抗静电剂.ppt

抗静电剂 1 目录 概念 分类 工作原理 PPT模板下载 影响因素 发展前景 2 第一讲抗静电剂的概念 3 静电是什么 4 物体有原子构成 原子中存在着正电荷和负电荷 一般情况下两者是等量平衡分布的 对外没有电性 但在某些情况下 电荷的分布会变得不平衡 有的地方同属性的正电荷或者负电荷过于集中 就形成了静电 静电产生原理 静电有着很大有趣的现象 对人类生活有着有利或者不利的影响 比如 静电可以吸附较轻的羽毛 5 生活中静电危害 6 因纤维与纤维 纤维与机器间的摩擦 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 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 工业静电的危害 7 为了避免以上静电危害的发生 抗静电剂应运而生 抗静电剂是指添加于塑料内部或直接涂敷在其制品表面 降低塑料的表面电阻率或体积电阻率 适度增加导电率 防止静电蓄积作用的化学助剂 它没有自身活动的电子 属于表面活性剂范畴 8 第二讲抗静电剂的分类 9 两大类 应用方法 化学组成 PPT模板下载 10 应用方法 外涂型抗静电剂 内混型抗静电剂 PPT模板下载 11 外涂型抗静电剂 外涂型抗静电剂是指涂在高分子材料表面所用的一类抗静电剂 一般用前先用水或乙醇等将其调配成质量分数为0 5 2 0 的溶液 然后通过涂布 喷涂或浸渍等方法使之附着在高分子材料表面 再经过室温或热空气干燥而形成抗静电涂层 此种多为阳离子型抗静电剂 也有一些为两性型和阴离子型抗静电剂 定义 12 外涂型抗静电剂 优点 1操作简单用量较少2不影响成品的成型加工性能3速效适用范围广4在应用方面不受树脂类型 制品特性局限 优缺点 缺点 1使用寿命短时效性差2抗静电涂层容易脱落消失 13 内混型抗静电剂 内部混联法则是将抗静电剂与树枝机械混合后再加工成型 均匀分布在整个聚合物内 由于相容性有限 加工后经过一段时间 分子由材料内部向表面迁移 并在表面形成均匀的特定抗静电剂分子层 其中亲水基向空气一侧 亲油基植于树脂内部 由于蓄积在树枝内部的抗静电剂分子随时都有向外部迁移倾向 即使在加工使用的过程中因为摩擦 洗涤等原因致使抗静电剂分子层缺失 内部的分子还可以迁移向表面 从而恢复其抗静电性能 因此又称永久性抗静电剂 定义 14 内混型抗静电剂 优点 1添加量较少2应用方便 优缺点 缺点 1对树脂 加工温度 制品性能等条件较为敏感 15 化学组成 阳离子型 两性型 PPT模板下载 阴离子型 非离子型 16 阳离子抗静电剂 通常是些长链的烷基季铵 磷或鏻盐 以氯化物作平衡离子 它们在极性基质中 如硬质聚氯乙烯和苯乙烯类聚合物中效果很好 但对其热稳定性有不良影响 这类抗静电剂通常不得用于与食物接触的物品中 主要用作毛纺 化纤等静电消除剂 17 阳离子型抗静电剂 优点 1兼有柔软平滑作用2具有杀菌效果可以防止衣物发霉 优缺点 缺点 1与阴离子抗静电剂相容性不好2价格较贵3热稳定性差在高温加工条件下容易引起热变色4在食品与药品包装材料中应用受到限制 18 阴离子抗静电剂 通常是些烷基磺酸 磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐 也是主要用于聚氯乙烯和苯乙烯类树脂中 它们在聚烯烃类树脂中的应用效果与阳离子抗静电剂相似 19 阴离子型抗静电剂 优点 1水溶性较好2在聚氯乙烯等高聚物中应用效果非凡3在某些情况下与热稳定体系产生协同效果 优缺点 缺点 1添加量过大 可能会产生不良效果 20 两性型抗静电剂 两性型抗静电剂是在一定条件下既具有阳离子活性剂作用 又具有阴离子活性剂作用 并且能与这两种离子形成的表面活性剂配合使用 与高分子材料有较好的相容性 具有较好的高温性能 是优良的内加型抗静电剂 定义 例子 羰基甜菜碱 磺酸基甜菜碱 烷基丙氨酸 21 ADDYOURTEXTHEREADDYOURTEXTHERE John Tony Tom ADDYOURTEXTHEREADDYOURTEXTHERE ADDYOURTEXTHEREADDYOURTEXTHERE ADDYOURTEXTHEREADDYOURTEXTHERE 非离子型抗静剂 定义 非离子型抗静电剂是不带电荷且极性很小的表面活性物 在水中不离解成离子 无法通过自身导电来泄漏电荷 其抗静电效果明显不及离子型抗静电剂 以聚氧乙烯衍生物为主 因此又称为聚醚或聚醚醋型抗静电剂 例子 比较常见的有 聚氧乙烯烷基醚 聚氧乙烯烷基酷 聚氧乙烯烷基胺 聚氧乙烯烷基酞胺 烷基多元醇等 22 非离子型抗静电剂 优点 1耐酸耐碱2可以与离子型抗静电剂混用3醚型可以增加洗净 浸透和分散均匀性4酯型可以增加分散和平滑型5毒性低腐蚀性小价格便宜 优缺点 23 特别添加 高分子抗静电剂 高分子型抗静电剂是近年来出现的一类新型抗静电剂 聚季按盐结构等导电性单元的高分子聚合物 是一种分子内含有聚环氧乙不同于传统的表面活性剂类 24 高分子型抗静电剂 1具有持久的抗静电效果2不受擦拭 洗涤等应用条件的影响 3对空气的相对湿度依赖性小 4带电压低 且衰减速度快 5不会降低塑料本身的机械性能 表面特性和耐热性6热稳定性好 不影响成型制品的耐热性7适用的树脂面广 在各种树脂中的分散性好 特点 25 第三讲抗静电剂的作用机理 26 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 复习 27 应用方法 外涂型抗静电剂作用机理 内混型抗静电剂作用机理 PPT模板下载 28 外涂型抗静电剂 外观 淡黄色透明液体类型 阳离子表面活性剂特性 显著降低塑料制品的表面电阻 使其达到10 抗静电效果迅速 优良 外涂型抗静电剂溶于水 乙醇 异丙醇等溶剂及其混合溶剂 指标 游离酸碱度 5mgKOH g挥发份 50 3 29 A 外涂型作用机理 此类抗静电剂加到水里 抗静电剂分子中的亲水基就插入水里 而亲油基就伸向空气 当用此溶液浸渍高分子材料时 抗静电剂分子中的亲油基就会吸附于材料表面 浸渍完后干燥 脱出水分后的高分子材料表面上 抗静电剂分子中的亲水基都向着空气一侧排列 易吸收环境水分 或通过氢键与空气中的水分相结合 形成一个单分子导电层 使产生的静电荷迅速泄漏而达到抗静电目的 30 实用例子 纺织业 纺织面料中的静电现象很早就被人们发现 1759年罗伯特 赛默在做羊毛和丝摩擦起电的实验时 第一次记载了纺织纤维间摩擦起电的现象 纺织静电起电的基本机理就是摩擦起电 当材料经过摩擦或相互接触时 织物就会积聚大量的静电 产生很高的静电电压 因物质电阻大则电荷的释放也就比较慢 静电的产生是一种物理现象 物质结构不同的材料接触时 由于费米能级不同 两种物质内则会有电子的转移 从而使物质带上异号电荷 两种物质再分离时 则分别带上了符号不同的电荷 31 实用例子 纺织业 纺织材料静电序列排序的大致趋势是 聚酰胺类纤维靠近正电荷的一端 纤维素纤维排在表的中间 碳链纤维在负电荷一端 当测试条件 特别湿度化时 类与类之间前后顺序较少变化 但各类内部则有所颠倒 这说明纺织材料的静电起电不仅与材料的化学结构有关 还与材料的物理结构 表面状态和存在的杂质有密切关系 32 实用例子 纺织业 以国产抗静电剂TM为代表的阳离子型 其化学结构式为 33 实用例子 纺织业 34 B 内混型抗静电剂 在高分子材料成型过程中 如果其中含有足够浓度的抗静电剂 当混合物处于熔融状态时 抗静电剂分子就在树脂与空气或树脂与金属 机械或模具 的界面形成最稠密的取向排列 其中亲油基伸向树脂内部 亲水基伸向树脂外部 待树脂固化后 抗静电剂分子上的亲水基都朝向空气一侧排列 形成一个单分子导电层 在加工和使用中 经过拉伸 摩擦和洗涤等会导致材料表面抗静电剂分子层的缺损 抗静电性能也随之下降 但是不同于外涂敷型抗静电剂 经过一段时间之后 材料内部的抗静电剂分子又会不断向表面迁移 使缺损部位得以恢复 重新显示出抗静电效果 由于以上两种类型抗静电剂是通过吸收环境水分 降低材料表面电阻率达到抗静电目的 所以对环境湿度的依赖性较大 显然 环境湿度越高 抗静电剂分子的吸水性就越强 抗静电性能就越显著 35 实用例子 尼龙PA6 PA6具备耐磨度好 强度大 弹性好 表面光泽度高等一系列优点 广泛地应用于服装 地毯的制造 但是吸湿性 抗静电性能差 影响了进一步应用 所以 如何提高PA6的抗静电性能就成为一个问题 现在对于PA6的抗静电性能提高大多数采用内混法 在此实用PEG 聚乙二醇 为例进行讲解 36 实用例子 尼龙PA6 在PA6 PEG共聚物的制备过程中 主要分为两个阶段 1 以去离子水为催化剂 己二酸为封端剂 己内酰胺发生开环反应后得到两端均为羧基的PA6预聚体反应方程式如下 37 加入PEG后 PEG的羟基与PA6预聚体的端羧基发生酯化反应生成共聚物 PA6 PEG共聚物的合成反应方程式如下 实用例子 尼龙PA6 38 实用例子 纺织业 缺失基团 39 高分子永续型抗静电剂 高分子永久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 因为高分子永久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 40 高分子抗静电剂 靠在聚合物内部形成一个具有导电能力的渗滤网络 并以此为通路逸散静电荷 降低表面或体积电阻 高分子永久型抗静电剂的抗静电机理是质子导电而不是小分子抗静电剂的表面吸湿导电 因而其抗静电性受环境的相对湿度影响较小 高分子永久型抗静电剂与基体聚合物有相似的分子结构 其在基体材料内部分散性好 呈丝状或网状形态 不影响原有材料的机械性质 热性质 外观特性以及光学特性 并能与阻燃剂共同使用 41 高分子抗静电剂 抗静电剂在材料内部形成连续的 岛 岛 在外界电场作用下可能产生极化 界面极化和偶极极化等 而极化了的狭长的相互距离很近的 岛 之间会产生放电 从而消除静电压 其抗静电性与环境相对湿度依赖性小 即使在相对湿度仅为30 时仍然有优良的抗静电性 42 岛状结构图 43 第四讲抗静电剂的影响因素 44 分子结构和特征基团性质及添加量 相近相容原理 其它添加剂的影响 PPT模板下载 加工过程的影响 45 分子结构和特征基团性质及添加量 1 基团种类2 分子量3 临界胶束浓度 46 相近相容原理 1 极性端基2 非极性端基 47 其它添加剂的影响 1 阴离子型稳定剂2 增塑剂3 润滑剂 48 加工过程的影响 1 熔融状态2 玻璃化温度 49 第五讲抗静电剂的发展前景 50 我国的前景 我国 随着人们环保意识的不断增强 绿色化工已成为今后发展的主要方向 各类低毒 无毒的抗静电剂将越来越受到食品包装业 电子产业的青睐 这类抗静电剂的研究已日益受到关注 1 复合型抗静电剂2 多功能抗静电浓缩母粒3 重视新品种的研制和开发 非离子型抗静电剂4 高分子抗静电剂 51 发展前景 Cahy ADDYOURTEXTHEREADYOURTEXTHERE John Tom OURTEXTHEREADDYOURTEXTHERE ADDYOURTEXTHEREADURTEXTHERE ADDRTEXTHEREADDYOURTEXTHERE 那么问题来了 以上几种类型的抗静电剂都有什么特点呢 非离子型抗静电剂 复合型抗静电剂 多功能浓缩抗静电母粒 高分子永久性抗静电剂 52 抗静电剂各自特点 1 非离子型抗静电剂由于非离子型抗静电剂热稳定性能好 价格较便宜 使用方便 对皮肤无刺激 是抗静电基材中不可缺少的抗静电剂 具有良好的应用前景 2 复合型抗静电剂复合型抗静电剂是利用各组分的协调效应原理开发出来的 各组分互补性强 抗静电效果要优于单一组分 但要注意各种抗静电剂之间的对抗作用 如阳离子型和阴离子型的抗静电剂不能同时使用 53 抗静电剂各自特点 3 多功能浓缩抗静电母粒由于抗静电剂多为粘稠液体 而且其中一部分为极性聚合物 在塑料中分散困难 带来使用上的不便 多功能浓缩母粒分散性均匀 操作方便 具有发展前途 4 高分子永久性抗静电剂由于高分子永久性抗静电剂的耐久性好 所以一般用于对于抗静电效果要求严格