一、何謂靜電？

當兩個物理狀態不同的固體相互接觸摩擦時，它們各自的表面就會發生電荷再分配，重新分離后，每一個固體表面都將帶有比接觸前過量的正（負）電荷，這種現象稱為靜電。靜電現象在聚合物成產、加工和使用過程中是非常普遍的。由于一般聚合物的電阻率高，其體積電阻率在10¹⁰-10²⁰Ω·cm之間，一旦產生靜電，很難消除。這種電荷的聚集將可能會造成嚴重的危險，比如，在醫藥上引塵、引菌；甚至產生火花后造成爆炸等嚴重事件。如圖1-1所示。

圖1-1 聚合物靜電實物圖

目前最常用且行之有效的方法就是使用抗靜電劑降低聚合物表面電阻率，因此，抗靜電劑的開發與應用具有重要的意義?？轨o電劑是一類添加在樹脂或涂布于聚合物表面以防止或消除靜電荷產生的化學添加劑?？轨o電劑本身沒有自由活動的電子，屬于表面活性劑范疇，它通過離子化基團或極性基團的離子傳到或吸濕作用，構成泄漏電荷通道，達到抗靜電目的。

二、抗靜電劑分類及特性

表一例舉了抗靜電劑種類及適用樹脂。其中，陽離子型的抗靜電劑的抗靜電性能優良，但耐熱性相對較差，而且對皮膚有害，因此主要用于外部涂敷型。陰離子型的耐熱性和抗靜電性都較好，但與樹脂的相容性差，并對產品的透明性有影響。非離子型抗靜電劑的相容性和耐熱性良好，對產品的物理性能無不良影響，但是用量相對較大。兩性型抗靜電劑的最大特點就是既能與陽離子型又能與陰離子型抗靜電劑配合使用，抗靜電性能與陽離子類似，但耐熱性不如非離子型。高分子型主要用于永久抗靜電。

表一：抗靜電劑的主要種類

三、抗靜電劑的實用技術及作用機理

1. 抗靜電劑的使用技術

抗靜電劑使用技術主要分為兩種。（1）外部涂敷法即在高分子材料表面涂上一層抗靜電劑，從而使其起到表面抗靜電作用。具體步驟是：先用水、乙醇或醋酸乙酯等溶劑將抗靜電劑配制成 0.5 %～2.0 %濃度的溶液，然后直接噴涂、浸漬或涂刷材料表面，在經室溫或熱空氣干燥而形成抗靜電涂層。該法的優點是操作簡單、用量較少，且不影響制品的成形加工性能。缺點是使用壽命較短，經過水洗或摩擦后，抗靜電涂層容易脫落或消失，因此是一種暫時性的抗靜電處理方法。國外曾采用高分子活性表面活性劑作為抗靜電涂層，在一定程度上改善了高分子材料抗靜電劑的持久性。（2）內部混煉法則是將抗靜電劑與樹脂經機械混合后再加工成形，抗靜電劑分子由高分子材料內部向表面遷移，并在表面形成均勻的抗靜電層。若表面的抗靜電劑因水洗或擦落后，內部抗靜電劑分子還可以移向表面，從而恢復其抗靜電性能 ,因此又成為永久性抗靜電劑，這種技術目前已被廣泛應用。

2. 抗靜電劑的作用機理

根據電荷狀態，永久性抗靜電劑可分為陽離子型、陰離子型和非離子型 ,抗靜電能力依次減小。環氧乙烷及其衍生物的共聚物研究最早，也是目前商品化的主要品種，已廣泛應用的有：聚環氧乙烷(PEO) ，聚醚酯酰胺及聚醚酯酰亞胺(PEEA) 等。無論是外部涂敷法還是內部混煉法，高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要表現在兩個方面：一是抗靜電劑在材料表面形成導電性的連續膜，即能賦予制品表面具有一定吸濕性與離子性的薄膜，從而降低表面電阻率，使已經產生的靜電荷迅速泄漏，以達到抗靜電的目的；二是賦予材料表面有一定的潤滑性，降低摩擦系數，從而抑制和減少靜電荷的產生。 無論是使用外部抗靜電劑還是內部抗靜電劑對材料進行抗靜電處理，環境的相對濕度、溫度以及表面濃度等因素對抗靜電性能都有一定的影響。如圖2所示。

1-抗靜電劑 ?????????????2-抗靜電劑間隔

圖2 抗靜電劑聚合物復合材料的導電機理示意圖

四、抗靜電劑的抗靜電性能影響因素

用各種親水性聚合物作為抗靜電劑，加入到基料樹脂中可得到高分子聚合型永久性抗靜電劑樹脂，技術關鍵是提高永久性抗靜電劑在樹脂中的分散程度和狀態，因為它是在母體中形成芯殼結構，并以此為通路泄漏靜電荷。永久性抗靜電劑以微細的層狀或筋狀形態主要分布在制品表面，而在中心部分較少且主要以顆粒狀存在。決定形態結構的主要因素是成形加工條件和與母體樹脂的相容性，最直接的影響因素是母體與永久性抗靜電劑的熔融粘度差或粘度比，它常以剪切速率和加工溫度控制。

1. 濕度和溫度的影響

水具有一定的導電性 ,純水的導電率大約為 3. 3 ×10 ^{- 5}S/ cm ,其帶電半衰期僅有10 ^{- 6}?s。因此，材料的表面若還有一定量的水分，即在一定的濕度條件下，絕緣性材料也會表現出一定的表面導電性，若有水合離子生成，可提高導電性。濕氣化的電解質離子，構成離子導電通道；非離子化合物，由于本身的增濕作用，親水基與空氣中的水分子形成氫鍵，產生離子化趨向，除構成泄漏電荷通道外，還充當電荷交換接觸點，實現電荷交換。最近的研究表明，帶有 - OH、- NH3 的抗靜電劑，通過形成氫鍵，電荷的轉移可由質子轉移來完成。因此環境濕度越大 ,抗靜電效果越好。

1. 與樹脂相容性的影響

抗靜電劑與樹脂的相容性取決于高分子材料的分子結構和抗靜電劑的極性，極性相近者相容。兩者相容性過甚，抗靜電劑分子的遷移難以進行，表面損失的抗靜電劑不能及時得到補充，難以發揮作用；而相容性太差又造成加工困難，抗靜電劑會大量析出，制品外觀性能下降，析出的抗靜電劑會很快損失，同樣難以維持持久的抗靜電效果。因此，選擇適當的親水基和親油基的搭配，是抗靜電劑特別是內部抗靜電劑分子設計首先要考慮的。

2. 高聚物分子結構的影響

在與分子結構有關的參數中，首先是玻璃化溫度( Tg) ,在玻璃化溫度以上，靠聚合物分子的微觀布朗運動，加到聚合物中的抗靜電劑分子不斷向表面遷移。在此溫度以下，聚合物分子呈凍結狀態，抗靜電劑幾乎封閉在聚合物分子之間，很難向表面遷移。所以，在這種情況下，要選擇與樹脂極性差別大的抗靜電劑 ,并適當增大添加量，借助成形加工過程，通過模具表面向制品表面轉移。另一方面，聚合物結晶狀態的不同也造成抗靜電劑遷移速率的差異。其次還有抗靜電劑表面濃度、其它添加劑等的影響。