高分子材料的靜電現(xiàn)象

靜電是一種常見的物理現(xiàn)象，廣泛存在于人們的日常生活中。靜電的概念是相對于電流概念而言，靜電荷是一種束縛電荷，廣泛存在于絕緣物質中。物體由于接觸、摩擦等會產生靜電，起電過程是一個較復雜的過程。一般來說，任何兩種化學組成不同，或兩種化學組成相同但物理狀態(tài)不同的材料在進行接觸、摩擦時，電荷就會在它們表面上發(fā)生再分配而形成雙層電。當把這兩種材料分離后，每一種上面就會帶有比接觸、摩擦之前過量的正（或負）電荷。這種使物體帶有電荷的過程就稱為起電。

起電過程中，電荷在不斷產生的同時，也不斷地散逸。電荷的散逸可通過起電物體自身的體積傳導、表面?zhèn)鲗Ш拖蚩諝庵休椛淙N方式進行。若起電物體的絕緣性過好，即材料的電阻值過高，則產生的電荷流動傳輸性就差，會來不及泄露，從而能在較長時間內存在于局部空間，就會產生靜電積累。導體材料也會產生靜電荷，只不過由于導體材料的電阻值低，很容易給出或者接受電子，因此，導體材料表面不會產生靜電積累。

一般而言高分子材料的電阻率非常高，約為 10¹⁰~10³⁰Ω·cm。塑料作為一種高分子材料，具有優(yōu)良的電絕緣性，在與物體接觸、摩擦并分離后，由于難以將產生的電荷傳遞出去，從而使表面積累靜電荷。絕大數(shù)塑料具有高的電阻率和良好的電絕緣性（見表所示）。

聚丙烯薄膜良好的電絕緣性和高電阻率在某些場合是很好的優(yōu)點，但是在另一些場合，由于自身積累的靜電難以泄露，往往會使得該優(yōu)點變成了缺點。這就需要對聚丙烯薄膜進行抗靜電改性。

對聚丙烯薄膜而言，其抗靜電改性方法有多種，核心目的都是使聚丙烯薄膜盡量少產生靜電荷或者一旦產生靜電荷后能迅速地將其泄露出去。以不同途徑獲得的抗靜電薄膜的抗靜電作用機理不同，獲得改性聚丙烯抗靜電薄膜的方法歸納起來主要有添加導電填料（炭黑、金屬等）、添加抗靜電劑和表面處理。

（1）導電填料

這種方法常使用的無機填料主要是碳系填料、金屬類填料等，常使用的結構型導電高分子材料主要有聚苯胺、聚乙炔等。

碳系填料主要有炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管四大類。該類填料的優(yōu)點是原料易得，導電性能持久穩(wěn)定，可大幅度調整高分子材料的電阻率；其最大缺點是本身為黑色、制品顏色深且添加量大。金屬類填料主要包括金屬粉末、金屬纖維和金屬氧化物，采用金屬粉末填充時存在添加量大、易發(fā)生熱氧化和對基體力學性能產生較大影響等缺點

結構型導電高分子材料由于結構中含有共軛雙鍵，π 電子可以在分子鏈上自由運動，載流子遷移率很大，因而這類材料具有高的電導率；通常，這類材料的分子剛性大、不溶不熔、成型困難、易氧且穩(wěn)定性差，一般不直接作為抗靜電材料使用，但由于這類材料與其他高分子材料之間具有較好的相容性，所以一般作為導電填料與基體高分子材料進行共混，制成抗靜電復合型材料。

（2）添加抗靜電劑

抗靜電劑的種類有很多，分類的方法也很多，按化學結構分類是其常用的分類方法之一；根據(jù)抗靜電劑分子的差別，抗靜電劑可分為有機小分子型抗靜電劑和高分子永久型抗靜電劑（主要是親水性高分子聚合物）兩大類。

從化學結構來看，有機小分子抗靜電劑大多屬于表面活性劑。表面活性劑是一類具有表面活性劑特征結構的有機小分子物質，是一類能夠吸附在相界面上，從而能大大降低兩相界面之間表面能（表面張力或界面張力）的分子。表面活性劑分子一般是一端帶有一個或多個極性基團的碳氫化合物，故有機小分子抗靜電劑其結構通式為 O-R-W，O 為親油基；W 為親水基；R 為親油基與親水基之間的連接部分。

羥基、羧基、磺酸基和醚鍵是典型的親水基團，C12以上的烷基是典型的親油基團。這類抗靜電劑對分子中極性部分的親水基同非極性部分的親油基的比列有一定的要求，一般需要達到某一平衡值時才能很好地發(fā)揮其作為抗靜電的作用。因為，這個平衡值關系到抗靜電劑與基體樹脂相容性問題，當抗靜電劑與基體相容性太差會影響基體的力學性能、熱穩(wěn)定性能等；但相容性太好也不行，這會導致抗靜電劑分子不能順利地遷移到材料表面，影響抗靜電性能。

據(jù)有機小分子型抗靜電劑的親水基能否電離，這類抗靜電劑可以分為離子型抗靜電劑和非離子型抗靜電劑。而又根據(jù)電離后親水基所帶電荷性質的不同，離子型抗靜電劑又可分為陽離子型抗靜電劑、陰離子型抗靜電劑和兩性型抗靜電劑。電離后親水基帶正電荷為陽離子抗靜電劑，帶負電荷則為陰離子型抗靜電劑；如果抗靜電劑的分子中含有兩個以上的親水基，且電離后又分別帶有正負兩種不同的電荷時，則為兩性型抗靜電劑。非離子型抗靜電劑的親水基不具電離性，例如含羥基、醚鍵、酯鍵等親水基的抗靜電劑，這類抗靜電劑就稱為非離子型抗靜電劑。一般而言，離子型抗靜電劑的抗靜電效果要好于非離子型的，因為非離子型的親水基不能通過電離的方式實現(xiàn)離子傳導，從而使電荷泄漏掉。聚丙烯常用抗靜電劑的種類及應用情況見表2。

高分子永久型抗靜電劑 

不同于傳統(tǒng)的小分子表面活性劑類抗靜電劑，高分子永久型抗靜電劑是一種新型抗靜電劑，它的分子量比較高。這類高分子聚合物通常為親水性高分子聚合物（親水性高分子不一定導電），分子中一般含有聚季銨鹽結構、聚環(huán)氧乙烷等導電性單元，與聚烯烴基體樹脂的相容性差，故一般采用合金化技術將其同基體樹脂進行共混，才能發(fā)揮優(yōu)良的抗靜電效果。由于親水性高分子聚合物與基體樹脂之間是以合金形式共混，所以在使用過程中不存在抗靜電劑的分子遷移到材料表面的問題，故由該類抗靜電劑而制得的抗靜電聚丙烯材料，其抗靜電性能能永久地保持。

來源：塑問