第十七章-抗静电剂

材料添加剂化学材料添加剂化学材料添加剂化学抗静电剂的类型与合成2抗静电剂在塑料及纤维中的应用3抗静电作用机理1第十七章抗静电剂抗静电剂的发展趋势4材料添加剂化学17.1抗静电作用机理1静电的产生与积累2静电的逸散3抗静电剂的作用原理材料添加剂化学17.1.1静电的产生与积累静电荷的产生缘于塑料的电子结构。具有不同介电常数（绝缘体）或不同电荷释放能量（导体）的两种固体材料接触时，总会发生电荷的转移。材料添加剂化学17.1.1静电的产生与积累材料添加剂化学17.1.1静电的产生与积累静电荷的积累是造成静电灾害的根源。①纤维的静电现象纤维摩擦时的带电，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，根据纤维种类的不同，电子可从金属到纤维或从纤维到金属而使纤维带电。②高分子材料的静电现象根据聚合物结构不同，所带静电积累程度也不同。材料添加剂化学17.1.1静电的产生与积累材料添加剂化学17.1.2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。材料添加剂化学17.1.2静电的逸散（2）电荷的体积传导一些导电物质，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。材料添加剂化学17.1.3抗静电剂的作用原理17.1.3.1外用抗静电剂的作用机理外用抗静电剂一般以水、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（一般为表面活性）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。材料添加剂化学17.1.3抗静电剂的作用原理17.1.3.2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合后再进行成型加工，或直接添加于液体材料中而起作用的。内用抗静电剂在树脂中的分布是不均匀的。如果抗静电剂与树脂的相容性不好，迁移率大，很容易大量地渗析到表面，既影响制品的外观，也难以保证持久的抗静电效果。反之，抗静电剂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。用于液体材料中的抗静电剂则是通过增加材料的电导率而起到抗静电作用的。材料添加剂化学17.2抗静电剂的类型与合成1阳离子型抗静电剂2阴离子型抗静电剂3非离子型抗静电剂4两性离子型抗静电剂5高分子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.1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，同时具有大的吸附力，在浓度极稀的情况下，也能被塑料和纤维充分吸着，从而可以充分地发挥其良好的效果，这类抗静电剂常用于合成纤维作纺丝油剂，并作聚酯、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。一般季铵化合物是由叔胺与烷基化试剂反应合成的。17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.1季铵盐阳离子型抗静电剂表见教材P26617.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.2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。17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.2脂肪胺、胺盐及其衍生物烷基伯胺一般是利用邻苯二甲酰亚胺与相应的卤烷作用，然后水解而成。其反应式如下：17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.2脂肪胺、胺盐及其衍生物胺衍生物的合成则视它的化学结构而定。其反应式如下：17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.2脂肪胺、胺盐及其衍生物N-（硬脂酰氨基甲基）二乙胺盐酸盐，则是由硬脂酸与N-（氨甲基）二乙胺及盐酸作用而得。其反应式如下:17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.3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用抗静电剂。其典型化合物如下:17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.3咪唑啉盐长链烷基的咪唑啉的反应式如下：17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.3咪唑啉盐2-十一烷基-1-羟乙基咪唑啉的反应式如下：17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.1.3咪唑啉盐高氯酸胺盐的反应式如下：17.2.1阳离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.2.1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。其典型化合物结构式如下：17.2.2阴离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.2.2磷酸酯及其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。其结构式如下：17.2.2阴离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.2.2磷酸酯及其磷酸酯盐代表性品种有二月桂基磷酸酯钠盐、二（烷氧基聚氧乙烯醚）磷酸酯和烷基磷酸酯二乙醇胺盐等。其结构式如下：17.2.2阴离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.2.2磷酸酯及其磷酸酯盐烷基磷酸酯二乙醇胺盐也是抗静电剂P，是应用极为广泛的抗静电剂品种之一，由五氧化二磷与醇作用来合成。其反应式如下：17.2.2阴离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.3.1环氧乙烷加成物这类抗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。其典型化合物如下：17.2.3非离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.3.1环氧乙烷加成物17.2.3非离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.3.2多元醇酯典型化合物结构式如下：17.2.3非离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.3.2多元醇酯合成多元醇酯常用的醇类化合物如下：17.2.3非离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.3.2多元醇酯鉴于脂肪酸多元醇酯具有弱的亲水性，故能在完全不溶于水的乳化物（油类）与水或易溶于水的强亲水性乳化剂之间起偶联作用。这类酯在纤维表面形成薄膜后，能减少纤维表面的摩擦系数，从而在整理纤维后既具有抗静电性又不易沾污。聚乙二醇酯类非离子型抗静电剂。其反应式如下。17.2.3非离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.4.1季铵内盐具有高级烷基的季铵内盐，通常用具有长链烷基的叔胺与一氯乙酸钠反应的方法来制取。其反应式如下：17.2.4两性离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.4.1季铵内盐含有聚醚结构（如聚氧乙烯结构）的两性季铵盐，其结构式如下：17.2.4两性离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.4.2两性烷基咪唑啉１-羧甲基-１-β-羟乙基-2-烷基-2-咪唑啉盐氢氧化物是两性咪唑啉型抗静电剂的代表性品种，其结构式如下。17.2.4两性离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.4.2两性烷基咪唑啉其反应式如下：17.2.4两性离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.4.2两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、聚乙烯等优良的内用抗静电剂。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。据称相应的钙盐能经受聚丙烯纺丝时的苛刻条件，作为丙纶的内用抗静电剂性能优良，效果持久，实用性很强。17.2.4两性离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.4.3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，它们分别由三种不同的途径制得。反应式如下：17.2.4两性离子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.5.1聚酰胺聚酰胺树脂是通过以下反应制得的。在此反应式中，如尽可能减少氨基端基量，并适当调节分子量，就可以得到固体产物；反之，若大量保留氨基，则得到液态产物。因此聚酰胺树脂抗静电剂的品种很多，多用于印刷油墨中。17.2.5高分子型抗静电剂材料添加剂化学17.2.5.2乙烯基化合物的共聚物其反应式如下：17.2.5高分子型抗静电剂材料添加剂化学17.3抗静电剂在塑料及纤维中的应用1抗静电剂在塑料中的应用2抗静电剂在纤维中的应用材料添加剂化学17.3.1抗静电剂在塑料中的应用（1）塑料用抗静电剂的特点理想的内用抗静电剂必须满足下列基本要求：①具有良好的抗静电效果；②耐热性好，能经受树脂加工过程的高温；③与树脂兼容性好，不发生渗出现象；④不损害树脂的性能；⑤能与其他助剂并用；⑥不刺激皮肤，无毒；⑦价格低廉。材料添加剂化学17.3.1抗静电剂在塑料中的应用理想的外用抗静电剂的基本要求如下：①可溶解或可分散在溶剂中；②与树脂表面结合牢固，耐磨，耐洗涤；③有良好的抗静电效果，对环境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价格低廉。材料添加剂化学17.3.1抗静电剂在塑料中的应用（2）影响塑料用抗静电剂效果的因素：①与塑料的相容性②抗静电剂的表面浓度③协同作用④环境湿度材料添加剂化学17.3.1抗静电剂在塑料中的应用（2）影响塑料用抗静电剂效果的因素：材料添加剂化学17.3.2抗静电剂在纤维中的应用17.3.2.1纤维的抗静电方法（1）对纤维进行改性的抗静电方法①聚酰胺纤维（尼龙）的改性②聚酯纤维（涤纶）和聚丙烯腈纤维（丙纶）的改性（2）利用抗静电剂的方法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。材料添加剂化学17.3.2抗静电剂在纤维中的应用17.3.2.2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）纤维的类型材料添加剂化学17.3.2抗静电剂在纤维中的应用17.3.2.2影响抗静电剂在纤维上应用效果的因素（3）抗静电剂的结构材料添加剂化学17.3.2抗静电剂在纤维中的应用17.3.2.2影响抗静电剂在纤维上应用效果的因素材料添加剂化学17.3.2抗静电剂在纤维中的应用17.3.2.2影响抗静电剂在纤维上应用效果的因素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；一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。材料添加剂化学17.4抗静电剂的发展趋势1含抗静电剂的浓缩母粒2开发抗静电剂新品种3复配型抗静电剂4永久性抗静电剂材料添加剂化学17.4.1含抗静电剂的浓缩母粒塑料制品在加工成型时，添加的抗静电剂量很小，特别是使用粒状或粉状抗静电剂时，很难均匀分布在制品中，导致制品表面的抗静电性能不均匀，影响制品的使用性能。含抗静电剂的浓缩母粒是于树脂基料中加入百分之几至百分之几十的抗静电剂，制成颗粒状。使用时将其与基础树脂混合，然后加工成产品。由此使得抗静电剂在制品中分散较均匀，制品表面的物化性能较为一致，这种含抗静电剂的浓缩母粒称为抗静电母粒。材料添加剂化学17.4.2开发抗静电剂新品种（1）两性型抗静电剂两性化合物结构式如下：材料添加剂化学17.4.2开发抗静电剂新品种（2）阳离子型抗静电剂其结构通式如下：材料添加剂化学17.4.2开发抗静电剂新品种（3）非离子型抗静电剂其结构式如下：（4）烷氧基有机金属化合物（5）新剂型材料添加剂化学17.4.3复配型抗静电剂随着聚合物应用领域的不断扩大，对制品的性能要求不断提高，仅添加一种抗静电剂，很难满足综合性能的要求，若将不同类型或同类型不同结构的抗静电剂进行复配，可使应用性能显著提高。在聚丙烯酸树脂中添加含磺酸基或硫酸酯基的阴离子型或两性型抗静电剂的复配物，具有良好的抗静电效果。材料添加剂化学17.4.4永久性抗静电剂材料添加剂化学Thankyou