抗静电剂的影响因素

2025-03-09 13:25:23

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回答（1）：

1、分子结构和特征基团性质及添加量
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最佳的抗静电效果，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，电荷的衰减才达到最佳。
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最佳使用量。
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，目前大多数是通过实验来选用最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最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。

回答（2）：

抗静电剂与其它塑料剂间的相互作用也会影响其抗静电性能的发挥。如抗静电剂与润滑剂的同时加入．抗静电剂与无卤阻燃剂的复合等必须考虑它们之间的相互影晌。此外，塑料的结晶性、抗静电剂的添加量以及许多外界因素，尤其是环境的相对温度，对塑料的抗静电效果均有不同程度的影响。

抗静电剂的作用：为了降低其表面电阻。减少或消除塑料表面的静电荷。因此，塑料抗静电效果受多种因素的影响。

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。因为高分子长效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。

对内部混炼型来说，抗静电剂与塑料之间的相容性直接影响到塑料的抗静电性能。相容性太好，由于分子间引力使抗静电剂分子迁移困难；相容性太差，抗静电剂会很快析出表面，造成渗出过剩，不仅影响制品的外观和加工性，而且抗静电有效期也相应缩短。因此，实际使用时，抗静电剂与塑料要有适度的相容性。

当表面抗静电剂放损耗后，内部抗静电分子又能及时渗出表面，恢复抗静电作用。通常，极性树脂应使用离子型抗静电剂、弱板性或非投性耐脂则要使用低极性化的非离子型抗静电荆。

塑料的玻璃化温度(T)直接影响抗静电分子的迁移速度。对于低于室温的塑料，由于其链接分子运动很剧烈，有利于内部抗静电剂分子的表面迁移，如PE，PP等塑料其抗静电性能比较容易维持而高于室温的一些塑料，如PS、PVC、ABS等．由于其分子链已处于冻结状态，抗静电剂很难迁移到表面。

回答（3）：

分子结构和特征基团性质及添加量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。

回答（4）：

纺织品抗静电性能在部分行业中有着极其特殊的意义，如在众多的微电路生产车间，精密零部件车间以及危化企业等有着严格的要求，纺织品抗静电性能测试仪主要用于测定纺织品抗静电性能，
1、主体纱线材料
纺织品抗静电性能与主体材料的电学性质有关，主体材料的质量比电阻越大，织物的摩擦静电压越大，抗静电性能越差。
抗静电织物主要用于特殊工种的工作服，主体纱线材料一般根据抗静电织物使用环境的要求选择。选用主体原料时应注意：*，在超洁净环境下使用的织物不能产生绒毛，应选用长丝类纤维；第二，在接触酸类的环境下，宜用涤纶为主体原料的织物；第三，在接触碱类的环境中，宜用锦纶为主体原料的织物；第四，在无特殊要求的环境下，可选用涤、棉短纤维为主体的织物。
2、导电纱材料
正交试验的方差分析表明：导电纱材料对抗静电性能影响显著。用于嵌入式抗静电织物的导电纱材料有：金属纤维(如不锈钢、铜、镍、铝等金属纤维，纤维直径通常在4μm～16μm)、碳纤维以及导电纤维(在化学纤维表面镀层或在其内部添加导电性物质制成)。
导电纱材料的选择必须以基础织物的物理性能和成品的抗静电性能要求为依据。以导电纤维为例，导电纤维的主要技术指标包括基体材质、导电物质种类、含量、结构形式、色泽、电阻率和细度等。导电纤维的基体材质理论上应与基础织物所用的纤维材质相一致为好，导电物质的种类、含量和结构形式决定了导电纤维的颜色和电阻率，故应根据产品的抗静电性能和外观色泽要求合理选用。
3、织物组织与紧度
织物组织与紧度对织物抗静电性能的影响虽然不及主体纱线材料和导电纱材料显著，但会影响织物中导电纱含量。一般导电纱含量多，织物的抗静电性能较好。织物组织还影响导电纱在织物表面的显露程度，对正交试验结果进行极值分析表明：平纹组织(7402.0)<三上一下斜纹组织(7994.7)<二上二下斜纹(8097.3)。虽然差距不大，但在同等织物规格和工艺的前提下，导电纱显露在易摩擦起静电的一面对改善织物的抗静电性能还是有益的。
抗静电织物大多作为劳保工装面料，要求织物坚固耐用、手感厚实、挺括而富有弹性，还要求有适宜的刚度和较高的耐磨性能府绸、斜卡。织物就具有以上特点。织物组织可选择平纹、三上一下斜纹、二上一下斜纹、二上二下斜纹等。在设计织物规格参数时主要考虑经纬向紧度和经纬纱线密度。
4、导电纱的分布
不锈钢长丝在织物中的分布状态与抗静电性能本次采用不锈钢长丝和碳黑型导电纱作为导电纱材料安排试验。测试结果表明：碳黑型导电纱织物的摩擦静电压明显低于不锈钢长丝织物。经进一步测试两种导电材料的电阻，发现不锈钢长丝的电阻为360Ψ/m，碳黑型导电纱的电阻为8800Ψ/m。然而根据经验常识，应该是不锈钢长丝织物摩擦静电压低于碳黑型导电纱织物。实测结果与经验常识之间出现矛盾。为进一步探明原委，以涤纶网络丝为主体纱线，两种导电纱纬向间隔2mm，复织两组试样测试。经测试，碳黑型抗静电织物的摩擦静电压为1094V，小于不锈钢长丝织物的摩擦静电压5134V，依然是碳黑型导电纱织物的摩擦静电压明显低于不锈钢长丝织物。
仔细分析试样发现：不锈钢长丝完全沉没在织物里，影响了其优良的导电性能的发挥。也许，导电纱在织物表面的分布状况会影响织物的抗静电性能，为了证实这一观点，又将不锈钢长丝与涤纶网络丝并捻后再次试织试样(织物规格同前)。经测试，摩擦静电压结果为476V、472V、526V，低于碳黑型抗静电织物的摩擦静电压1094V。由此表明：不锈钢长丝与涤纶网络丝并捻后交织成织物，使不锈钢长丝有机会显露在织物表面，从而使织物的抗静电性能得到较大程度的改善。
导电纱在织物中的配置方式共有纬向、经向、网状配置3种。为探求导电纱配置与织物抗静电性能的关系，分别以涤棉纱、腈纶纱、涤纶网络丝为主体纱线，采用平纹组织，碳黑型导电纱进行织造，织物总紧度51%，导电纱以5种间距分别呈经向、纬向和网状配置形成抗静电织物试样。对3种织物共45块小样的摩擦静电压进行测试。
(1)导电纱的织入，织物的摩擦静电压降低，抗静电性能得到改善。
(2)织物的摩擦静电压随导电纱间距的减小(即导电纱含量的增加)而下降，抗静电性能增强。
(3)导电纱间距相等时，不同的基础织物摩擦静电压不等，主体材料质量比电阻越小的织物摩擦静电压越低，抗静电性能越好，反之抗静电性能越差。
(4)导电纱网状配置织物的摩擦静电压低于导电纱经向或纬向配置的织物，但其导电纱用量约是经、纬向配置的两倍，而且其织造的复杂程度增加，应根据性价比来选择合适的导电纱配置方式。

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