聚烯烃已经成为当今世界上最大份额的合成材料,聚烯烃树脂性能优异,价格低廉,广泛应用于国民经济和人民生活的各个领域,其生产能力和需求标志着一个国家的石化工业水平和人民的生活水准。聚烯烃塑料具有优良的绝缘性能,如PP、PE体积电阻率一般在1017~1019 Ω/cm ,但其绝缘性有时在很多场合会遇到麻烦,甚至造成很大损失,如制造PE、BOPP薄膜时,易发生电击现象。塑料制品易吸尘,这样会降低使用价值。静电火花还会引起爆炸,火灾等重大事故。因此如何消除和减少聚烯烃塑料及其制品的静电危害已成为当前高分子材料领域急需解决的重要技术课题。[1] 针对聚烯烃加工和使用过程中的静电问题,大多采用加入抗静电剂和其他相应助剂或填料的方法来降低其所积累的静电量,使制品的综合性能达到比较理想的效果。本文通过分析高分子材料的抗静电机理,描述了抗静电聚烯烃的研究进展和前景。
抗静电原理
绝缘体由于摩擦在干燥的空气中容易产生静电荷,从而给加工和使用造成巨大的危害。防止静电危害的方法从本质上来讲就是减轻或防止摩擦以减少静电荷的产生,或者通过各种途径使静电荷很快的泄漏掉。在20℃时,高聚物试样的ρs低于1010Ω,就可认为该高聚物有很好的抗静电性能:若ρs=1010~1012 Ω,就可认为为该高聚物有良好的抗静电性能;当ρs=1012一1014Ω就可认为该高聚物有适度的抗静电作用;当ρs=1014~1015Ω只有很弱的抗静电作用;当ρs高于1015Ω时,则认为没有抗静电作用。[2] 目前抗静电聚烯烃复合材料加工方法主要有添加导电填料法,添加抗静电剂法和与结构型导电高分子材料共混等。
1.1 添加导电填料法
这类方法是将无机导电填料掺入到聚烯烃材料基体中。目前用碳黑填充的应用最广,这是因为碳黑原料易得、价廉、导电性能持久稳定,还可大幅度地调整导电性能。碳黑本身的体积电阻在0.1~10.2Ω之间,是天然的半导体。在树脂复合物中,当碳黑粒子与粒子间相互接触形成网状网络或碳黑粒子间隙为几个10~10m时,就可形成导电通路[3]。因此,由碳黑填充制成的复合型抗静电高分子材料是目前用途较广、用量较大的一种抗静电材料。也可以采用金属类填料,主要包括金属粉末(Ag、Cu、Al、Ni等)、金属纤维(铜纤维、铝纤维、不锈钢纤维、合金纤维等)和金属氧化物。
1.2 添加抗静电剂
抗静电剂的作用机理[4]是在材料表面形成导电层,降低其表面电阻率,使产生的静电荷迅速泄漏, 赋予材料表面一定的润滑性,降低摩擦系数,抑制和减少静电荷的产生。所以,抗静电剂的极性、与基材的相容性及它在材料中的分散性均影响抗静电效果。抗静电剂根据分子中的亲水基能否电离和离子化特征,可以将抗静电剂分为阳离子型、阴离子型、两性型、非离子型和高分子型,表1列出了抗静电剂种类及其适用树脂。[5]通常,既要使抗静电剂与基体有一定的相容性,但又不能太强;极性基材应选择离子型抗静电剂,而非离子型抗静电剂更适于弱极性或非极性聚合物。