高分子材料抗靜電技術(shù)的研究與應(yīng)用

曾化雨（貴州省貴陽市冶金化工研究所 貴州 貴陽550002）

一、高分子材料抗靜電技術(shù)的概述

靜電無論是在自然界當(dāng)中還是在我們?nèi)粘５纳町?dāng)中，經(jīng)典都廣泛的存在于其中。如在干燥季節(jié)當(dāng)中人們身上化纖衣物摩擦起點(diǎn)會粘附在身體上，下雨天的雷電現(xiàn)象等等，除了這些日常較為常見的靜電現(xiàn)象，還有一些我們不是很了解的靜電現(xiàn)象，實(shí)際上，這些靜電在生物工程中就起著重要的作用[1]。當(dāng)前，我國在高分子材料抗靜電技術(shù)方面逐漸重視，其研究與高分子材料抗靜電技術(shù)的應(yīng)用的不斷得到推廣。靜電在生物工程中有著非常重要的地位，而對于高分子材料抗靜電技術(shù)的研究與應(yīng)用是我國發(fā)展的重要策略。

1、靜電的產(chǎn)生于危害

任何事物都是具有兩面性的，靜電有好處自然也就會產(chǎn)生危害，靜電的產(chǎn)生于危害，也就是指兩個(gè)物理狀態(tài)不同的固體互相接觸摩擦?xí)r，其各自的表面就會發(fā)生電荷再分配，重新分離后，這時(shí)，每一個(gè)固體表面都將帶有比接觸前過量的正(或負(fù))電荷，這種現(xiàn)象稱為靜電。靜電現(xiàn)象在某些生產(chǎn)、加工和使用的過程中是非常普遍的，例如聚合物。然而，一旦由于靜電出現(xiàn)了過高的電阻，其體積電阻率大概是在在1010～1020Ω·cm之間[2]，就容易產(chǎn)生很大的危害了。醫(yī)藥中的引塵、引菌、電顫事故；礦山、石油的火災(zāi)；電子工業(yè)的集成電路破壞等等這些情況，都是由于靜電產(chǎn)生不當(dāng)而引起的破壞，這就要求了我們對于抗靜電高分子材料技術(shù)的進(jìn)一步研究與發(fā)展。

2、高分子抗靜電的含義

高分子抗靜電就是高聚物表面聚集了許多電荷取決于高聚物的放荷性質(zhì)，而這種性質(zhì)又是通過本體或?qū)w像空中傳播的，其中又以表面?zhèn)鲗?dǎo)為主要途徑[3]。高分子抗靜電技術(shù)就是利用這種傳導(dǎo)的途徑對靜電進(jìn)行制止。抗靜電高分子材料一般都是由多種不同的化學(xué)添加劑相互混合而成，通過這些混合劑的使用，一般可以使得材料表面有效的防止或消除靜電，從而提高物體的利用率，這也就是高分子材料抗靜電技術(shù)的本質(zhì)。

二、當(dāng)前高分子材料抗靜電技術(shù)的研究方法

1、添加導(dǎo)電材料

想要使得靜電消除，最有效也是最快捷的方法就是添加導(dǎo)電材料，讓某些無機(jī)的導(dǎo)電材料參入進(jìn)高分子當(dāng)中的方法。在我國當(dāng)前的技術(shù)當(dāng)中，無機(jī)導(dǎo)電填料主要是碳系填料、金屬類填料等等。簡單介紹一下碳系填料。碳系材料有很多種類，最常見的就是炭黑和碳纖維。炭黑，這是一種天然的半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性能相對較為之久穩(wěn)定，其體積電阻率約為0.1-10Ω·cm，目前為止也是用途最廣，用量最大的一種導(dǎo)電材料；然而碳纖維導(dǎo)電材料，這是一種新型的、具有高強(qiáng)度并且是具有高模量的材料，因此也具有良好的導(dǎo)電性能[4]。

但，碳纖維的導(dǎo)電材料運(yùn)用并沒有炭黑那么廣泛，其主要原因就是碳纖維的昂貴價(jià)格，這在某種程度上限制了其優(yōu)異性能的推廣，盡管如此，碳纖維的運(yùn)用在導(dǎo)電材料中還是中還是運(yùn)用廣泛的。導(dǎo)電性能大大提高。此外，還有金屬系及其它導(dǎo)電填料，這是一種以金屬粉末、金屬氧化物填充基體高分子可獲得優(yōu)良的導(dǎo)電性。另外，雖然金屬纖維對導(dǎo)電性能的影響規(guī)律與炭黑相似。但由于纖維狀填料的接觸幾率更大，因此在填充量很少的情況下便可獲得較高的導(dǎo)電率。不過，金屬纖維加工時(shí)易折斷，易被氧化，價(jià)格也較貴，這些因素在應(yīng)用中必須考慮。

2、與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料共混

高分子材料的加入，除了炭黑和碳纖維之外，還可以與結(jié)構(gòu)導(dǎo)電型共混，導(dǎo)電高分子材料中是由許許多多重復(fù)的小單元格做組成的材料，在其材料的兩端中加上電壓，材料中就會有電流通過，這即反映出了導(dǎo)體的本質(zhì)，又反應(yīng)出了抗靜電技術(shù)中作為抗靜電高分子材料的特殊性能。當(dāng)然，對于結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料，它也還具有一定的缺陷，由于這類高分子剛性大，不易溶解，并且成型困難，在日常還極易被氧化，穩(wěn)定性較差，所以通常是不能夠直接單獨(dú)使用的一種材料[5]。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料相互混合就能夠形成良好的相容性的效果，使之抗靜電效果更明顯。

3、添加抗靜電劑法

添加抗靜電劑法也就是平常常見的類似于添加防腐劑法的方法，當(dāng)然，這與添加防腐劑可不能同日而語。添加抗靜電劑法有許多方法，其中有一種調(diào)價(jià)有機(jī)小分子抗靜電劑，這是一類通過表面活性劑特征，對其結(jié)構(gòu)式微RYX，其中R為親油基團(tuán)，X為親水基團(tuán)，Y為連接基。當(dāng)然他們彼此之間還是需要較強(qiáng)的平衡于一定的相溶性質(zhì)的。添加抗靜電劑法除了添加右擊小分子抗靜電法之外，還有永久性抗靜電劑，這一類法針對相對于分子質(zhì)量大，并且有較強(qiáng)的親水性高聚合物它們與基體樹脂有較好的相容性，因而效果穩(wěn)定、持久、性能較好。

三、高分子材料抗靜電技術(shù)的發(fā)展趨勢

今后，抗靜電復(fù)合材料的研究將不斷的進(jìn)行！努力提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性，減少導(dǎo)電填料的填充量，降低成本。開發(fā)新型導(dǎo)電填料或抗靜電劑，采用本身含有可電離離子基團(tuán)的聚合物固體電解質(zhì)作為導(dǎo)電填料，來提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，可望成為抗靜電復(fù)合材料的一個(gè)新的發(fā)展方向。我國抗靜電高分子材料技術(shù)的發(fā)展也是在不斷擴(kuò)大的，在這些品種當(dāng)中，有些還是處于國內(nèi)較強(qiáng)的領(lǐng)先水平。當(dāng)然，在我國對于高分子抗靜電技術(shù)的不斷發(fā)展于研究應(yīng)用當(dāng)中，我們還需要不斷的加強(qiáng)努力，在既能夠保證抗靜電效果的同時(shí)，有能夠開發(fā)出其他應(yīng)用，得到雙贏的局面。

結(jié)束語：

目前許多的科研機(jī)構(gòu)于生產(chǎn)機(jī)關(guān)都陸續(xù)開發(fā)出各種不同的品種，目前一些常見的有ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸鈉）、DPE（烷基二苯醚磺酸鉀）；北京化工研究院開發(fā)的ASA一10（三組份或二組份硬脂酸單甘酯復(fù)合物）、ASA一150（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、SH一102（季銨鹽型兩性表面活性劑）、SH一103、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。相信在未來技術(shù)的不斷發(fā)展中，抗靜電技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣泛。