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抗静电剂在塑料中的应用(3)

时间:2014-01-15来源:未知 作者:chem 点击:
四、抗静电剂的近期发展趋势 目前国外抗静电剂发展速度很快,尤其是美国、西欧和日本等发达国家的研究人员都正致力于开发新型抗静电剂。如美国Witco公司、美国菲泽公司、Hoechst公司、KENICH石化公司、日本三洋化成

四、抗静电剂的近期发展趋势

目前国外抗静电剂发展速度很快,尤其是美国、西欧和日本等发达国家的研究人员都正致力于开发新型抗静电剂。如美国Witco公司、美国菲泽公司、Hoechst公司、KENICH石化公司、日本三洋化成工业公司均相继推出了新的产品。国外抗静电剂的发展趋势是趋向于持久、耐热、适用性广和品种系列化,此外用于计量和操作加工的固体抗静电剂品种也在逐渐增加。

今后国内研究方向主要是集中在开发耐高温、耐久性强、低毒或者无毒的抗静电剂,同时新型多功能母料的开发也十分引人关注,主要集中在非离子型抗静电剂、抗静电剂的复合和浓缩母粒的制造等方面。

许多亲水性聚合物的抗静电性能相对较好且稳定持久而被称为永久性抗静电剂。近年来,对此类永久性抗静电剂的开发研制工作进展较快,并已部分实现商品化生产。永久性抗静电剂与基础树脂之间以合金形式共混,均匀而细微地分散成线状或网状“导电通道”。许多学者通过研究基体高分子与亲水性聚合物(或其共聚物)组成的共混体系的结构状态发现,亲水性聚合物在特殊相容剂存在下,经较低的剪切力拉伸后,在基体高分子表面呈微细的筋状,即层状分散结构,而中心部分则接近球状分布。这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻,并且具有永久抗静电性能。

永久型抗静电剂可分为聚醚型和离子型两类。聚醚型如PEG型,包括聚酰胺或聚酯酰胺的聚氧乙烯醚体系,甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物等;离子型是通过高分子化学反应将小分子盐类引入高分子侧基得到的,如季铵盐型和磺酸盐型。与低分子量的表面活性剂类抗静电剂相比,永久型抗静电剂具有抗静电性能持久,对空气的相对湿度依赖性小,对制品的表面性能影响小等优点。代表产品如汽巴精化公司的Irgastat P22,在PP中使用可使表面电阻率降至1011Ω(10%添加量),既可排除成型品带电,又可防止膜表面吸尘。Goodrich公司研制的永久性抗静电母料STAT-RITE C2300非常引人注目,其化学组成可能是以PEO-ECH(表氯醇)共聚物为主要成分的高分子合金。当添加量为15~20%时,与PVC、PC、PET及PS系列高分子制成的复合材料具有永久性抗静电能力,热稳定性好。还有法国Arkema公司的Pebax永久性抗静电剂产品,具有良好的永久性和及时性,并且能够在低湿度环境下也具有良好的抗静电效果。不过,永久性抗静电剂目前普遍存在添加量大(一般用量为10~20%),制品成本高,以及影响制品本体性能等问题,尚不可能取代表面活性剂类抗静电剂。此外,永久性抗静电剂的相容剂和加工条件的选择等关键技术还需不断改进和完善,也制约着它的应用。

同时,所谓“本征导电性有机化合物”越来越引起人们的注意,它可以使塑料具有适宜的“特定的”电性能。一种吸引人的概念是所谓的高分子材料的传导“柔性”,即力学性能、可加工性能等与电性能相关,由此考虑可得到优良的综合性能。这种方法的原理是通过向半导体中加入适当的添加剂来产生导电性。这些添加剂可以分为两部分。

①具有高共轭性的聚合物(如多炔、聚苯胺、聚亚苯基、聚吡咯、磺化聚亚苯基、聚苯硫醚);
②电荷转移络合物(主要是四氰基对醌二甲烷)。
这两种添加剂都可通过部分氧化(如用I2,FeCl3,AsF5等)或还原作用(用Na,K,萘基金属钠,二苯甲酮酸锂)进行掺杂。
开发系列化、专用化的产品是抗静电剂的一个重要发展方向。如:日本的大日精华公司开发的ELECON系列抗静电剂,其中100型适用于聚苯乙烯(PS),300型适用于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP),400型则对聚氯乙烯(PVC)有很好的抗静电效果。国内则有以杭州市化工研究院、广东华南精细化工研究院为代表的研发和生产单位,开发系列产品。

五、抗静电剂的应用和市场情况

有机抗静电剂中应用得最多的是羟乙基脂肪胺,其次是磺化脂肪烃和脂肪酸多元醇酯(见表7)。聚烯烃(LDPE,HDPE,PP)制品消耗的抗静电剂最多,尤其是聚烯烃包装材料(见表8)。许多抗静电剂也用于苯乙烯聚合物(包装盒、箱)。用于PVC的比例要小得多。

表7 抗静电剂的应用比例

-

羟乙基脂肪胺

脂肪族磺酸盐

季铵化合物

酯类

脂肪酸酯

应用比例%

47.6

25.4

1.6

9.5

15.9


表8 用于聚合物的抗静电剂应用比例

-

PP

HDPE

LDPE/LLDPE

其它

PS/ABS

PVC

应用比例%

11

13

20

5

39

12

至今为止,在一些塑料,如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚砜、聚丙烯酸酯中不用添加型抗静电剂。部分原因是这些塑料需要的加工温度非常高,添加型抗静电剂可能会破坏一些特性,如聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯的透明性。所以,这些材料一直用涂覆型抗静电剂。

过去从美观和卫生的角度考虑,抗静电剂的主要功能是防止吸附灰尘。而现在,在生产、加工和塑料制品的加工过程中对生产技术的要求越来越高,生产工艺越来越复杂。在易燃易爆领域,含有高导电体(如炭黑、金属离子)的塑料应用越来越多,如采矿中用来包装易爆物品、传送带、手术室以及化学产品车间的地板。因此,表面活性剂类抗静电剂能否突破108的表面电阻率的极限不仅对科研人员是一种极大的挑战,对抗静电材料的应用也具有极其深远的影响。

抗静电材料在电子芯片领域的发展应用也迅速增加。这些电子芯片的结构非常复杂,操作的额定电流很小,非常敏感。操作过程中的火花放电和来自电磁场的脉冲信号都会对其微小结构部件造成损坏。今天的高科技技术可以将损坏降低到最小的程度,但是需要采取新的策略来保证敏感系统的质量和可靠性。因此不仅要了解需要防护的静电荷,允许迅速放电所采取的措施,还要防止交流电场的传播和相互作用。含有金属离子的塑料表面涂层或高导电油漆以及具有低体积电阻的热塑性塑料在这些领域都具有广泛的用途。

据统计,目前国内对于抗静电剂需求量至少达到5000t/a,而实际生产能力不到3000t/a,未来几年中国抗静电剂需求将以年均10% ~15%速度增长。由此可见目前国内抗静电剂的生产能力还不足,尤其是高性能新品种抗静电剂生产能力较小、品种较少,尚不能完全满足国内合成材料领域的需求。

作为包装材料,双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜有“包装皇后”的美誉,具有防潮、机械强度高、尺寸稳定性好、质软、无毒、无臭、使用范围广、印刷性能良好等优点。截止1997年,全球生产BOPP薄膜的公司共有187家,生产线380条以上,年产量超过250万t。尤其是,欧洲诸国,跨入90年代后,每年增加10万t。我国截至2001年底,共引进BOPP膜生产线110条,生产能力达110万t/a,装置开工率大多在80%以上。我国目前BOPP实际产量已达80万t/a。抗静电剂是BOPP薄膜助剂中需求量最大的品种之一。大多数用途的BOPP薄膜的生产过程中都需要添加抗静电母粒。抗静电剂(母粒)的国产化工作正逐步深化。

六、结论

随着包装行业的快速发展,塑料在包装中比例的逐步增加,塑料用抗静电剂的用量也会越来越大,其前景也越来越好。抗静电剂是一种复配型产品,提高单一原料的质量,强化复配后的抗静电效果,是抗静电剂提高品质和扩展应用领域必须的环节。专用料是产品细化后的一种必然趋势,品质较好,产品利润相对较高,结合市场,迅速切入专用料领域,是抗静电剂生产厂家要着手准备的工作。抗静电剂的应用过程仍存在较大的空间,从产品特点、应用性能、应用行业和领域等,均有大量的工作值得去开展。抓住国内经济环境的机遇,提高产品档次,从高档产品上展开和国外同行的竞争,应成为业内人士去关注的问题。


(责任编辑:chem)
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