抗靜電劑是一種為了緩和或防止高分子材料產(chǎn)生靜電而添加的涂飾劑。目前高分子材料廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，而由于靜電積累導(dǎo)致短路、火災(zāi)甚至爆炸事情并不少見，因此采取一定措施消除靜電受到全球重視，抗靜電劑研究、生產(chǎn)與使用十分活躍。
1．抗靜電劑種類
抗靜電劑主要是一類表面活性劑物質(zhì)，按使用方式可以分為外部抗靜電劑和內(nèi)部抗靜電劑兩大類。外部抗靜電劑基本要求是牢固結(jié)合在樹脂表面、抗靜電效果好、適應(yīng)于多種環(huán)境、不污染制品和環(huán)境；內(nèi)部抗靜電劑要求與樹脂相容性好、不影響樹脂物理性能、抗靜電性能高且持久、耐熱性好能經(jīng)受住樹脂高溫加工、毒性小，特別要求與其他樹脂助劑并用不產(chǎn)生相抗作用等。常用抗靜電劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分主要有陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型。
陰離子型抗靜電劑，該類抗靜電劑分子活性部分主要是陰離子，如烷基磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、二硫代氨基甲酸鹽、羧酸鹽等。該類產(chǎn)品主要用于化纖油劑和油品的抗靜電劑，在塑料工業(yè)中除某些烷基磷酸酯和烷基硫酸酯用于PVC和聚烯烴作為內(nèi)部抗靜電劑使用，大部分用作外部抗靜電劑。其中聚合型陰離子抗靜電劑，如馬來酸酐與其他單體共聚物鹽類、聚丙烯酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽等，與被處理的基料具有良好粘附性，是性能不錯的永久性外部抗靜電劑。
陽離子型抗靜電劑，該類抗靜電劑主要包括各種胺鹽、季銨鹽、烷基氨基酸鹽等，其中季銨鹽最為重要，抗靜電性能優(yōu)良，對高分子材料有較強(qiáng)的附著力，廣泛用作纖維和塑料抗靜電劑，主要品種有硬脂酸三甲基氯化銨和硬脂酸二甲基戊基氯化銨常用于合成纖維抗靜電劑，也作為塑料外部抗靜電劑；烷基叔胺硝酸鹽是重要塑料抗靜電劑，代表品種為SN，采用硬脂酸與N，N-二甲基丙胺縮合，再與環(huán)氧乙烷和硝酸進(jìn)行季銨化反應(yīng)制得，廣泛用作聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚乙烯、聚丙烯和聚酯等內(nèi)外抗靜電劑；烷基叔胺硫酸酯鹽是合成纖維重要抗靜電劑，代表品種抗靜電劑TM，是由三乙醇胺與硫酸二甲酯合成而得，主要用于丙烯腈纖維、聚酯、聚酰胺等合成纖維；硬脂酰胺丙基二甲基-β-羥乙基胺二氫磷酸鹽是一種效果不錯的塑料內(nèi)外抗靜電劑。 非離子型抗靜電劑，該類抗靜電劑分子本身不帶電荷，而且極性很小，通常具有一個較長的親油基，與樹脂有良好相容性，是合成材料良好的內(nèi)部抗靜電劑，主要有聚乙二醇酯或醚類、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪酸乙氧基醚等化合物。其中甘油脂肪酸單和雙酯、山梨糖醇脂肪酸酯等熱穩(wěn)定性好，并賦予制品透明性，適用于聚烯烴和軟質(zhì)PVC的內(nèi)部抗靜電劑；脂肪酸聚乙二醇酯與樹脂相容性好，是聚烯烴良好的內(nèi)部抗靜電劑；脂肪醇或烷基酚為起始劑的環(huán)氧乙烷的加合物聚醚作為內(nèi)部抗靜電劑，適用于PVC、ABS、聚烯烴和聚苯乙烯等；長鏈烷基胺與環(huán)氧乙烷加合物是適應(yīng)于聚烯烴、薄膜、板材和模塑制品的高效抗靜電劑；烷基醚醇胺類化合物代表產(chǎn)品是美國氰胺公司的Cyastat 477，具有良好熱穩(wěn)定性，是高密度聚乙烯和聚苯乙烯的高效抗靜電劑；脂肪酸烷醇酰胺及其酯作為抗靜電劑適應(yīng)于聚苯乙烯、硬質(zhì)PVC及低密度聚乙烯。
兩性型抗靜電劑，該類物質(zhì)作為抗靜電劑使用主要有季銨羧酸內(nèi)鹽、咪唑啉金屬鹽等。如十二烷基二甲基季銨乙內(nèi)鹽是幾乎適合各種合成纖維的良好外部抗靜電劑，同時也適于塑料和感光材料，作為內(nèi)外部抗靜電劑，能賦予材料良好耐熱和附著性能；聚醚型季銨羧酸內(nèi)鹽也是一種效果不錯的合成纖維用抗靜電劑；咪唑類金屬鹽與多種樹脂有良好相容性、熱穩(wěn)定性好，是聚烯烴優(yōu)良的內(nèi)部抗靜電劑，也可以用于合成纖維。 其他，還有許多化合物或材料，不屬于表面活性劑范疇，但是能與某種抗靜電劑配合使用，起到抗靜電或增效的目的，如導(dǎo)電性炭黑、金屬粉末、金屬氧化物、羧酸鹽、硅酸鹽、硅鋁酸鹽、金屬有機(jī)化合物、鹵化物、聚乙烯基型陽離子樹脂、聚丙烯酸酯型陽離子樹脂及某些經(jīng)過表面處理的玻璃纖維填料可以作為導(dǎo)電性填料和助抗靜電作用。
2．研究與開發(fā)現(xiàn)狀
我國抗靜電劑在20世紀(jì)年代中后期開始發(fā)展，許多科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)開發(fā)出一些品種，以非離子表面活性劑為主，目前常用的品種有，大連輕工研究院開發(fā)的硬化棉籽單甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸鈉）、DPE（烷基二苯醚磺酸鉀）；上海助劑廠開發(fā)目前多家企業(yè)生產(chǎn)的抗靜電劑SN（十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽），另外該廠生產(chǎn)的抗靜電劑PM（硫酸二甲酯與乙醇胺的絡(luò)合物）、抗靜電劑P（磷酸酯與乙醇胺的縮合物）；北京化工研究院開發(fā)的ASA-10（三組份或二組份硬脂酸單甘酯復(fù)合物）、ASA-150（陽離子與非離子表面活性劑復(fù)合物），近年來又開發(fā)出ASH系列、ASP系列和AB系列產(chǎn)品，其中ASA系列抗靜電劑由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非離子表面活性劑；ASB系列產(chǎn)品則為有機(jī)硼表面活性劑（主要是硼酸雙多元醇脂與環(huán)氧乙烷加成物的脂肪酸酯）與其他非離子表面活性劑復(fù)合而成；ASH和ASP系列主要是陽離子與非離子表面活性復(fù)合而成，杭州化工研究所開發(fā)的HZ-1（羥乙基脂肪胺與一些配合劑復(fù)合物）、ECH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工業(yè)研究所開發(fā)的IC-消靜電劑（咪唑-氯化鈣絡(luò)合物）；上海合成洗滌劑三廠開發(fā)生產(chǎn)的SH系列塑料抗靜電劑，已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，在使用效果和性能上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，部分品種可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，如SH-102（季銨鹽型兩性表面活性劑）、SH-103、104、105等（均為季銨鹽型陽離子表面活性劑），SH抗靜電劑屬于結(jié)構(gòu)較新的帶多羥基陽離子表面活性劑；濟(jì)南化工研究所JH-非離子型抗靜電劑（聚氧乙烯烷基胺復(fù)合物）等；河南大學(xué)開發(fā)的KF系列等，如KF-100（非離子多羥基長碳鏈型抗靜電劑）、KF-101（醚結(jié)構(gòu)、多羥基陽離子永久型炕靜電劑），另外還有聚氧乙烯醚類炕靜電劑，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯專用抗靜電劑202、203、204等；抗靜電劑TM系列產(chǎn)品也是目前國內(nèi)常用的抗靜電劑，主要用于合成纖維領(lǐng)域。由于一種抗靜電劑在抗靜電效果、持久性和對材料性能影響等方面有自已特點，所以大量開發(fā)幾種表面活性劑復(fù)合而成的抗靜電劑品種；另外從應(yīng)用角度看，關(guān)于聚烯烴、聚苯乙烯、軟質(zhì)PVC等制品的抗靜電技術(shù)已基本取得突破，國內(nèi)開發(fā)與生產(chǎn)基本能夠滿足需求，但是諸如硬質(zhì)PVC、ABS及其他工程塑料存在的抗靜電持久性差的問題尚沒有完全解決，國內(nèi)也在加快開發(fā)力度；國內(nèi)廣東工業(yè)大學(xué)和華南理工大學(xué)開發(fā)的采用魚油改性做為抗靜電劑值得關(guān)注，魚油的主要成份是不飽和脂肪酸甘油酯，通過酯交換法，將魚油與甘油進(jìn)行醇解，在堿催化劑下制備甘油酯，作為抗靜電劑，特別適合用于食品包裝材料中；由于塑料等高分子材料實際使用抗靜電劑量很少，采用混煉法添加抗靜電劑很難均勻分布于制品中，因此采用母粒形式加入，因此抗靜電母粒載體樹脂選擇和制備是非常關(guān)鍵和有意義的工作，在選擇母粒的載體樹脂時，為了確保抗靜電劑的均勻分散，通常選用熔融指數(shù)較高的牌號，因此無論聚丙烯還是聚乙烯抗靜電母粒的熔融指數(shù)都比基礎(chǔ)樹脂要高。
國內(nèi)有不少企業(yè)開發(fā)與生產(chǎn)塑料抗靜電母粒，如上海杰事杰新材料股份有限公司開發(fā)的ABS系抗靜電樹脂母粒，以杭州化工研究院新開發(fā)的HKD-510作為抗靜電劑，以ABS、HIPS為基本樹脂，另外加入一種能提高HKD-510液體抗靜電劑吸附效果而不影響抗靜電劑向表面遷移能力的固體粉末材料作為第三組份，可以大大提高母粒中抗靜電劑含量，使用效果非常好，適于聚烯烴、PVC和ABS樹脂等。從抗靜電劑發(fā)展來看，高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產(chǎn)品，尤其是在精密的電子電氣領(lǐng)域，目前國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)利用聚合物合金化技術(shù)開發(fā)出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進(jìn)展。
