使用外部抗静电剂,或者内部抗静电剂对材料进行抗静电处理,相对湿度、温度和表面浓度对抗静电性能有一定的影响。
1.湿度和温度的影响
用抗静电剂处理的塑料抗静电效果与其环境温度和湿度有关。湿度越高,温度越高,抗静电效果越好。实际上,室温下,温度变化对抗静电效果影响不大,但温度升高有增加抗静电性能的趋势,这是因为随着温度的升高,抗静电分子的迁移性增加。湿度的变化对抗静电效果影响很大。表面处理后用抗静电剂泄漏聚合物表面电荷,一般不仅仅是电子传导,还有离子电荷的移动。电荷的移动是由抗静电剂亲水基形成氢键引起的。由于抗静电剂具有吸湿性,吸湿后可产生离子基团,大大提高了塑料表面的导电性,促进抗静电效果的发挥。因此,环境湿度越高,抗静电效果越好。
2.影响树脂相容性
塑料内部抗静电剂采用表面活性剂,这种表面活性剂主要用于通过内部分子迁移,导电膜在表面形成。若塑料与所选抗静电剂相容性过好,抗静电剂分子之间的引力,抗静电剂分子的迁移难以进行,不能及时补充表面损失的抗静电剂,很难发挥良好的抗静电效果,必须添加过多的抗静电剂,但是添加过多,还会影响塑料的其他性能。若相容性差,往往会造成加工困难,同时,抗静电剂会大量沉淀,不仅影响产品的外观质量,而且沉淀的抗静电剂很快就会丢失,也很难保持持久的抗静电效果。因此,选择合适的亲水基和亲油基,寻求抗静电剂与树脂之间适当的相容性,首先要考虑抗静电剂,尤其是内部抗静电剂的分子设计。两者通常需要适当的互容性,又要能一定量地渗出表面,一旦停止渗出表面。表面抗静电剂损失后,内部抗静电剂能迅速渗出表面,恢复抗静电作用,这是理想的耐久性和抗静态性
电静电剂与树脂的相容性取决于聚合物材料的分子结构和抗静电剂的极性,极性相近者相容,极性差异大的不仅混合困难,还会影响塑料表面的质量和加工。实际上,很难选择合适的相容性,做大量的试验。
3.聚合物分子结构的影响
在与分子结构相关的参数中,首先考虑的是玻璃化温度(Tg)。在聚合物化合物链段分子运动的帮助下,抗静电剂迁移到塑料表面。塑料的玻璃化温度直接影响抗静电分子的迁移速度。玻璃化温度以上,聚合物分子微布朗运动,添加抗静电剂,借助分子链段运动不断迁移到表面。玻璃化温度低于,聚合物分子冻结,聚合物分子之间几乎封闭了抗静电剂,很难迁移到表面。
一般情况下,在玻璃化温度较低的塑料中,如PE、PP、软质PVC等,抗静电剂容易迁移到表面,抗静电性更容易维持。玻璃化温度高的塑料,如PS、ABS树脂、硬质PVC、PC、PET等,这些树脂中抗静电剂在室温下渗出性差,成型加工时,模具吸附抗静电剂沉淀,从模具表面转移到产品表面,在产品表面形成抗静电层。与树脂相容性差的抗静电剂,特别是在热加工过程中,它会以这种方式转移到产品表面。
玻璃化温度高的塑料,当玻璃化温度高于时,抗静电分子也很容易随着聚合物链段分子移动到表面。当然,即使在室温下,当聚合物处于稳定状态时,也有分子向表面迁移,只是速度慢。实际使用时,玻璃化温度高的塑料,除了抗静电剂的分子结构外,还需要适当增加添加量。有时为了加快迁移速度,可在高于玻璃化温度低于熔化温度的情况下加热,加剧聚合物分子运动,促进抗静电剂向表面迁移,为了快速显示抗静电性能。
除此之外,聚合物的结晶状态不同,抗静电剂的迁移率也不同。
4.抗静电剂表面浓度的影响
塑料制品表面分布抗静电剂,显示抗静电效果必须达到一定浓度,浓度称为临界浓度。各种抗静电剂的临界浓度因其化学结构、组成、极性、温度和使用而异。对于一般聚合物化合物来说,大约是0.5×10-2mg/cm2。理论上讲,产品表面的抗静电剂仅依靠空气中亲水基取向形成的单分子导电层,没有明显的抗静电效果。表面只有10个抗静电剂分子层以上厚度时,由于亲水基的取向性,会产生优异的抗静电效果。当然,表面抗静电剂的浓度完全取决于抗静电分子向表面迁移的速度。
5.其它添加剂的影响
在加工高聚物材料时,添加一些稳定剂、颜料、增塑剂、润滑剂、分散剂或阻燃剂。这些添加剂与抗静电剂的相互作用也会对抗静电效果产生很大影响。例如,阴离子稳定剂和阳离子抗静电剂很容易相互复合,不仅降低了抗静电性能,而且还降低了热稳定性。润滑剂通常能迅速迁移到聚合物表面,抑制抗静电剂的迁移。这就像在抗静电层上覆盖一层润滑油,抗静电剂表面浓度降低,显著影响抗静电效果;与此相反,还有一些润滑剂有助于抗静电剂的迁移。此外,形成表面润滑膜,减少摩擦,静电荷的产生也在一定程度上受到抑制。增塑剂会增加大分子链之间的距离,使分子运动更容易,提高了聚合物的孔隙率,有利于抗静电剂迁移到产品表面,发挥抗静电作用。一些增塑剂会降低聚合物的玻璃化温度,还能增加抗静电效果。各种添加剂对抗静电性能的影响,很难提前预测,目前大部分都是通过实验选择的
抗静电剂及其剂及其剂量。无机添加剂,如分散剂、稳定剂和颜料,一般吸附能力强,使抗静电剂难以迁移到表面,对抗静电剂的扩散迁移有反作用,抗静电效果会变差。大多数无机添加剂都是小颗粒,表面积大,抗静电剂易吸附,不能有效发挥抗静电作用。颜料颗粒在抗静电剂周围容易丰富,影响其向外扩散。例如,抗静电剂浓度相同ABS二氧化钛中加入后,降低抗静电作用。不同无机填料的吸附性不同,对抗静电效果的影响也不同。
此外,含卤阻燃剂会降低非离子抗静电剂的效率。聚合物中的弹性体也会降低抗静电剂的效率。例如,在聚丙烯和橡胶的复合材料中,橡胶成分周围发现抗静电剂,使其难以迁移到表面。在抗静电剂的实际配方中,特别注意与其它添加剂的相互影响。
6.加工过程的影响
抗静电产品的加工方法不同,抗静电剂的分散状态和迁移速度也不同,抗静电效果不同。若聚合物在熔化状态下成型,立即在低于玻璃化温度的室温下冷却,抗静电剂很难扩散到产品表面,抗静电效果不够。若产品在高于玻璃化温度的环境下冷却,由于大分子链段运动有助于抗静电扩散,不仅产品能表现出足够的抗静电效果,即使用摩擦或水清洗表面的抗静电剂,其抗静电效果也能迅速恢复。
另外,根据抗静电剂厂家