高分子材料的靜電現(xiàn)象

靜電是一種常見(jiàn)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(duì)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(zhì)中。物體由于接觸、摩擦等會(huì)產(chǎn)生靜電，起電過(guò)程是一個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，任何兩種化學(xué)組成不同，或兩種化學(xué)組成相同但物理狀態(tài)不同的材料在進(jìn)行接觸、摩擦?xí)r，電荷就會(huì)在它們表面上發(fā)生再分配而形成雙層電。當(dāng)把這兩種材料分離后，每一種上面就會(huì)帶有比接觸、摩擦之前過(guò)量的正（或負(fù)）電荷。這種使物體帶有電荷的過(guò)程就稱為起電。

起電過(guò)程中，電荷在不斷產(chǎn)生的同時(shí)，也不斷地散逸。電荷的散逸可通過(guò)起電物體自身的體積傳導(dǎo)、表面?zhèn)鲗?dǎo)和向空氣中輻射三種方式進(jìn)行。若起電物體的絕緣性過(guò)好，即材料的電阻值過(guò)高，則產(chǎn)生的電荷流動(dòng)傳輸性就差，會(huì)來(lái)不及泄露，從而能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在于局部空間，就會(huì)產(chǎn)生靜電積累。導(dǎo)體材料也會(huì)產(chǎn)生靜電荷，只不過(guò)由于導(dǎo)體材料的電阻值低，很容易給出或者接受電子，因此，導(dǎo)體材料表面不會(huì)產(chǎn)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(chǎn)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(jiàn)表所示）。

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

對(duì)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(chǎn)生靜電荷或者一旦產(chǎn)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(jī)理不同，獲得改性聚丙烯抗靜電薄膜的方法歸納起來(lái)主要有添加導(dǎo)電填料（炭黑、金屬等）、添加抗靜電劑和表面處理。

（1）導(dǎo)電填料

這種方法常使用的無(wú)機(jī)填料主要是碳系填料、金屬類(lèi)填料等，常使用的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)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(lèi)。該類(lèi)填料的優(yōu)點(diǎn)是原料易得，導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定，可大幅度調(diào)整高分子材料的電阻率；其最大缺點(diǎn)是本身為黑色、制品顏色深且添加量大。金屬類(lèi)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(shí)存在添加量大、易發(fā)生熱氧化和對(duì)基體力學(xué)性能產(chǎn)生較大影響等缺點(diǎn)

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料由于結(jié)構(gòu)中含有共軛雙鍵，π 電子可以在分子鏈上自由運(yùn)動(dòng)，載流子遷移率很大，因而這類(lèi)材料具有高的電導(dǎo)率；通常，這類(lèi)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(lèi)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(dǎo)電填料與基體高分子材料進(jìn)行共混，制成抗靜電復(fù)合型材料。

（2）添加抗靜電劑

抗靜電劑的種類(lèi)有很多，分類(lèi)的方法也很多，按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)是其常用的分類(lèi)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(jī)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(lèi)。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)看，有機(jī)小分子抗靜電劑大多屬于表面活性劑。表面活性劑是一類(lèi)具有表面活性劑特征結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子物質(zhì)，是一類(lèi)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(gè)或多個(gè)極性基團(tuán)的碳?xì)浠衔?，故有機(jī)小分子抗靜電劑其結(jié)構(gòu)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(tuán)，C12以上的烷基是典型的親油基團(tuán)。這類(lèi)抗靜電劑對(duì)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(dá)到某一平衡值時(shí)才能很好地發(fā)揮其作為抗靜電的作用。因?yàn)椋@個(gè)平衡值關(guān)系到抗靜電劑與基體樹(shù)脂相容性問(wèn)題，當(dāng)抗靜電劑與基體相容性太差會(huì)影響基體的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能等；但相容性太好也不行，這會(huì)導(dǎo)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(jī)小分子型抗靜電劑的親水基能否電離，這類(lèi)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(zhì)的不同，離子型抗靜電劑又可分為陽(yáng)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(yáng)離子抗靜電劑，帶負(fù)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(gè)以上的親水基，且電離后又分別帶有正負(fù)兩種不同的電荷時(shí)，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(lèi)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?yàn)榉请x子型的親水基不能通過(guò)電離的方式實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)，從而使電荷泄漏掉。聚丙烯常用抗靜電劑的種類(lèi)及應(yīng)用情況見(jiàn)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(lèi)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(lèi)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(dǎo)電），分子中一般含有聚季銨鹽結(jié)構(gòu)、聚環(huán)氧乙烷等導(dǎo)電性單元，與聚烯烴基體樹(shù)脂的相容性差，故一般采用合金化技術(shù)將其同基體樹(shù)脂進(jìn)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(shù)脂之間是以合金形式共混，所以在使用過(guò)程中不存在抗靜電劑的分子遷移到材料表面的問(wèn)題，故由該類(lèi)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(lái)源：塑問(wèn)