第十一章抗静电剂

第十一章抗静电剂概述

抗静电剂的作用机理

各种材料的抗静电方法及其影响因素

抗静电剂的类型9.1概述在日常生活中，静电危害是不可忽视的，涉及到纤维、弹性体、工程结构材料、表面涂布材料等聚合物材料，也涉及到使用这些材料的煤炭、计算机、集成电路等领域。静电荷积累现象，给高分子材料的应用带来很大的危害。轻则附尘沾污，降低制品的表观性能和使用价值；重则由于静电、放电、严重干扰仪器、仪表正常运行的精确性和灵敏度，甚至会引起某些可燃物体的燃烧和爆炸。普通合成材料按照表面电阻率来分，小于或等于105Ω·cm-1的，一般作为可导性材料；表面电阻率在1014Ω·cm-1以上的，一般作为绝缘材料；表面电阻率在105~109Ω·cm-1的材料能充分地逸散静电荷，而一般表面电阻率在109~1014Ω·cm-1的，可视为抗静电材料。具有高阻抗的高分子材料，在实际应用中，由于静电荷积累会产生吸尘放电、加工困难等一系列问题。在纺织纤维加工过程中，因纤维与纤维、纤维与机器间的摩擦产生了静电。静电的存在，在纺丝时会引起丝束发散，难以卷绕，产生毛丝、断丝；烘干时出乱丝；切断时超长倍长纤维增多；在纺纱厂会出现棉卷分层不清，棉网不稳定，针织时出现断头等问题。由于静电的干扰，使合成纤维厂和纺织厂的劳动生产率下降，产品质量降低。因此，增加其抗静电性能非常重要。除聚合物材料的静电积累外，液体燃料因静电而导致的事故也是很严重的。例如，因冲洗油罐、油轮引起静电爆炸、火灾在70年代之前时有发生；即使用海水冲洗油轮也带来严重的静电。1973年11月“GolarPatricia”油船(21.6万t)的爆炸沉没，就是静电带来的恶果。此外，在汽车、飞机加油、清洗油滤过程中，也会因静电导致火灾，特别在气候干燥地区，这个问题更加严重。在工业上采用抑制静电荷的产生和促进电荷的泄漏来解决材料的带电问题。有以下几种方法：①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荷的泄漏；②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；③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；④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；⑤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；⑥采用导电性高分子材料或导电性涂料进行表面预处理；⑦添加抗静电剂，提高高分子材料的极性或吸湿性。

其中湿气对材料的表面电阻(Rs)和体积电阻(Rv)影响甚大，既便是不能被水润湿的非极性材料表面，在高湿度下，其表面也容易粘附一层不纯的具有导电性的混合物，从而降低表面电阻。

对于聚合物的结构改性，主要是在聚合物分子中引入极性基团或离子化基团，如聚苯乙烯的磺化，磺酸基的引入能降低聚苯乙烯的固有电阻，也可以利用具有极性基的单体进行自聚或共聚来实现抗静电的目的。这种对聚合物进行结构改性的方法，是抗静电性的根本方法，但有很大的难度和一定的局限性。

对制品成型后的表面处理方法虽然比较简单，但常受到制品形状和大小的限制，比较适用于合成纤维，而在聚合物内部掺入抗静电剂的方法适用于大多数的塑料和涂料；液体燃料中也是通过添加有机化合物，提高其导电率，从而抑制静电产生的。这些添加在树脂、燃料中或涂附在塑料制品、合成纤维表面的用以防止高分子材料和液体燃料静电危害的一类化学添加剂统称为抗静电剂。

外用抗静电剂：采用涂布、喷雾、浸渍等方法使它附在塑料、纤维表面，耐久性较差，所以又叫做暂时性抗静电剂。

内用型抗静电剂(或混炼型抗静电剂)：在树脂加工过程中(或在单体聚合过程中)添加到树脂组成中的抗静电剂，因其有较好的耐久性，又称为永久性抗静电剂。比较实用的抗静电剂在化学结构上有极性基团和非极性基团，如果在分子内亲水基部分与亲油基部分配合适宜的话，则抗静电剂对高分子材料和液体燃料有良好的相容性。在外部使用时，它们的亲油基就容易吸附在高分子材料的表面，结果在材料的表面上形成一层抗静电剂的分子层。在内部使用时，同样在材料表面也有一个抗静电剂分子层，当这个分子层受到破坏时，材料内部的抗静电剂又可以渗透到材料的表面上来，这样，就会减少因摩擦产生的静电。如果抗静电剂为非离子型时，则由于亲水基的吸湿作用，也可以使塑料或纤维中所含有的微量电解质有离子化的场所，从而间接地降低了表面电阻。总之，无论哪种情况，都可以使塑料或纤维表面变成导电层，这样，就会使因摩擦而产生的静电沿着导电层而迅速逸散，不再聚集生电。

早在1893年Richter就建议在干洗的洗涤汽油中添加镁皂以减少静电火灾。荷兰壳牌公司的一个大油罐于1954年混油后爆炸，该公司此后就开始研究油品的抗静电剂，1958年基本研制成功，1962年在加拿大空军中试用，1964年加拿大将抗静电剂列入其航空燃料规格，其后美国及北约各国均允许在航空燃料中加抗静电剂。1971年前苏联用硝化油与硬脂酸的混合物作为抗静电剂。80年代末，前苏联对油酸镁，环烷酸铬和烷基水杨酸铬的抗静电性进行了研究，用1.2ppm二油酸铬丁二酮二茂铁消除汽油静电的试验。目前在塑料和纤维工业中使用的抗静电剂主要有五种基本类型：胺的衍生物，季铵盐，磷酸酯，硫酸酯以及聚乙二醇的衍生物，总计约有100个品种。此外，导电性能良好的炭黑、金属粉末、金属盐、金属氧化物等偶尔也作为塑料和纺织品的抗静电剂使用。美国是抗静电剂消费最多的国家，1990年达6200t；我国在1981年以后陆续公布和完善了各种防静电法规，如规定了塑料制品使用的最高电阻值。因此，促进了抗静电剂的发展。今后随着石油化工的发展和高分子材料应用的日益广泛，入们对抗静电剂的研究和生产必将更加重视，抗静电剂在塑料、纺织、电影胶片、石油加工等工业中的地位也将更加重要。静电的产生：当两种不同物质互相摩擦时，在两种物质之间会发生电子移动，电子由一种物质表面转移到另一种物质的表面，于是前者失去电子而带阳电，后者得到电子而带阴电，这样，就产生了静电。根据实验结果，一些物质可以排成下列顺序：(阳电)玻璃－毛发－羊毛－尼龙－蚕丝－木棉－粘胶纤维－纸－麻－硬质橡胶－合成橡胶－聚酯酸乙烯酯－聚酯－聚丙烯腈纤维－聚氯乙烯－聚乙烯－聚四氟乙烯(阴电)。在上述排列中，任何两种物质进行摩擦时，总是排在前面的物质表面带阳电，排在后面的物质表面带阴电。大多数高分子材料都具有绝缘性，它们不导电，所以，当它们得到静电后就不易消失，这样，就容易产生下列问题。

(1)由于静电的吸力和斥力作用而产生的问题例如，在塑料薄膜加工时，由于产生静电吸力，使得薄膜粘在机械上，不易脱离。又如，塑料制品由于静电吸力的关系，使它们吸尘而失去透明；电影胶片生产过程中由于静电而影响电影的清晰和唱片的音质。(2)触电在一般情况下，静电不致于对人身造成直接的伤害，但也会发生触电现象。例如，在电影胶片的生产过程中，产生的静电压，有时会高达几千伏，使人很易触电，一般产生触电的静电压为8000V。(3)放电静电放电自身的能量虽然很小，但危害却不少。当产生的静电压大于500V时，则能发生火花放电，如果这时环境中有易燃物质存在的话，则往往会导致重大的火灾和爆炸事故，如一些矿井爆炸起火事故，就是因塑料制品产生静电火花所致。静电的产生，不仅给人们生活带来诸多不适，而且对工业生产的危害极大，因此必须注意克服。通常克服静电危害的方法有两个：一是靠机械装置的传导；二是通过静电剂的作用来消除。实际上，尤以应用抗静电剂的方法更为普遍。抗静电剂的品种很多，可以按化学结构和使用方法进行分类。抗静电剂中既有极性基团又有非极性基团。常用的极性基团有：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的阴离子，胺盐、季铵盐的阳离子，以及-OH、-O-等。常用的非极性基团有：烷基、烷芳基等。抗静电剂的结构分类主要依据其极性基，一般分为阴离子型，阳离子型，非离子型和两性离子型四类；此外还有高分子型和复配型抗静电剂。按使用方法抗静电剂又可分为：外部涂层用与内部添加用两大类。按抗静电剂与材料的结合方式可分为：反应型和混入型两大类。按抗静电剂的用途可分为：塑料加工用，纤维加工用，涂料用和油品用抗静电剂等。9.2抗静电剂的作用机理1.静电的产生与积累不同物质的分子，原子以及对电子的吸引作用各不相同，两种不同物质的表面互相接触，瞬间就能产生电荷，很小的静电荷，就足以形成极高的静电压。偶电层理论认为，处于平衡状态的原子中的正负电荷，由于在接触摩擦中接受了表面能量而形成偶电层，脱离摩擦后，失去电子的一方带正电，获得电子的一方则带负电荷，但正负带电量是相同的，这样就形成了物质的摩擦带电序列。如下表。排在上面的物质带正电，排在下面的物质带负电，在同序列中两种物质互相摩擦，其所处间距越远，摩擦带电量就越大，电压也越高。

聚合物材料和烷烃结构的油品则由于分子中不含或极少含有极性基团或离子化基团而成为良好的绝缘材料，它一旦带上静电荷则很难消除。静电荷的积累既可发生在固/固界面上，也能发生在固/气、固/液相界面上。(1)纤维的静电现象羊毛、尼龙、人造毛等具有酰胺键的纤维是倾向于带正电，而聚酯，聚丙烯腈等倾向于带负电。这种纤维摩擦时的带电，是电荷在被摩擦的纤维之间移动而产生的。若金属和纤维进行摩擦，根据纤维种类不同，电子可从金属到纤维或从纤维到金属发生移动而使纤维带电。(2)其他高分子材料的静电现象高分子材料的带电主要是由于高分子材料的高表面电阻，致使所产生的静电荷一时很难泄漏，积累的静电荷越来越多而造成的，有些材料的摩擦带电压甚至高达几千伏，根据聚合物结构不同，所带静电积累程度也不同。涂料中使用的成膜物质如乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚酯、聚氨基甲酸酯等，在特定的应用场合，需要进行抗静电处理。(3)液体燃料的起电石油产品在炼制和输送过程中会带进杂质如有机金属盐、氧化产物、沥青等，其浓度只要达到10-9g/L，就可以严重起电。油品在输送时混有水或气体，将使起电程度增大50倍。所以油品中含有水或水溶液经过泵送，或是油中的液滴沉降时，均能造成相当的静电起电，甚至造成火花。一般烃在空气中的体积浓度处于0.7%~8%范围内都是可燃的，而且在加油运输，起降过程中由于油成雾状分散，或贮存容器内温度剧烈变化，可燃物的爆炸浓度均可以大大加宽。在可燃的爆炸混合物中，火源或静电放电的能量超过0.25mJ，就能引燃这些混合物爆炸。这种0.25mJ的点火能是极小的能量，不过是1g水加热6×10-3℃所需的热量而己。2．静电的逸散(1)电荷的表面传导在物质摩擦过程中电荷不断产生，同时也不断中和，电荷泄漏中和时主要通过摩擦物自身的体积传导、表面传导以及向空气中辐射等三个途径，其中表面传导是主要的。水是高介电常数的液体，纯水的介电常数为81.5，与干燥的塑料和纺织品相比具有很高的导电性，而且随着其中所溶解的离子的存在，导电性还将进一步增加。因此如果在高分子材料表面附着一层薄薄的连续相的水就能起到泄漏电荷的作用。抗静电剂的亲油基吸附在材料表面，而亲水基排列在材料－空气界面，而形成一个单分子导电层。当抗静电剂为离子型化合物时，本身便具有离子导电作用。非离子型抗静电剂虽然不能直接影响导电性，但吸湿的结果，除利用了水的导电性外，还使得纤维中所含的微量电解质有了离子化的场所，从而间接地降低了表面电阻，加速了电荷的泄漏。(2)电荷的体积传导一些导电化合物，如金属粉末、导电纤维、炭黑等，以微粒状分散在聚合物材料中，可有效调节制品的抗静电性能。其作用机理是在电压作用下，间距小于1nm的导电粒子间形成导电通路，而在聚合物隔开的导电粒子之间，电子轨道跃迁也会产生导电作用。3．抗静电剂的作用机理(1)外用抗静电剂的作用机理外部抗静电剂一般以水、醇或其他有机溶剂作为溶剂或分散剂使用。当用抗静电剂溶液浸渍高聚物材料时，抗静电剂的亲油部分牢固地附着在材料表面，而亲水部分则从空气中吸收水分，从而在材料表面形成薄薄的导电层，起到消除静电的作用。由于一般外用抗静电剂的效果不持久，在使用和贮存过程中抗静电性能会逐渐降低和消失，所以应设法采用单体分子中带有乙烯基等反应性基团的高分子电解质和高分子表面活性剂。通常可将其或以单体、或以预聚物形式涂布塑料和纤维表面，再加以热处理，使之聚合而形成附着层，这样抗静电效果就可以持久。(2)内用抗静电剂的作用机理内用抗静电剂是在树脂加工中与之混和再进行成型加工，或直接添加于液体燃料中起作用的。内用抗静电剂在树脂中的分布是不均匀的，抗静电剂在树脂表面形成一层稠密的排列，其亲水的极性基向着空气一侧成为导电层，表面浓度高于内部。但当在加工、使用中，由于外界的作用可以使树脂表面的抗静电剂分子缺损，抗静电性能随之下降；潜伏在树脂内部的抗静电剂会不断渗出到表面层，向表面迁移，补充缺损的抗静电剂分子导电层。

抗静电剂的迁移性与树脂的相容性有密切关系：如果抗静电剂与树脂的相容性不好，迁移速度大，就容易大量地渗析到表面，既影响制品的外观，也难以维持持久的抗静电效果。与树脂的相容性太好，则不容易渗析到表面，那么，因洗涤或磨损等原因造成的抗静电剂丧失就很难及时得到补充，也难以及时恢复抗静电性能。用于液体燃料中的抗静电剂则是通过增加燃料的导电率而起到抗静电作用的。油品导电率愈低，电荷消散的时间愈长。如我国炼厂规定，在油罐混油之后须静置30min才能取样分析，其目的就是尽可能使油品中携带的电荷漏泄到较低水平，以确保安全。适用于液体燃料的抗静电剂可使油品导电率提高104~107倍，并顺利地导走静电。9.3各种材料的抗静电方法及其影响因素1．塑料(1)塑料用抗静电剂的特点塑料带静电所引起的主要障碍首先是在塑料表面吸附尘埃等，极容易污染，尽管可以擦去，但加工的制品却给人以脏污的感觉，从而降低了商品价值。若塑料薄膜在高速印刷时产生高电位静电，会使周围空气中的气体离子化，产生火花放电，对燃点低的溶剂易引起燃烧、以至发生爆炸事故。为了防止这些故障的产生，在实际生产中常采用活性剂抗静电法。这种活性剂称之为塑料用抗静电剂。塑料用抗静电剂多为内用型或称混炼型。它们与塑料有适当的互溶性，既要能有一定的量渗出到表面，同时又要渗出到一定程度便会自行停止；此外，当因水洗使活性剂从表面被洗掉后，还能有一定量的活性剂再从树脂内部渗出到塑料表面。理想的内用抗静电剂须满足下列基本要求：①耐热性好，能经受树脂加工过程的高温；②与树脂兼容性好，不发生渗出现象；③不损害树脂的性能；④混炼容易；⑤能与其他助剂并用；⑥用于薄膜、薄板时不发生粘着现象；⑦不刺激皮肤、无毒；⑧价廉。外用型或称表面涂附型抗静电剂是将塑料表面浸入含抗静电剂的水溶液，或浸入用适当溶剂制成的溶液中，或者将溶液喷在塑料表面上，或者把溶液涂在塑料表面上，使活性剂在塑料表面形成极薄的涂膜。表面涂附加工一般在处理后通过干燥除去溶剂。除去熔剂的方法除了利用室温自然干燥外，还可根据需要利用热风连续干燥等，这种处理方法抗静电的持久性低。特种树脂或成形制品等如果不适于用混炼型的抗静电剂，一般采用表面涂附型的抗静电剂。一个理想的外用型抗静电剂的基本要求为：①可溶或可分散在溶剂中；②与树脂表面结合牢周、耐磨、耐洗涤；③有良好的抗静电效果，对环境的温度变化的适应性强；④不会引起制品颜色的变化；⑤手感好，无刺激，无毒；⑥价廉。近年来，出现的一些新型高分子抗静电剂，用于塑料表面，具有不易逸散，耐磨和耐洗涤性好等特点，称之为“永久性”外部抗静电剂。(2)影响塑料用抗静电剂效果的因素①抗静电剂与塑料要有适度的相容性。影响相容性的因素主要有三。i．极性抗静电剂与塑料极性之间应保持适当平衡。极性相近者相容；极性差别大的混合困难，还影响塑料表面质量及加工性。ii．构成高聚物的分子结构在与分子结构有关的参数中，首光考虑的是玻璃化温度(Tg)。在此温度以下，高聚物分子呈冻结状态，在此温度以上分子呈微布朗运动状态，加入其中的抗静电剂，借助于分子的链段运动向表面迁移，如在玻璃化温度较低的塑料聚乙烯，聚丙烯、软质聚氯乙烯中，抗静电剂容易向表面迁移。

玻璃化温度高的聚合物(如PS、ABS树脂、硬质PVC、PC、PET等)，室温时抗静电剂在这些树脂中的渗出性不好，在成型加工时，抗静电剂析出被模具吸附，又从模具表面向制品表面转移，在制品表面形成一个抗静电剂层。那些与树脂相容性不好的抗静电剂，在热加工时尤其会以这种方式转移到制品表面。玻璃化温度较高的聚合物表面的抗静电剂，一旦被水洗而丧失，一般需要进行热处理，加热到玻璃化温度以上，使聚合物分子运动加剧，促进抗静电剂向表面迁移，才能恢复其抗静电效果。iii．结晶状态内用型抗静电剂存在于高聚物的非结晶部分，借助于分子的链段运动向表面迁移。因高聚物的结晶状态不同，抗静电剂的迁移速率也不一样。②抗静电剂的表面浓度抗静电剂在塑料制品的表面分布，必须达到一定浓度才能显示抗静电效果，该浓度称为临界浓度。各种抗静电剂的临界浓度依其本身组成和使用情况而异。其原因是仅依靠亲水基在空气中的取向所形成的单分子导电层，是不会有显著抗静电效果的。只有当抗静电剂分子在表面有10层以上时，才会由于亲水基的取向性而产生优良的抗静电效果。

③与其他添加剂之间的关系和表面处理复配得当与否是抗静电效果发挥的关键。抗静电剂与抗静电剂、或抗静电剂与其他添加剂复配后，可能呈现最佳的协同效应。某些增塑剂、润滑剂、稳定剂、颜料、填充剂、阻燃剂等会影响抗静电效果。当稳定剂是金属皂类阴离子，抗静电剂是阳离子时，两者可能相互抵销；与润滑剂并用(特别是与外部润滑剂作用)，由于润滑剂优先于抗静电剂迁移到制品表面，所形成的润滑剂表面膜层影响了抗静电剂的析出。无机填料对抗静电剂的吸附性、尤其是含卤阻燃剂与抗静电剂复合，可能出现反协同作用等，在进行助剂复配时均应注意。另外，对塑料表面进行适当处理，如使表面部分氧化，可产生某种极性基团，它与抗静电剂相互作用往往有叠加效果，使抗静电效应得到充分发挥。④环境湿度以表面活性剂为主体的抗静电剂，尤以抗静电性与环境中空气湿度密切相关。湿度大则抗静电性能好，吸湿后抗静电剂能产生离子结构，塑料表面的导电性可大大增加。所以，抗静电剂与具有吸湿性的，能在水中电离的无机盐、有机盐、醇类等合用，往往能促进抗静电效果的发挥。相对湿度(RH)与抗静电剂作用效果有密切关系，以非离子型的乙氧基化烷基胺为例，在相对湿度为15%和50%时，表面电阻可相差10~1000倍，如下图所示。抗静电制品的加工方法不同时，抗静电剂的分散状态与迁移速度不同，效果也不同。对于不同的树脂，要想达到同样的抗静电效果，加入抗静电剂的量不同。防静电制品的防静电性能是否符合要求，应根据其产品特点和使用情况而定。常用的测试方法有测定表面电阻率和体积电阻率；测定试样的摩擦起电情况；测定试样的静电半衰期等。2．纤维(1)纤维的抗静电方法为了避免在纤维内聚集静电或将纤维内所产生的静电尽快疏散，可以在合成纤维的生产过程中引入某种导电组分，或选用某些亲水性单体进行接枝聚合的方法来提高其吸湿性，以消除所产生的静电。另一种方法就是应用抗静电剂对织物进行整理。①对纤维进行改性的抗静电方法是针对不同纤维，将聚烷基二醇、聚环氧烯烃、N-烷基胺与环氧乙烷加成物等亲水性物质引入纤维中。②利用抗静电剂的方法是在纤维的纺织和应用过程中普遍采用的方法，使用的抗静电剂均为外用抗静电剂。外用抗静电剂在织物表面上的耐洗牢度不好，易被洗去，若用反应性化合物与纤维在高温下形成共价键结合，可提高抗静电剂的耐洗牢度。(2)影响抗静电剂在纤维上应用效果的因素①抗静电剂浓度②纤维的类型因纤维不同，每种抗静电剂的应用效果有所差别，处理合成纤维，往往会有比较理想的降低表面电阻的效果。③抗静电剂的结构不同种类的活性剂的抗静电效果是因各自不同的结构而有差别，阳离子活性剂、两性活性剂效果最好，其次是非离子活性剂、阴离子活性剂。研究纤维的静电已有许多方法，大致可分为两类：

一是测定纤维表面电导率；二是测定纤维摩擦产生的电量。这两类方法，对于长丝、短纤维、布、地毯等各种形态的纤维都适用。3．涂料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的涂装应用中，使涂膜表面具有抗静电性是十分重要的。另外，电视机机壳面板(ABS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覆的办法，来达到持续防污的目的。涂料中使用的抗静电剂类型及其影响其抗静电效果的因素与塑料基本相同。

4．液体燃料70年代以前，世界各地因油罐、油轮和加油过程中产生的静电爆炸，火灾事故屡有发生，每次都会造成严重损失。为此，促使人们采取各种措施加以预防，主要方法有：①空气增湿；②用放射源照射发生静电的物体而使空气电离后导电；③在装可燃液体的罐内充氮或采用浮顶油罐；④在管路内安装消电器以中和流动电荷；⑤降低油品流速，含水燃料最大线速不超过lm·s-1，无水燃料最大线速不超过7m·s-1；⑥在可燃液体内加入抗静电剂以导走静电。在液体燃料贮运过程中各个环节均可能发生静电，故采取①~⑤的措施只能避免个别环节的静电，唯有加入抗静电剂才是比较安全的措施。适用于液体燃料中的抗静电剂为有机金属盐，见下表。可见，烷基取代水杨酸铬具有较好的抗静电效果。若将两种以上金属盐配合使用可起到增效协合作用。两种金属盐的选择原则如下：①一个组分必须是二价或高于二价的金属盐，如各种酸的镁盐、碱土金属盐及其他金属盐(Cu、Fe、Mn、Ni、Co、Cr、Th（钍錒系）等)一价金属除锂以外均无效果，而有烷酸以取代的烷基水杨酸为最好；②另一组分应该是一种电解质，能靠本身提供一定的导电率，通常0.1%的苯溶液的导电率至少应达到10000导电单位。9.4抗静电剂的类型目前广泛应用的抗静电剂主要分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型、高分子型五类。

1．阳离子型抗静电剂(1)季铵盐在阳离子型抗静电剂中，季铵盐是最常用的一类。它们的静电消除效果好，同时具有很大的吸附力，在浓度极稀的情况下，也能充分地发挥其良好的效果，常用于合成纤维、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇薄膜及塑料制品等的抗静电剂。缺点是耐热性不够好，容易发生热分解。(2)脂肪胺、胺盐及其衍生物脂肪胺和胺盐及其衍生物，常用于合成纤维油剂的静电清除剂，录音材料的抗静电剂，常见的有伯胺、仲胺和叔胺盐。(3)咪唑啉盐咪唑啉类抗静电剂是带有一个长链烷基的咪唑啉化合物，抗静电效果好，适用于作塑料和唱片加工用的内部抗静电剂，典型化合物如：2.阴离子型抗静电剂(1)硫酸酯及其盐硫酸酯及其盐通常用于合成纤维油剂的静电消除剂，典型化合物结构如下：(2)磷酸酯及磷酸酯盐磷酸酯和磷酸酯盐用于合成纤维和塑料，静电消除效果很好。用作纤维抗静电剂时，它们以憎水基团面向纤维，亲水基团面向大气，因而具有优良的抗静电性能。主要品种有单烷基磷酸酯盐和二烷基磷酸酯盐。(3)烷基水杨酸盐这类有机金属盐是用相应的水杨酸或3,5-二取代水杨酸与三价或四价可溶性金属盐及碱性化合物反应制得，适合的金属有Fe、In（铟）、Ga（镓）、Al、Zr（锆）和Cr等，但应用最为广泛的是Cr络合物。3．非离子型抗静电剂非离子型抗静电剂不能像离子型那样，可以利用本身的离子导电泄漏电荷，所以抗静电剂使用时需要较大的用量；但它热稳定性好，耐老化，因此被用来作塑料的内部抗静电剂及纤维外用抗静电剂使用。主要的品种有多元醇，多元醇酯，醇或烷基酚的环氧乙烷加成物，胺和酸胺的环氧乙烷加成物等。(1)环氧乙烷加成物环氧乙烷加成物用作抗静电剂，其抗静电效果与环氧乙烷加成数有关。这类扰静电剂具有静电消除效果良好，热稳定性优良等特点，适用于塑料和纤维。典型化合物包括：(2)多元醇酯多元醇酯作为抗静电剂，适用于纺织油剂和塑料加工中，典型化合物结构为：4.两性型抗静电剂两性离子型抗静电剂主要包括季铵内盐，两性烷基咪唑啉盐和烷基氨基酸等。它们在一定条件下既可以起到阳离子型活性剂的作用，又可以起到阴离子型活性剂的作用，在一狭窄的pH值范围内于等电点处会形成内盐。两性离子型抗静电剂的最大特点在于它们既能与阴离子型抗静电剂配伍使用，也能与阳离子型抗静电剂配伍使用。与阳离子型抗静电剂一样，它们对高分子材料有较强的附着力，因而能发挥优良的抗静电性。在某些场合下其抗静电效果优于阳离子型抗静电剂。(1)季铵内盐耐热性良好，除了作塑料内部抗静电剂使用外，与尼龙、腈纶、丙纶、涤纶等相容性良好，能经受纺丝时的高温，抗静电性能优良，是合成纤维内部抗静电剂的主要品种之一。

(2)两性烷基咪唑啉两性咪唑啉的抗静电性优良，与多种树脂相容性良好，是聚丙烯、聚乙烯等优良的内部抗静电剂。若将其钠盐与二价金属，如钡，钙等的无机盐反应，可增加与聚合物材料的相容性。相应的钙盐能经受聚丙烯纺丝时的苛刻条件，作为丙纶的内部抗静电剂性能优良，效果持久，实用性很强。(3)烷基氨基酸类作为抗静电剂使用的烷基氨基酸类主要有三种类型：即烷基氨基乙酸型、烷基氨基丙酸型和烷基氨基二羧酸型。烷基氨基丙酸的金属盐或二乙醇胺盐可作为塑料的外部或内部抗静电剂在照像薄膜的生产中广泛使用。作为外部抗静电剂使用时，为了增加其水溶性，多使用碱性介质。烷基氨基二羧酸的金属盐或二乙醇胺盐主要作为塑料的内部抗静电剂使用。5．高分子型抗静电剂耐久性好的外部抗静电剂则大都是高分子电解质或高分子表面活性剂，它们合成中采用一些特殊的单体，既含有活泼乙烯基，又含有一些可提供抗静电性的基团。在聚合或共聚后可用通常的方法进行涂布处理，或将单体、齐聚物等先涂布在塑料、合成纤维的表面上，然后经热处理得到具有抗静电性能的涂层。柔软剂

柔软作用机理和影响柔软性的因素

表面活性剂类柔软剂

反应性柔软剂

非表面活性剂类柔软剂9.5柔软作用机理和影响柔软性的因素一、柔软作用机理纤维表面的柔软程度——摩擦力的大小。静摩擦系数——当纤维和纤维受力尚能保持静止状态接触时的摩擦系数。动摩擦系数——当纤维有相对滑动时的摩擦系数。平滑作用——降低纤维与纤维间的动摩擦系数。柔软作用——降低纤维与纤维间的动摩擦系数同时更多地降低静摩擦系数。评价柔软整理效果的主要因素：静、动摩擦系数之差△μ与柔软平滑性和发涩的关系。1.吸附性用表面活性剂作为柔软剂，其分子应具有对纤维的吸附性能。吸附作用是由于异性电荷的化学亲和力和范德华力。因此各种纤维对表面活性剂的吸附方式和吸附量不同：阳离子表面活性剂在羊毛和棉上吸附量较大。在羊毛上的吸附主要是因其表面积大而属物理吸附；对棉吸附是由于纤维在水中带阴电荷的化学亲和力；对晴纶纤维来说，属于化学吸附。2.化学反应性柔软剂分子中若含有能与纤维素分子中的羟基产生化学反应的环氧基、羟甲基（-CH2OH）、氨基-NH2、亚氨基-NH、环氮乙烷基（-N）、甲氧基、乙氧基、烯基等基团，能显著提高其耐洗性能。CH2

CH23.拨水性非离子型、阴离子型、阳离子型，两性型等表面活性剂都有赋予纤维柔软的性质，表面活性剂的HLB值愈小，即疏水剂和亲水基之间的平衡向疏水方向的程度就愈大，则柔软效果也愈好，且耐久性愈好。除暂时性的柔软剂外，耐久性的柔软剂均是不溶于水的，因此绝大多数的防水剂，同时又是良好的柔软剂。疏水烷基碳链对柔软效果的影响可认为是：C-C单键能在保持键角109°28′不变的情况下，绕单键进行内旋转，使长链形成无规则的排列的卷曲状态，从而形成了分子长链的柔曲性；当受到外力作用时，由于长链分子的柔曲性，能赋予其延伸、收缩的活动性能。柔软剂分子分布在纤维表面，起着润滑作用，降低了纤维间的动、静摩擦系数，增加了织物的平滑柔软性；另外，由于纤维表面分布了一层脂肪长链分子，也使织物具有了一定的拨水性。疏水基的烷基呈细而长的链，有利于分子链的凝聚收缩，增加了分子的柔曲性，提高了柔软效果。在具有相同碳链的各分子链中若含有双键、支链，特别是芳基，将增加长链分子的内旋转的能阻，使摩擦系数增大，减少了柔软剂分子的柔曲性。分子链中若含有酰胺基，则会使摩擦系数减小，提高柔软效果。4.成膜性有些柔软剂分子本身对纤维缺乏吸附和化学结合的性能，但能在纤维表面形成一层透气的连续性树脂薄膜，形成的薄膜具有透明、优良的坚韧、柔曲、拨水等性能，也可作为织物的柔软整理剂。属于此类的柔软剂是油/水型的含硅系列防水剂、聚乙烯乳液、石蜡及丙烯酸酯共聚物等。二、影响柔软性的因素⒈疏水基的影响带有直链的脂肪族碳氢结构的矿物油和表面活性剂，具有平滑柔软作用。而带有支链的烃基或带有苯环基团的则不适于作柔软平滑剂。C16～C18柔软性好，例如十六醇（棕榈酸）、十八醇（硬脂酸、油酸）。⒉亲水基的影响柔软剂的亲水基分为：阴离子、非离子、阳离子两性离子。降低静摩擦系数能力顺序：聚乙二醇非离子＞阴离子＞多元醇型非离子＞阳离子（包括两性）＞矿物油。降低动摩擦系数能力顺序：矿物油＞阳离子。复合：矿物油加聚乙二醇型非离子表面活性剂。兼顾动静摩擦系数和表面张力降低。⒊其他柔软效果——油膜厚度（5～10μm）：与柔软剂的用量、纤维的细度（比表面积）有关。此外，还与织物的紧密程度有关。9.6表面活性剂类柔软剂一、阴离子型柔软剂二、非离子型柔软剂三、两性型柔软剂四、阳离子型柔软剂一、阴离子型柔软剂

⒈蓖麻油硫酸化物——土耳其红油。用于棉织物的整理。可单独使用也可与肥皂合用。但在空气中易氧化泛黄，并出现发臭现象。⒉磺化琥珀酸酯阴离子型。用于纤维素纤维的柔软整理及丝绸精练。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质，使织物柔软、平滑。⒋脂肪醇部分硫酸化物高碳脂肪醇硫酸化物与未反应的脂肪醇的混合物。改变二者比例可调节柔软性和对纤维的吸附。⒌脂肪醇磷酸酯多用于抗静电剂，也可作为腈纶的柔软剂。⒍其他植物油、动物油的硫酸化物，能使织物产生平滑性。合成洗涤剂如净洗剂LS、雷米邦A、胰加漂T等，洗涤后产生一定的柔软感。二、非离子型柔软剂