研究主要集中在聚乙二醇（PEG）的共混与共聚 用脂肪酸与聚乙二醇酯化后可以大大改善与树脂的相容性

脂肪酸磺酸盐作为抗静电剂用于涤纶胶片中具有良好的抗静电效果 美国肯里克石油化学公司开发的一种磺酸盐作为抗静电剂，其抗静电效果突出，耐热性很好，300℃高温下不分解 这类抗静电剂的另一个优点是不起霜，使用量小，约为0.1％