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1、助剂化学课件助剂化学课件9 9章章 抗静电剂和柔软剂抗静电剂和柔软剂n合成材按照表面电阻率来分合成材按照表面电阻率来分:n10105 5.cm.cm-1-1 可导性材料；可导性材料；10 101414.cm.cm-1 -1 n绝缘材料绝缘材料 10109 9-10-101414.cm.cm-1 -1 抗静电材料抗静电材料在工业上采用抑制静电荷的产生和促进电荷的泄漏来在工业上采用抑制静电荷的产生和促进电荷的泄漏来解决解决材料的带电问题材料的带电问题。有以下几种方法。有以下几种方法 1 1 提提高高材材料料加加工工环环境境和和使使用用场场所所的的湿湿度度，有有利利于于抑抑制制电电荷荷的的产产生生和
2、促进电荷的泄漏和促进电荷的泄漏 2 2聚合物进行结构改性，引入极性化或离子化基团聚合物进行结构改性，引入极性化或离子化基团,提高导电性；提高导电性；n3 3 在材料加工过程中利用导电装置或在制品中加入导电性材料；在材料加工过程中利用导电装置或在制品中加入导电性材料；n4 4 用氧化剂或采用电晕放电处理制品表面，提高高分子材料用氧化剂或采用电晕放电处理制品表面，提高高分子材料n 表面的导电性；表面的导电性；n5 5 在高分子材料中添加导电性填料，如炭黑、金属氧化物粉在高分子材料中添加导电性填料，如炭黑、金属氧化物粉n 末或金属粉末；末或金属粉末；n6 6 采用导电性高分子材料或导电性涂料进行表面
3、预处理；采用导电性高分子材料或导电性涂料进行表面预处理；n7 7 添加抗静电剂，提高高分子材料的极性或吸湿性。添加抗静电剂，提高高分子材料的极性或吸湿性。抗静电剂抗静电剂n添添加加在在树树脂脂、燃燃料料中中或或涂涂附附在在塑塑料料制制品品、合合成成纤纤维维表表面面的的用用以以防防止止高高分分子子材材料料和和液液体体燃燃料料静静电电危危害害的的一一类类化化学学添添加加剂剂统统称为称为抗静电剂抗静电剂。n抗抗静静电电剂剂按按化化学学结结构构来来说说一一般般都都是是表表面面活活性性剂剂，其其分分子子中中有有极性基团和非极性基团。极性基团和非极性基团。n常常用用的的极极性性基基团团(即即亲亲水水基基)
4、有有：羧羧酸酸、磺磺酸酸、硫硫酸酸、磷磷酸酸的的阴离子，胺盐、季胺盐的阳离子，以及阴离子，胺盐、季胺盐的阳离子，以及-OH-OH，-O-O-等基团。等基团。n常用的非极性基团常用的非极性基团(即亲油基即亲油基)有：烷基、芳烷基等。有：烷基、芳烷基等。分类分类n按结构分类按结构分类 （主要依据其极性基团）主要依据其极性基团）n阴离子型阴离子型n阳离子型阳离子型n非离子型非离子型n两性离子型两性离子型n高分子型高分子型n复配型抗静电剂。复配型抗静电剂。n按使用方法抗静电剂可分为按使用方法抗静电剂可分为：n外部涂层用（暂时性）外部涂层用（暂时性）n内部添加用（混炼型）内部添加用（混炼型）n按抗静电剂
5、与材料的结合方式可分为按抗静电剂与材料的结合方式可分为：n反应型反应型n混入型混入型n按抗静电剂的用途可分为：按抗静电剂的用途可分为：n塑料加工用塑料加工用n纤维加工用纤维加工用n涂料用涂料用n油品用抗静电剂等。油品用抗静电剂等。9.2 9.2 抗静电剂的作用机理抗静电剂的作用机理n1 1静电的产生与积累静电的产生与积累n两两种种不不同同物物质质的的表表面面相相互互接接触触，瞬瞬间间就就能能产产生生电电荷荷，而而很很小的静电荷，就足以形成极高的静电压。小的静电荷，就足以形成极高的静电压。n一一般般来来说说，分分子子中中含含有有极极性性基基团团较较多多的的聚聚合合物物易易带带正正电电，而而非非极
6、极性性聚聚合合物物则则带带负负电电荷荷。静静电电荷荷的的积积累累是是造造成成静静电电灾灾害的根源。害的根源。n静静电电荷荷的的积积累累既既可可发发生生存存固固固固界界面面上上也也能能发发生生产产固固气、固液相界面上。气、固液相界面上。n(1)(1)纤维的静电现象纤维的静电现象 n羊毛、尼龙、人造毛等具有酰胺键的纤维是倾向于带正电羊毛、尼龙、人造毛等具有酰胺键的纤维是倾向于带正电n而聚酯，聚丙烯腈等带负电。而聚酯，聚丙烯腈等带负电。n(2)(2)其他高分子材料的静电现象其他高分子材料的静电现象 n高高分分子子材材料料的的带带电电主主要要是是由由于于高高分分子子材材料料的的高高表表面面电电阻阻，致
7、致使使所所产产生生的的静静电电荷荷一一时时很很难难泄泄漏漏，积积累累的的静静电电荷荷越越来来越越多多而而造成的。造成的。n(3)(3)液体燃料的起电液体燃料的起电n绝对纯净的有机液体一般由于没有离子不易起电绝对纯净的有机液体一般由于没有离子不易起电n但石油产品在炼制和输送过程中不可避免地带进杂质如有机但石油产品在炼制和输送过程中不可避免地带进杂质如有机金属盐、氧化产物、沥青等，其浓度只要达到金属盐、氧化产物、沥青等，其浓度只要达到l0l0-9-9g/Lg/L，就可，就可以严重起电，当油品通过管壁、微孔过滤器时，油中如正离以严重起电，当油品通过管壁、微孔过滤器时，油中如正离子吸附在管壁，而负离子
8、留在液体内，液体流动，电荷通过子吸附在管壁，而负离子留在液体内，液体流动，电荷通过液体导走，液体在储油罐中建立电场发生火花放电。液体导走，液体在储油罐中建立电场发生火花放电。n2 2静电的逸散静电的逸散n体积传导体积传导n表面传导表面传导 主要主要n向空气中辐射向空气中辐射(1)(1)电荷的表面传导电荷的表面传导：水水是是高高介介电电常常数数的的液液体体，与与干干燥燥的的塑塑料料和和纺纺织织品品相相比比具具有有很很高高的的导导电电性性，如如果果在在高高分分子子材材料料表表面面附附着着一一层层薄薄薄薄的的连连续续相相的水就能起到泄漏电荷的作用的水就能起到泄漏电荷的作用。n表表面面活活性性剂剂型型
9、抗抗静静电电剂剂的的亲亲油油基基吸吸附附在在材材料料表表面面，而而亲亲水水基基排排列列在在材材料料空空气气界界面面，这这些些稠稠密密排排列列的的亲亲水水基基容容易易吸吸收收环环境中的微量水分，而形成一个单分子导电层。境中的微量水分，而形成一个单分子导电层。n当抗静电剂为离子型化合物时，本身便具有离子导电作用；当抗静电剂为离子型化合物时，本身便具有离子导电作用；(2)(2)电荷的体积传导电荷的体积传导n一一些些导导电电化化台台物物加加金金属属粉粉末末、导导电电纤纤维维、炭炭黑黑等等，以以微微粒粒状分散在聚合物材料中，可有效调节制品的抗静电性能。状分散在聚合物材料中，可有效调节制品的抗静电性能。n
10、其作用机理是：其作用机理是：n1 1 在电压作用下，间距在电压作用下，间距1nm 1nm 的导电粒子间形成导电通路，的导电粒子间形成导电通路，n2 2 在聚合物隔开的导电离子之间，电子轨道跃迁也会在聚合物隔开的导电离子之间，电子轨道跃迁也会n 产生导电作用。产生导电作用。3 3抗静电剂的作用机理抗静电剂的作用机理n（1 1）外用抗静电剂的作用机理）外用抗静电剂的作用机理n当当用用抗抗静静电电剂剂溶溶液液浸浸渍渍高高聚聚物物材材料料时时，抗抗静静电电剂剂(一一般般为为表表面面活活性性剂剂)的的亲亲油油部部分分牢牢固固地地附附着着在在材材料料表表面面而而亲亲水水部部分分则则从从空空气气中中吸吸收收
11、水水分分，从从而而在在材材料料表表面面形形成成薄薄薄薄的的导导电电层层起起到到消消除静电的作用。除静电的作用。阳离子表面活性剂吸附在纤维表面阳离子表面活性剂吸附在纤维表面(2)(2)内用抗静电剂的作用机理内用抗静电剂的作用机理n内内用用抗抗静静电电剂剂是是在在树树脂脂加加工工中中与与之之混混和和后后再再进进行行成成型型加加工工，或直接添加于液体燃料中而起作用的。或直接添加于液体燃料中而起作用的。n内内用用抗抗静静电电剂剂在在树树脂脂中中的的分分布布是是不不均均匀匀的的。当当抗抗静静电电剂剂的的添添加加量量足足够够时时在在树树脂脂表表面面就就形形成成一一层层稠稠密密的的排排列列其其亲亲水水的的极
12、性基向着空气一侧成为导电层。极性基向着空气一侧成为导电层。n抗抗静静电电剂剂表表面面浓浓度度高高于于内内部部，在在使使用用中中潜潜伏伏在在树树脂脂内内部部的的抗抗静电剂不断渗出到表向，补充缺损的抗静电剂分子导电层。静电剂不断渗出到表向，补充缺损的抗静电剂分子导电层。n n油油品品导导电电率率愈愈低低电电荷荷消消散散的的时时间间愈愈长长。液液体体燃燃料料的的抗抗静静电电剂可使油品导电率提高剂可使油品导电率提高10104 4一一10105 5倍、并顺利地导走静电倍、并顺利地导走静电。9.3 9.3 抗静电剂的类型与合成抗静电剂的类型与合成n目前广泛应用的抗静电剂主要分为目前广泛应用的抗静电剂主要分
13、为n阳离子型阳离子型n阴离子型阴离子型n非离子型非离子型n两性型两性型n高分子型高分子型1 1阳离子型抗静电剂阳离子型抗静电剂n(1)(1)季铵盐季铵盐 n在在阳阳离离子子型型抗抗静静电电剂剂中中，季季铵铵盐盐是是最最常常用用的的一一类类。它它们们的的静静电电消消除除效效果果好好。同同时时具具有有很很大大的的吸吸附附力力。这这类类抗抗静静电电剂剂常常用用于于合合成成纤纤维维作作纺纺丝丝油油剂剂，并并作作聚聚酯酯、聚聚氯氯乙乙烯烯、聚聚乙乙烯醇薄膜及塑料制品等的抗静电剂。烯醇薄膜及塑料制品等的抗静电剂。n缺点是耐热性不够好，容易发生热分解。缺点是耐热性不够好，容易发生热分解。n制制备备：由由叔叔
14、胺胺与与烷烷基基化化试试剂剂反反应应合合成成的的，可可以以形形成成多多种种季季铵盐型抗静电剂铵盐型抗静电剂n月桂基三甲基氯化铵月桂基三甲基氯化铵 n十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐，产品适用于聚酯，聚氯十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐，产品适用于聚酯，聚氯乙烯，聚乙烯醇等合成纤维的纺丝油剂；亦可用作聚酯，聚乙烯，聚乙烯醇等合成纤维的纺丝油剂；亦可用作聚酯，聚乙烯薄膜及塑料制品等的静电消除剂，聚丙烯纤维的染色匀乙烯薄膜及塑料制品等的静电消除剂，聚丙烯纤维的染色匀染剂等染剂等(2)(2)脂肪胺、胺盐及其衍生物脂肪胺、胺盐及其衍生物n常常用用于于合合成成纤纤维维油油剂剂的的静静电电清清除除剂剂，录录音音
15、材材料料的的抗抗静静电剂，常见的有伯胺、仲胺和叔胺盐。电剂，常见的有伯胺、仲胺和叔胺盐。烷烷基基伯伯胺胺是是利利用用邻邻苯苯二二甲甲酰酰亚亚胺胺与与相相应应的的卤卤烷烷作作用用。然然后水解而成后水解而成。n月桂醇与环氧氯丙烷及乙醇胺作用月桂醇与环氧氯丙烷及乙醇胺作用（3 3）咪唑啉盐）咪唑啉盐n咪咪唑唑啉啉类类抗抗静静电电剂剂是是带带有有一一个个长长链链烷烷基基的的咪咪唑唑啉啉化化台台物物，抗抗静静电电效效果果好好，适适用用于于作作塑塑料料和和唱唱片片加加工工用用的的内内部部抗抗静静电电剂，典型化合物如：剂，典型化合物如：2 2阴离子型抗静电剂阴离子型抗静电剂n(1)(1)硫酸酯及其盐硫酸酯及
16、其盐n常用于合成纤维油剂的静电消除剂，典型化告物结构如下：常用于合成纤维油剂的静电消除剂，典型化告物结构如下：(2)(2)磷酸酯及磷酸酯盐磷酸酯及磷酸酯盐n磷酸酯和磷酸酯盐用于合成纤维和塑料，静电消除效果很好磷酸酯和磷酸酯盐用于合成纤维和塑料，静电消除效果很好。n（3)3)烷基水杨酸盐烷基水杨酸盐n最为广泛的是最为广泛的是CrCr络合物，导电性能较好络合物，导电性能较好。n(4)(4)丁二酸二（丁二酸二（22乙基已基乙基已基)酯磺酸钠酯磺酸钠n该该产产品品通通常常与与烷烷基基水水杨杨酸酸铬铬复复配配用用于于液液体体燃燃料料中中，使使油油品品导导电率明显增大，故而表现出良好的抗静电效果。电率明显
17、增大，故而表现出良好的抗静电效果。3非离子型抗静电剂非离子型抗静电剂n热热稳稳定定性性好好，耐耐老老化化，被被用用来来作作塑塑料料的的内内部部抗抗静电剂及纤维外用抗静电剂使用。静电剂及纤维外用抗静电剂使用。n主主要要的的品品种种有有多多元元醇醇，多多元元醇醇酯酯，醇醇或或烷烷基基酚酚的的环环氧氧乙乙烷烷加加成成物物胺胺和和酰酰胺胺的的环环氧氧乙乙烷烷加加成成物等。物等。(1)(1)环氧乙烷加成物环氧乙烷加成物n环氧乙烷加成物用作抗静电剂、其抗静电效果与环氧环氧乙烷加成物用作抗静电剂、其抗静电效果与环氧乙烷加成数有关，这类抗静电剂具有静电消除效果良乙烷加成数有关，这类抗静电剂具有静电消除效果良好
18、，热稳定性优良等待点，适用于塑料和纤维好，热稳定性优良等待点，适用于塑料和纤维。n（2 2）多元醇酯）多元醇酯n适用于纺织油剂和塑料加工中适用于纺织油剂和塑料加工中4 4两性型抗静电剂两性型抗静电剂两性离子型抗静电剂主要包括两性离子型抗静电剂主要包括n季铵内盐季铵内盐n两性烷基咪唑啉盐两性烷基咪唑啉盐n烷基氨基酸等烷基氨基酸等n它它们们在在一一定定条条件件下下既既可可以以起起到到阳阳离离子子型型活活性性剂剂的的作作用用，又又可可以以起起到到阴阴离离子子型型活活性性剂剂的的作作用用，在在一一狭狭窄窄的的pHpH值值范范围围内内于于等等电点处会形成内盐。电点处会形成内盐。n两两性性离离子子型型抗抗
19、静静电电剂剂的的最最大大特特点点在在于于它它们们既既能能与与阴阴离离子子型型抗抗静电剂配伍使用，也能与阳离子型抗静电剂配伍使用。静电剂配伍使用，也能与阳离子型抗静电剂配伍使用。(1)(1)季铵内盐季铵内盐 具具有有高高级级烷烷基基的的季季铵铵内内盐盐，通通常常用用具具有有长长链链烷烷基基的的叔叔胺胺与与一氯醋酸反应制取一氯醋酸反应制取nnnnn由由于于季季铵铵内内盐盐的的分分子子中中同同时时具具有有季季铵铵型型氮氮结结构构和和羧羧基基结结构构，十二烷基二甲基季铵乙内盐是良好的纤维用外部抗静电剂。十二烷基二甲基季铵乙内盐是良好的纤维用外部抗静电剂。n含有聚醚结构含有聚醚结构(如聚氧乙烯结构如聚氧
20、乙烯结构)的两性季铵盐具有如下结构：的两性季铵盐具有如下结构：nnnnnn耐耐热热性性良良好好，除除了了作作塑塑料料内内部部抗抗静静电电剂剂使使用用外外，与与尼尼龙龙、脂脂纶、丙纶、涤纶等相容性良好，纶、丙纶、涤纶等相容性良好，n能能经经受受纺纺丝丝时时的的高高温温，抗抗静静电电性性能能优优良良，故故是是合合成成纤纤维维内内部部抗静电剂的主要品种之一。抗静电剂的主要品种之一。(2)(2)两性烷基咪唑啉两性烷基咪唑啉 n这这类类抗抗静静电电剂剂以以高高级级脂脂肪肪酸酸(如如月月硅硅酸酸，硬硬脂脂酸酸)与与N(N(氨氨基基乙乙基基)乙乙醇醇胺胺为为原原料料，先先合合成成咪咪唑唑啉啉环环，然然后后用
21、用一一氯氯醋醋酸酸两性化而得。两性化而得。nnnnnnnn两两性性咪咪唑唑啉啉的的抗抗静静电电性性优优良良，与与多多种种树树酯酯相相容容性性良良好好，是是聚丙烯、聚乙烯等优良的内部抗静电剂。聚丙烯、聚乙烯等优良的内部抗静电剂。(3)(3)烷基氨基酸类烷基氨基酸类 作作为为抗抗静静电电剂剂使使用用的的烷烷基基氨氨基基酸酸类类主主要要有有三三种种类类型型：即即烷烷基基氨基乙酸型、烷基氨基丙酸型和烷基氨基二羧酸型氨基乙酸型、烷基氨基丙酸型和烷基氨基二羧酸型n烷烷基基氨氨基基丙丙酸酸的的金金属属盐盐或或二二乙乙醇醇胺胺盐盐可可作作为为塑塑料料的的外外部部或或内内部部抗抗静静电电剂剂在在照照像像薄薄膜膜
22、的的生生产产中中广广泛泛使使用用。作作为为外外部部抗抗静静电电剂使用时，为了增加其水溶性，多使用碱性介质。剂使用时，为了增加其水溶性，多使用碱性介质。5 5高分子型抗静电剂高分子型抗静电剂n耐耐久久性性好好的的外外部部抗抗静静电电剂剂大大都都是是高高分分子子电电解解质质或或高高分分子子表表面面活活性性剂剂，它它们们合合成成中中采采用用一一些些持持殊殊的的单单体体，既既含含有有活活泼泼乙乙烯烯基基，又含有一些可提供抗静电性的基团又含有一些可提供抗静电性的基团n在在聚聚合合或或共共聚聚后后可可用用通通常常的的方方法法进进行行涂涂布布处处理理，或或将将单单体体、齐齐聚聚物物等等先先涂涂布布在在塑塑料料、合合成成纤纤维维的的表表面面上上，然然后后经经热热处处理理得得到到具有抗静电性能的涂层。具有抗静电性能的涂层。n 包括：包括：聚酰胺聚酰胺 乙烯基化合物的共聚物乙烯基化合物的共聚物 聚砜聚砜