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薄膜中的静电是怎么回事？教你薄膜抗静电改性方法！

来源：塑问发布时间：2020-02-21点击：857

高分子材料的静电现象

静电是一种常见的物理现象，广泛存在于人们的日常生活中。静电的概念是相对于电流概念而言，静电荷是一种束缚电荷，广泛存在于绝缘物质中。物体由于接触、摩擦等会产生静电，起电过程是一个较复杂的过程。一般来说，任何两种化学组成不同，或两种化学组成相同但物理状态不同的材料在进行接触、摩擦时，电荷就会在它们表面上发生再分配而形成双层电。当把这两种材料分离后，每一种上面就会带有比接触、摩擦之前过量的正（或负）电荷。这种使物体带有电荷的过程就称为起电。

起电过程中，电荷在不断产生的同时，也不断地散逸。电荷的散逸可通过起电物体自身的体积传导、表面传导和向空气中辐射三种方式进行。若起电物体的绝缘性过好，即材料的电阻值过高，则产生的电荷流动传输性就差，会来不及泄露，从而能在较长时间内存在于局部空间，就会产生静电积累。导体材料也会产生静电荷，只不过由于导体材料的电阻值低，很容易给出或者接受电子，因此，导体材料表面不会产生静电积累。

一般而言高分子材料的电阻率非常高，约为 10¹⁰~10³⁰Ω·cm。塑料作为一种高分子材料，具有优良的电绝缘性，在与物体接触、摩擦并分离后，由于难以将产生的电荷传递出去，从而使表面积累静电荷。绝大数塑料具有高的电阻率和良好的电绝缘性（见表所示）。

聚丙烯薄膜抗静电改性方法

聚丙烯薄膜良好的电绝缘性和高电阻率在某些场合是很好的优点，但是在另一些场合，由于自身积累的静电难以泄露，往往会使得该优点变成了缺点。这就需要对聚丙烯薄膜进行抗静电改性。

对聚丙烯薄膜而言，其抗静电改性方法有多种，核心目的都是使聚丙烯薄膜尽量少产生静电荷或者一旦产生静电荷后能迅速地将其泄露出去。以不同途径获得的抗静电薄膜的抗静电作用机理不同，获得改性聚丙烯抗静电薄膜的方法归纳起来主要有添加导电填料（炭黑、金属等）、添加抗静电剂和表面处理。

（1）导电填料

这种方法常使用的无机填料主要是碳系填料、金属类填料等，常使用的结构型导电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、碳纤维和碳纳米管四大类。该类填料的优点是原料易得，导电性能持久稳定，可大幅度调整高分子材料的电阻率；其最大缺点是本身为黑色、制品颜色深且添加量大。金属类填料主要包括金属粉末、金属纤维和金属氧化物，采用金属粉末填充时存在添加量大、易发生热氧化和对基体力学性能产生较大影响等缺点

结构型导电高分子材料由于结构中含有共轭双键，π 电子可以在分子链上自由运动，载流子迁移率很大，因而这类材料具有高的电导率；通常，这类材料的分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧且稳定性差，一般不直接作为抗静电材料使用，但由于这类材料与其他高分子材料之间具有较好的相容性，所以一般作为导电填料与基体高分子材料进行共混，制成抗静电复合型材料。

（2）添加抗静电剂

抗静电剂的种类有很多，分类的方法也很多，按化学结构分类是其常用的分类方法之一；根据抗静电剂分子的差别，抗静电剂可分为有机小分子型抗静电剂和高分子永久型抗静电剂（主要是亲水性高分子聚合物）两大类。

有机小分子型抗静电剂

从化学结构来看，有机小分子抗静电剂大多属于表面活性剂。表面活性剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机小分子物质，是一类能够吸附在相界面上，从而能大大降低两相界面之间表面能（表面张力或界面张力）的分子。表面活性剂分子一般是一端带有一个或多个极性基团的碳氢化合物，故有机小分子抗静电剂其结构通式为 O-R-W，O 为亲油基；W 为亲水基；R 为亲油基与亲水基之间的连接部分。

羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团，C12以上的烷基是典型的亲油基团。这类抗静电剂对分子中极性部分的亲水基同非极性部分的亲油基的比列有一定的要求，一般需要达到某一平衡值时才能很好地发挥其作为抗静电的作用。因为，这个平衡值关系到抗静电剂与基体树脂相容性问题，当抗静电剂与基体相容性太差会影响基体的力学性能、热稳定性能等；但相容性太好也不行，这会导致抗静电剂分子不能顺利地迁移到材料表面，影响抗静电性能。

据有机小分子型抗静电剂的亲水基能否电离，这类抗静电剂可以分为离子型抗静电剂和非离子型抗静电剂。而又根据电离后亲水基所带电荷性质的不同，离子型抗静电剂又可分为阳离子型抗静电剂、阴离子型抗静电剂和两性型抗静电剂。电离后亲水基带正电荷为阳离子抗静电剂，带负电荷则为阴离子型抗静电剂；如果抗静电剂的分子中含有两个以上的亲水基，且电离后又分别带有正负两种不同的电荷时，则为两性型抗静电剂。非离子型抗静电剂的亲水基不具电离性，例如含羟基、醚键、酯键等亲水基的抗静电剂，这类抗静电剂就称为非离子型抗静电剂。一般而言，离子型抗静电剂的抗静电效果要好于非离子型的，因为非离子型的亲水基不能通过电离的方式实现离子传导，从而使电荷泄漏掉。聚丙烯常用抗静电剂的种类及应用情况见表2。

高分子永久型抗静电剂

不同于传统的小分子表面活性剂类抗静电剂，高分子永久型抗静电剂是一种新型抗静电剂，它的分子量比较高。这类高分子聚合物通常为亲水性高分子聚合物（亲水性高分子不一定导电），分子中一般含有聚季铵盐结构、聚环氧乙烷等导电性单元，与聚烯烃基体树脂的相容性差，故一般采用合金化技术将其同基体树脂进行共混，才能发挥优良的抗静电效果。由于亲水性高分子聚合物与基体树脂之间是以合金形式共混，所以在使用过程中不存在抗静电剂的分子迁移到材料表面的问题，故由该类抗静电剂而制得的抗静电聚丙烯材料，其抗静电性能能永久地保持。

来源：塑问