淺析熱塑性彈性體材料抗靜電技術(shù)的研究進(jìn)展

肖同姊

天津久達(dá)勝通科技有限公司 天津 301700

熱塑性彈性體(Thermoplastic Elastomer，TPE)作為一種聚合物材料，具有高強(qiáng)度、高回彈性、加工成型方式多（可注塑、擠出，吹塑等）、應(yīng)用范圍廣泛、環(huán)保無毒安全的特點，其用量與需求逐年上升。TPE在家用電器、汽車、電線電纜等方面的應(yīng)用增多，這對TPE的抗靜電性能提出了要求，針對TPE抗靜電技術(shù)的研究得到了關(guān)注。

1 抗靜電方法及技術(shù)

1.1 抗靜電方法

聚合物材料的抗靜電等級根據(jù)表面電阻的高低分為很好（表面電阻＜1010Ω）、好（表面電阻1010Ω～1011Ω）、一般（表面電阻1011Ω～1012Ω）、差（表面電阻＞1012Ω）四個等級[1]。根據(jù)加工方法和使用方式，抗靜電聚合物材料的制備主要有兩種方法，一種是將抗靜電成分涂在TPE制品表面，另一種是將抗靜電成分添加到材料中。外涂型抗靜電成分主要指將抗靜電劑噴涂、刷涂或浸涂在制品表面，它的特點是速效、工藝簡單、適用面廣，缺點是抗靜電層易被磨損而降低或失去抗靜電效果。

1.2 添加型抗靜電成分的種類

內(nèi)部添加型的抗靜電成分主要包括導(dǎo)電材料和抗靜電劑。導(dǎo)電材料在高分子材料中的抗靜電機(jī)理是形成導(dǎo)電通路，主要包括金屬粉末、金屬短纖維、導(dǎo)電炭黑粉末、碳納米管、導(dǎo)電聚合物短纖維等[2-3]，但這些材料顏色深、密度大，應(yīng)用受到一些限制，另外添加量過多將對材料的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。導(dǎo)電炭黑粉末價格低，抗靜電效果好，經(jīng)濟(jì)效益也最大[4]，但由于炭黑固有的顏色使得它只能用于對顏色沒有特殊要求的制品中。目前應(yīng)用最多的是添加抗靜電助劑。

抗靜電劑主要分為離子型抗靜電劑、非離子型抗靜電劑、高分子永久型抗靜電劑。離子型抗靜電劑根據(jù)親水基離子的帶電性質(zhì)劃分為陽離子型抗靜電劑、陰離子型抗靜電劑、兩性型抗靜電劑。陽離子型抗靜電劑包括季銨鹽類化合物、胺類化合物、烷基咪唑啉類化合物、季磷鹽或季硫鹽類化合物等。其特點是對高分子材料的附著力強(qiáng)，常用作涂覆型抗靜電劑，也可以加入樹脂中使用；缺點是熱穩(wěn)定性差。陰離子型抗靜電劑包括烷基磺酸鹽類化合物、磷酸鹽類化合物等，其特點是可兼做外潤滑油使用，與熱穩(wěn)定助劑協(xié)同作用。兩性型抗靜電劑是同時含有陽離子型和陰離子型抗靜電劑，其特點是對高分子材料附著力強(qiáng)，缺點是熱穩(wěn)定性差[5]。

非離子型抗靜電劑包括脂肪酸多元醇酯、脂肪酸、烷醇酰胺、烷醇胺、磷酸酯類等。其特點是不具有電離性，抗靜電效果不如離子型，但熱穩(wěn)定性好，多為無毒或低毒性。

抗靜電劑一般由親油基和親水基組成，親油基緩慢遷移至聚合物基體中，親水基遷移至聚合物表層，表層的強(qiáng)極性親水基通過吸濕在聚合物表面形成導(dǎo)電水層，電荷產(chǎn)生后能迅速向空氣水分傳導(dǎo)。抗靜電劑的遷移速度受外部環(huán)境影響，一般情況下溫濕度越高，遷移速度越快。這種遷移型抗靜電劑的優(yōu)點是種類多，價格相對較低，缺點是析出后容易使制品表面噴霜，抗靜電效果不持久。針對抗靜電劑的缺點，研究者開發(fā)出了高分子永久型抗靜電劑。

高分子永久型抗靜電劑按作用機(jī)理可分為親水性高分子抗靜電劑、本征型導(dǎo)電高分子抗靜電劑。親水性高分子抗靜電劑是指分子內(nèi)含有聚環(huán)氧乙烷、聚季銨鹽結(jié)構(gòu)等導(dǎo)電性單元的高分子聚合物。其特點是與樹脂不相容，普通共混效果不好，所以利用聚合物合金化技術(shù)，提高其分散程度，在基體樹脂中形成“芯-殼”結(jié)構(gòu)[6]。本征型導(dǎo)電高分子抗靜電劑指具有共軛π鍵長鏈結(jié)構(gòu)的高分子經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)摻雜后形成的材料。其特點是具有高分子的豐富結(jié)構(gòu)，可加工，密度小，還具有金屬的高電導(dǎo)率和半導(dǎo)體性質(zhì)。永久型抗靜電劑雖然效果持久，但普遍價格相對較高，且多依賴進(jìn)口。

2 抗靜電熱塑性彈性體的研究進(jìn)展

2.1 抗靜電聚氨酯

聚氨酯彈性體所用的抗靜電劑主要是季銨鹽類的陽離子型表面活性劑，優(yōu)點是與聚氨酯的相容性適宜，具有較強(qiáng)的附著力，閃電高，毒性小，缺點是熱穩(wěn)定性稍差[7]。

陶帥等人研究了抗靜電劑DE-8A、碳納米管、導(dǎo)電炭黑對聚醚型聚氨酯彈性體抗靜電性能的影響，結(jié)果表明：（1）添加量為1．44%時，三種抗靜電助劑中DE-8A對聚氨酯彈性體的硬度影響不大，分散性最好，表明電阻最低（由1015Ω降至109Ω），拉伸強(qiáng)度降低不多；碳納米管使材料硬度略有上升，表面電阻降至1011Ω，拉伸強(qiáng)度降低不多；導(dǎo)電炭黑使材料硬度升高最多，表面電阻降至1010Ω，拉伸強(qiáng)度降低最多。經(jīng)對比，在1．44%添加量下，抗靜電劑DE-8A的綜合效果最好。（2）隨著抗靜電劑DE-8A的增加（添加量由0．8%至2．8%），材料的表面電阻呈急速下降趨勢，當(dāng)添加量為2．8%時，表面電阻達(dá)到108Ω。

2.2 抗靜電聚脲彈性體

陳酒姜等人[8]研究了四種抗靜電劑（陽離子型固體抗靜電劑Cyastat-LS、陽離子型液體抗靜電劑 TM、高分子型固體永久抗靜電劑 E-1016、高分子型液體永久抗靜電劑 E-1019）對聚脲彈性體表面電阻的影響，結(jié)果表明：隨著抗靜電劑添加比例的升高（1．5%-3%），聚脲彈性體表面電阻逐漸下降，其中陽離子型液體抗靜電劑 TM和高分子型液體永久抗靜電劑 E-1019的抗靜電效果較好。選取抗靜電劑E-1019作為改良配方的研究對象，在調(diào)整聚脲彈性體配方后，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)配方的聚脲彈性體樣品經(jīng)120℃耐溫測試無氣泡、無脫落、表面電阻無變化，該樣品6個月后測試表面電阻，亦無變化。

2.3 抗靜電SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料

葉林忠等人[9]研究了鹽、金屬氧化物、一縮二乙二醇對SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料抗靜電性能的影響，結(jié)果表明：（1）加入3份的一縮二乙二醇以及30-60份的鹽，不僅對SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的抗靜電性能沒有改善，表面電阻始終維持在1012Ω，而且使材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度都降低；（2）加入3份的一縮二乙二醇以及30-60份的金屬氧化物，對SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的抗靜電性能也沒有改善，并且使材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度都降低；（3）加入3份的一縮二乙二醇以及20-60份的鹽與金屬氧化物的混合物，當(dāng)添加量超過40份，SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的表面電阻開始降低，當(dāng)添加量為80份時，材料的表面電阻降至6．2×108Ω，可見一縮二乙二醇/鹽/金屬氧化物的混合物改善了SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的抗靜電性能。但是同時，鹽/金屬氧化物的增加使SBS/PS/LLDPE彈性體復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度下降。

2.4 抗靜電NBR/PVC熱塑性彈性體

彭建崗等人[10]采用雙輥混煉塑化—平板硫化的方法，研究了導(dǎo)電炭黑用量、混煉次數(shù)、橡塑比等變量對NBR/PVC熱塑性彈性體復(fù)合材料性能的影響。研究表明：（1）當(dāng)NBR/PVC橡塑比為70/30或60/40，導(dǎo)電炭黑含量由14份增加到40份時，彈性體復(fù)合材料的邵爾硬度升高，拉伸強(qiáng)度沒有顯著提高或降低，斷裂伸長率降低，表面電阻降低。當(dāng)導(dǎo)電炭黑含量超過22份，彈性體復(fù)合材料表面電阻顯著降低，當(dāng)導(dǎo)電炭黑含量超過30份時，表面電阻變化不顯著。（2）混煉次數(shù)對彈性體復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、邵爾硬度、表面電阻均沒有顯著變化。

3 展望

抗靜電劑的使用效果除了受環(huán)境溫度濕度影響，在基體樹脂中分散性、相容性也影響抗靜電效果。熱塑性彈性體的種類較多，但是具體針對一種彈性體進(jìn)行的抗靜電研究還有待繼續(xù)深入。