抗静电剂和导电剂

1、抗静电剂抗静电剂 与导电剂与导电剂概述概述 大多数合成高分子材料都具有优异的加工性大多数合成高分子材料都具有优异的加工性和电绝缘性，其表面电阻率很高和电绝缘性，其表面电阻率很高( (通常为通常为1010121210103030cm)cm)，因此在使用过程中容易，因此在使用过程中容易积累静电荷。积累静电荷。 静电荷累计到一定程度，会引发一系列危害。静电荷累计到一定程度，会引发一系列危害。 轻则吸附灰尘，造成产品污染；重则引起火轻则吸附灰尘，造成产品污染；重则引起火灾、爆炸等重大事故。灾、爆炸等重大事故。 在涂料工业中，合成高分子材料作为成在涂料工业中，合成高分子材料作为成膜物质用来制备高等涂料。

2、抗静电剂、导电膜物质用来制备高等涂料。抗静电剂、导电剂属于典型的功能性助剂，可改变成膜物质剂属于典型的功能性助剂，可改变成膜物质的电性能。的电性能。 一般，表面电阻率在一般，表面电阻率在1091014cm的的可视为抗静电材料，能使高分子材料具有这可视为抗静电材料，能使高分子材料具有这一性能的添加剂成为抗静电剂。一性能的添加剂成为抗静电剂。 在工业上采用抑制静电荷的产生和促进在工业上采用抑制静电荷的产生和促进电荷的泄来解决材料的带电问题。有以下几电荷的泄来解决材料的带电问题。有以下几种方法：种方法： 提高材料加工环境和使用场所的湿度，提高材料加工环境和使用场所的湿度，有利于抑制电荷的产生和促进电

3、荷的泄漏；有利于抑制电荷的产生和促进电荷的泄漏； 对聚合物进行结构改性，引入极性化对聚合物进行结构改性，引入极性化或离子化基团，提高导电性；或离子化基团，提高导电性； 在材料加工过程中利用导电装置或在在材料加工过程中利用导电装置或在制品中加入导电性材料；制品中加入导电性材料； 用氧化剂或采用电晕放电处理制品用氧化剂或采用电晕放电处理制品表面，提高高分子材料表面的导电性；表面，提高高分子材料表面的导电性； 在高分子材料中添加导电性填料，在高分子材料中添加导电性填料，如炭黑、金属氧化物粉末或金属粉末；如炭黑、金属氧化物粉末或金属粉末； 采用导电性高分子材料或导电性涂采用导电性高分子材料或导电性涂料

4、进行表面预处理；料进行表面预处理； 添加抗静电剂，提高高分子材料的添加抗静电剂，提高高分子材料的极性或吸湿性。极性或吸湿性。抗静电剂抗静电剂 所谓所谓抗静电剂抗静电剂是指涂敷于材料表面或掺和在材料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内部，以防止或减轻静电积累的一类化学助剂. . 外部抗静电剂是把抗静电剂以一定浓度溶于醇或外部抗静电剂是把抗静电剂以一定浓度溶于醇或醇醇- -醇混合溶液中，对塑料等表面进行涂覆或浸渍，醇混合溶液中，对塑料等表面进行涂覆或浸渍，经干燥抗静电剂结合在制品表面，不会影响聚合经干燥抗静电剂结合在制品表面，不会影响聚合物的加工性能和物理机械性

5、能，但会因摩擦、洗物的加工性能和物理机械性能，但会因摩擦、洗涤或向聚合物内部迁移而逐步减少，因此，处理涤或向聚合物内部迁移而逐步减少，因此，处理后抗静电效果难以持久。后抗静电效果难以持久。 内部抗静电剂是在聚合物材料加工前或加工中加内部抗静电剂是在聚合物材料加工前或加工中加入的，其分子分散在聚合物分子之间，表面的抗入的，其分子分散在聚合物分子之间，表面的抗静电剂损失后能及时迁移到制品表面，使其保持静电剂损失后能及时迁移到制品表面，使其保持比较持久的抗静电效果。但是抗静电剂容易向外比较持久的抗静电效果。但是抗静电剂容易向外迁移造成流失，故抗静电性能不能持久迁移造成流失，故抗静电性能不能持久 抗静

6、电剂的分类抗静电剂的分类 种类结构主要成分适 用 树脂阳 离 子型季胺盐单烷基、二烷基卤素、硝酸、有机酸PVC阴 离 子型磷酸盐磺酸盐脂肪酸、聚氧化乙烯附加物烷基、烷基苯PS、PE、P P 、PVC非 离 子型脂肪酸多元醇酯聚氧化乙烯附加物单烷基、二烷基丙三醇、聚甘油、聚氧化乙烯、山梨糖醇、多元醇烷基胺、烷基酰胺聚氧化乙烯A B S 、PE、PP、PVC两性型内胺盐丙胺酸盐胺、烷基酰胺碳酸、磺酸P S 、ABS高 分 子型聚丙烯酸衍生物聚氧化乙烯、碳酸、磺酸、季铵PE、PP 阳离子型阳离子型：阳离子型抗静电剂主要包括胺盐、季阳离子型抗静电剂主要包括胺盐、季铵盐烷基氨基酸盐等。其中季铵盐最为重要

7、铵盐烷基氨基酸盐等。其中季铵盐最为重要, , 抗抗静电性能优良静电性能优良, , 对高分子材料有较强的附着力对高分子材料有较强的附着力, , 广泛用作纤维和塑料的抗静电剂。但是广泛用作纤维和塑料的抗静电剂。但是, , 有些季有些季铵盐化合物热稳定性差铵盐化合物热稳定性差, , 具有一定的毒性和刺激具有一定的毒性和刺激性性, , 并且与某些着色剂和荧光增白剂反应并且与某些着色剂和荧光增白剂反应, , 作为作为内部抗静电剂使用受到限制。内部抗静电剂使用受到限制。各类抗静电剂的主要特各类抗静电剂的主要特征征季铵盐季铵盐是用叔胺与烷基化试剂通过季铵化是用叔胺与烷基化试剂通过季铵化反应来合成的。通常的烷

8、基化试剂有烷基卤化反应来合成的。通常的烷基化试剂有烷基卤化物如物如CHCH3 3ClCl、CHCH3 3BrBr、CHCH2 2= CHCH= CHCH2 2Cl, Cl, 芳香族卤化物如芳香族卤化物如C C6 6H H5 5CHCH2 2ClCl、C C6 6H H5 5Cl Cl 以及硫酸二烷酯等。以及硫酸二烷酯等。随着所使用的叔胺和烷基化试剂的不同随着所使用的叔胺和烷基化试剂的不同, , 作为抗静作为抗静电剂使用的季铵盐品种很多电剂使用的季铵盐品种很多, ,较重要的代表性品种有较重要的代表性品种有以下几类以下几类(1) 烷基叔胺氯化物烷基叔胺氯化物: 代表品种有硬脂酰三甲基氯化铵代表品种

9、有硬脂酰三甲基氯化铵 ( ( 如如Arguad 18)Arguad 18) , , 硬脂酰二甲基戊基氯化铵硬脂酰二甲基戊基氯化铵, , 广泛作为纤维、织物的抗静电剂、柔软剂。广泛作为纤维、织物的抗静电剂、柔软剂。(2) 烷基叔胺硝酸盐烷基叔胺硝酸盐: 代表品种有抗静电剂代表品种有抗静电剂SN, SN, 是带有酰胺结构的阳离子季铵盐抗静电剂是带有酰胺结构的阳离子季铵盐抗静电剂, , 广泛作为塑料的内、外抗静电剂广泛作为塑料的内、外抗静电剂, , 可用于聚可用于聚 氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、ABS ABS 树脂、树脂、 聚乙烯、聚丙烯和聚酯等多种塑料。聚乙烯、聚丙

10、烯和聚酯等多种塑料。 (3) 烷基叔胺硫酸酯盐烷基叔胺硫酸酯盐: 代表性品种有代表性品种有: ( : ( 月桂酰月桂酰胺丙基三胺丙基三 甲基铵甲基铵) ) 硫酸甲酯盐硫酸甲酯盐( ( 美国氰胺公司美国氰胺公司Cyastat LS) Cyastat LS) 、N, N- N, N- 双双( 2- ( 2- 羟乙基羟乙基) - N- ) - N- ( 3( 3 - - 十二烷氧基十二烷氧基- 2- 2 - - 羟基丙基羟基丙基) ) 甲铵硫酸甲甲铵硫酸甲酯盐酯盐( ( 美国氰胺公司美国氰胺公司Cyastat 609) Cyastat 609) 、三羟乙基甲、三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐基季铵硫酸甲酯

11、盐( ( 英国英国Temas Temas 公司抗静电剂公司抗静电剂TM) TM) 、N,N- N,N- 十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐( ( 美国美国Baird Baird 公司公司Barquat CME) Barquat CME) 等等。 (4) 烷基叔胺磷酸盐烷基叔胺磷酸盐: 这类阳离子型抗静电剂有硬这类阳离子型抗静电剂有硬 脂酰胺丙基二甲基脂酰胺丙基二甲基- - - - 羟乙基铵二氢磷酸盐羟乙基铵二氢磷酸盐 ( (美国氰胺公司美国氰胺公司Cyastat SP) Cyastat SP) 。 除了季铵盐之外除了季铵盐之外, , 阳离子型抗静电剂还包括阳离子型抗静电剂还包

12、括烷基胺、环胺、酰氨基胺的盐、咪唑啉盐乙基丙烷基胺、环胺、酰氨基胺的盐、咪唑啉盐乙基丙烯酰胺盐等。广泛的用作纤维的抗静电剂和表面烯酰胺盐等。广泛的用作纤维的抗静电剂和表面处理剂。处理剂。 阴离子型阴离子型：在这类抗静电剂中在这类抗静电剂中, , 分子的活性部分分子的活性部分是阴离子是阴离子, , 其中包括烷基磺酸盐、硫酸盐、磷酸其中包括烷基磺酸盐、硫酸盐、磷酸衍生物、高级脂肪酸盐、羧酸盐及聚合型阴离子衍生物、高级脂肪酸盐、羧酸盐及聚合型阴离子抗静电剂等。其阳离子部分多为碱金属或碱土金抗静电剂等。其阳离子部分多为碱金属或碱土金属的离子、铵、有机胺、氨基醇等属的离子、铵、有机胺、氨基醇等, , 广

13、泛用于化广泛用于化纤油剂、油品等的抗静电剂。在塑料工业中纤油剂、油品等的抗静电剂。在塑料工业中, , 除除了某些烷基磷酸酯、烷基硫酸酯及其胺盐用作外了某些烷基磷酸酯、烷基硫酸酯及其胺盐用作外部抗静电剂外部抗静电剂外, , 一般较少用作内部抗静电剂使用。一般较少用作内部抗静电剂使用。 非离子型非离子型：这类抗静电剂分子本身不带电荷而且这类抗静电剂分子本身不带电荷而且极性很小。通常非离子型抗静电剂具有一个较长极性很小。通常非离子型抗静电剂具有一个较长的亲油基的亲油基, , 与树脂有良好的相容性。同时非离子与树脂有良好的相容性。同时非离子型抗静电剂毒性低型抗静电剂毒性低, , 具有良好的加工性和热稳

14、定具有良好的加工性和热稳定性性, , 是合成材料理想的内部抗静电剂。是合成材料理想的内部抗静电剂。 主要有聚乙二醇酯或醚类、多元醇脂肪酸主要有聚乙二醇酯或醚类、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚等化合物。酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚等化合物。此类化合物分子中此类化合物分子中, , 烷基链长以及极性集团的数烷基链长以及极性集团的数量量, , 对发挥最佳抗静电效果至关重要。对发挥最佳抗静电效果至关重要。 两性抗静电剂两性抗静电剂:从广义上看两性型抗静电剂是指从广义上看两性型抗静电剂是指在抗静电剂分子结构中同时具有两种或两种以上在抗静电剂分子结构中同时具有两种或两种以上离子性质的抗

15、静电剂。日本丸茂秀雄等人对此类离子性质的抗静电剂。日本丸茂秀雄等人对此类化合物抗静电剂做过广泛深入的研究化合物抗静电剂做过广泛深入的研究, , 发表过许发表过许多论文和专著多论文和专著. .通常通常, , 两性抗静电剂主要是指在分两性抗静电剂主要是指在分子结构中同时具有阴离子亲水基和阳离子亲水基子结构中同时具有阴离子亲水基和阳离子亲水基这样一类的离子型抗静电剂。分子结构中的亲水这样一类的离子型抗静电剂。分子结构中的亲水基在水溶液中产生电离基在水溶液中产生电离, , 在某些介质中表现为阴在某些介质中表现为阴离子表面活性剂特征离子表面活性剂特征, , 而在另一些介质中又表现而在另一些介质中又表现为

16、阳离子表面活性剂特征。此类抗静电剂与高分为阳离子表面活性剂特征。此类抗静电剂与高分子材料有良好的相容性、配伍性子材料有良好的相容性、配伍性, , 以及较好的耐以及较好的耐热性热性, , 是一类性能优良的内部抗静电剂。是一类性能优良的内部抗静电剂。 高分子永久性抗静电剂高分子永久性抗静电剂：用各种亲水性聚合物用各种亲水性聚合物作为抗静电剂作为抗静电剂, , 加入到基料树脂中可得到高分子加入到基料树脂中可得到高分子聚合型永久性抗静电剂树脂聚合型永久性抗静电剂树脂, , 技术关键是提高永技术关键是提高永久性抗静电剂在树脂中的分散程度和状态久性抗静电剂在树脂中的分散程度和状态, , 因为因为它是在母体

17、中形成芯壳结构它是在母体中形成芯壳结构, , 并以此为通路泄漏并以此为通路泄漏静电荷。永久性抗静电剂以微细的层状或筋状形静电荷。永久性抗静电剂以微细的层状或筋状形态主要分布在制品表面态主要分布在制品表面, , 而在中心部分较少且主而在中心部分较少且主要以颗粒状存在。决定形态结构的主要因素是成要以颗粒状存在。决定形态结构的主要因素是成形加工条件和与母体树脂的相容性形加工条件和与母体树脂的相容性, , 最直接的影最直接的影响因素是母体与永久性抗静电剂的熔融粘度差或响因素是母体与永久性抗静电剂的熔融粘度差或粘度比粘度比, , 它常以剪切速率和加工温度控制。它常以剪切速率和加工温度控制。抗静电剂的作用

18、机理抗静电剂的作用机理2 一般来说，分子中含有极性基团较多的聚一般来说，分子中含有极性基团较多的聚合物易带正电荷而非极性聚合物一般带负电荷，合物易带正电荷而非极性聚合物一般带负电荷，静电荷的积累是造成静电伤害的根源。静电荷的积累是造成静电伤害的根源。 抗静电分子具有亲水亲油基团，亲油基团抗静电分子具有亲水亲油基团，亲油基团显示出非极性，亲水基团显示出极性。二者之间显示出非极性，亲水基团显示出极性。二者之间存在着一个平衡值，存在着一个平衡值，HBLHBL。 HBL HBL值越大，说明表面活性剂分子的极性值越大，说明表面活性剂分子的极性越高；反之，越高；反之，HBLHBL越小表面活性剂分子的极性就

19、越越小表面活性剂分子的极性就越低。低。 高分子材料用抗静电剂的作用机理主要表现高分子材料用抗静电剂的作用机理主要表现在两个方面在两个方面: : 一是抗静电剂在材料表面形成导电性的连一是抗静电剂在材料表面形成导电性的连续膜续膜, , 即能赋予制品表面具有一定吸湿性与离子即能赋予制品表面具有一定吸湿性与离子性的薄膜性的薄膜, , 从而降低表面电阻率从而降低表面电阻率, , 使已经产生的使已经产生的静电荷迅速泄漏静电荷迅速泄漏, , 以达到抗静电的目的以达到抗静电的目的; ; 二是赋予材料表面有一定的润滑性二是赋予材料表面有一定的润滑性, , 降低降低摩擦系数摩擦系数, , 从而抑制和减少静电荷的产

20、生。从而抑制和减少静电荷的产生。 吸湿理论吸湿理论：抗静电剂分子的亲水基涂层固化过程抗静电剂分子的亲水基涂层固化过程中往往会排列在外侧，亲水基伸向大气，亲油基中往往会排列在外侧，亲水基伸向大气，亲油基（亲高分子）插入大分子层，因此可以吸收空气（亲高分子）插入大分子层，因此可以吸收空气中的水分子，形成肉眼观察不到的中的水分子，形成肉眼观察不到的“水膜水膜”。这。这样的样的“水膜水膜”又为离子型表面活性剂提供了电离又为离子型表面活性剂提供了电离的条件，不仅能形成含水导电层，也为离子导电的条件，不仅能形成含水导电层，也为离子导电创造了条件创造了条件抗静电剂在涂料中的应用抗静电剂在涂料中的应用 一般来

21、说，在涂料中混入抗静电剂能够提高涂料一般来说，在涂料中混入抗静电剂能够提高涂料的抗静电效果。在家电制品及汽车部件涂装应用的抗静电效果。在家电制品及汽车部件涂装应用中，使涂膜表面具有抗静电性是十分重要的。中，使涂膜表面具有抗静电性是十分重要的。 另外，电视机机壳板面（另外，电视机机壳板面（ABSABS树脂或聚碳酸酯）以树脂或聚碳酸酯）以及灯具（丙烯酸树脂）都可以采用抗静电涂料涂及灯具（丙烯酸树脂）都可以采用抗静电涂料涂覆的办法来达到持续防污的目的。覆的办法来达到持续防污的目的。 涂料用抗静电剂应满足如下使用要求：涂料用抗静电剂应满足如下使用要求： 抗静电效果好，在湿度很小时，也能使表面电阻抗静电

22、效果好，在湿度很小时，也能使表面电阻显著下降显著下降 热稳定性好热稳定性好 抗静电效果持久，表面不发花，不产生发黏或油抗静电效果持久，表面不发花，不产生发黏或油性感，不容易被洗去性感，不容易被洗去 与成膜基质有良好的相容性，在聚合物中不易发与成膜基质有良好的相容性，在聚合物中不易发散散 不影响其他性能不影响其他性能廉价廉价导电剂及导电剂作用机理导电剂及导电剂作用机理 导电涂料是近年来迅速发展起来的一种新型功能导电涂料是近年来迅速发展起来的一种新型功能材料。它赋予物体以导电性，具有抗静电、导电材料。它赋予物体以导电性，具有抗静电、导电以及屏蔽电磁的功能。用途广泛。以及屏蔽电磁的功能。用途广泛。

23、导电涂料分本体型和掺和型两大类导电涂料分本体型和掺和型两大类 在涂料干燥固化之前，基料与导电填料彼此独立在涂料干燥固化之前，基料与导电填料彼此独立存在，互不连续，处于绝缘状态。固化干燥之后，存在，互不连续，处于绝缘状态。固化干燥之后，溶剂挥发，基础树脂和填料混合固化，彼此之间溶剂挥发，基础树脂和填料混合固化，彼此之间紧密连结为一体，从而产生了导电度。紧密连结为一体，从而产生了导电度。导电剂的种类导电剂的种类导电剂大致可分为五大类：导电剂大致可分为五大类： 金属系导电剂金属系导电剂(银粉、铜粉、镍粉银粉、铜粉、镍粉) 金属氧化物系导电剂金属氧化物系导电剂(氧化锡、氧化铁、氧化锌氧化锡、氧化铁、氧

24、化锌) 碳系导电剂料碳系导电剂料(炭黑、石墨等炭黑、石墨等) 复合导电剂（复合粉和复合纤维）复合导电剂（复合粉和复合纤维）其他导电剂其他导电剂 银银 良好的导电性和导热性良好的导电性和导热性 分为球状、片状、扁平状、枝装和海绵状分为球状、片状、扁平状、枝装和海绵状 导电性与银粉的粒径有关，粒径越小导电性导电性与银粉的粒径有关，粒径越小导电性越高越高 银的价钱比较昂贵银的价钱比较昂贵 铜铜 其体积导电率与银接近，但是比较便宜其体积导电率与银接近，但是比较便宜 缺点是在空气中易氧化，氧化后不导电缺点是在空气中易氧化，氧化后不导电 添加还原剂，如对苯二酚类衍生物添加还原剂，如对苯二酚类衍生物 在铜系

25、电磁屏蔽涂料中，通过加入助剂如偶在铜系电磁屏蔽涂料中，通过加入助剂如偶联剂、有机膨润土，可改善其使用性能联剂、有机膨润土，可改善其使用性能 镍镍 其稳定性介于银粉与铜粉之前其稳定性介于银粉与铜粉之前 在大气中不易生锈，能够抵抗苛性碱的的腐在大气中不易生锈，能够抵抗苛性碱的的腐蚀蚀 常用于磁屏涂料常用于磁屏涂料 常与银制得复合导电剂常与银制得复合导电剂 还与铝硼等制成粉末导电剂还与铝硼等制成粉末导电剂 氧化锡氧化锡 纯的氧化锡是绝缘体，只有当其组成偏离了纯的氧化锡是绝缘体，只有当其组成偏离了化学比、产生晶格缺陷和进行掺杂时才能成化学比、产生晶格缺陷和进行掺杂时才能成为半导体为半导体 掺锑二氧化锡（掺锑二氧化锡（ATOATO）是一种新型多功能透）是一种新型多功能透明抗静电及导电材料，纳米型优势更明显明抗静电及导电材料，纳米型优势更明显 ATOATO导电膜与基材的附着性好，机械强度高，导电膜与基材的附着性好，机械强度高，不受气候和使用环境的限制不受气候和使用环境的限制 氧化锌氧化锌 氧化锌晶须具有独特的性能，其结构为立体氧化锌晶须具有独特的性能，其结构为立体四针状，每根针状体为