浅析热塑性弹性体材料抗静电技术的研究进展

肖同姊

天津久达胜通科技有限公司 天津 301700

热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomer，TPE)作为一种聚合物材料，具有高强度、高回弹性、加工成型方式多（可注塑、挤出，吹塑等）、应用范围广泛、环保无毒安全的特点，其用量与需求逐年上升。TPE在家用电器、汽车、电线电缆等方面的应用增多，这对TPE的抗静电性能提出了要求，针对TPE抗静电技术的研究得到了关注。

1 抗静电方法及技术

1.1 抗静电方法

聚合物材料的抗静电等级根据表面电阻的高低分为很好（表面电阻＜1010Ω）、好（表面电阻1010Ω～1011Ω）、一般（表面电阻1011Ω～1012Ω）、差（表面电阻＞1012Ω）四个等级[1]。根据加工方法和使用方式，抗静电聚合物材料的制备主要有两种方法，一种是将抗静电成分涂在TPE制品表面，另一种是将抗静电成分添加到材料中。外涂型抗静电成分主要指将抗静电剂喷涂、刷涂或浸涂在制品表面，它的特点是速效、工艺简单、适用面广，缺点是抗静电层易被磨损而降低或失去抗静电效果。

1.2 添加型抗静电成分的种类

内部添加型的抗静电成分主要包括导电材料和抗静电剂。导电材料在高分子材料中的抗静电机理是形成导电通路，主要包括金属粉末、金属短纤维、导电炭黑粉末、碳纳米管、导电聚合物短纤维等[2-3]，但这些材料颜色深、密度大，应用受到一些限制，另外添加量过多将对材料的强度产生影响。导电炭黑粉末价格低，抗静电效果好，经济效益也最大[4]，但由于炭黑固有的颜色使得它只能用于对颜色没有特殊要求的制品中。目前应用最多的是添加抗静电助剂。

抗静电剂主要分为离子型抗静电剂、非离子型抗静电剂、高分子永久型抗静电剂。离子型抗静电剂根据亲水基离子的带电性质划分为阳离子型抗静电剂、阴离子型抗静电剂、两性型抗静电剂。阳离子型抗静电剂包括季铵盐类化合物、胺类化合物、烷基咪唑啉类化合物、季磷盐或季硫盐类化合物等。其特点是对高分子材料的附着力强，常用作涂覆型抗静电剂，也可以加入树脂中使用；缺点是热稳定性差。阴离子型抗静电剂包括烷基磺酸盐类化合物、磷酸盐类化合物等，其特点是可兼做外润滑油使用，与热稳定助剂协同作用。两性型抗静电剂是同时含有阳离子型和阴离子型抗静电剂，其特点是对高分子材料附着力强，缺点是热稳定性差[5]。

非离子型抗静电剂包括脂肪酸多元醇酯、脂肪酸、烷醇酰胺、烷醇胺、磷酸酯类等。其特点是不具有电离性，抗静电效果不如离子型，但热稳定性好，多为无毒或低毒性。

抗静电剂一般由亲油基和亲水基组成，亲油基缓慢迁移至聚合物基体中，亲水基迁移至聚合物表层，表层的强极性亲水基通过吸湿在聚合物表面形成导电水层，电荷产生后能迅速向空气水分传导。抗静电剂的迁移速度受外部环境影响，一般情况下温湿度越高，迁移速度越快。这种迁移型抗静电剂的优点是种类多，价格相对较低，缺点是析出后容易使制品表面喷霜，抗静电效果不持久。针对抗静电剂的缺点，研究者开发出了高分子永久型抗静电剂。

高分子永久型抗静电剂按作用机理可分为亲水性高分子抗静电剂、本征型导电高分子抗静电剂。亲水性高分子抗静电剂是指分子内含有聚环氧乙烷、聚季铵盐结构等导电性单元的高分子聚合物。其特点是与树脂不相容，普通共混效果不好，所以利用聚合物合金化技术，提高其分散程度，在基体树脂中形成“芯-壳”结构[6]。本征型导电高分子抗静电剂指具有共轭π键长链结构的高分子经过化学或电化学掺杂后形成的材料。其特点是具有高分子的丰富结构，可加工，密度小，还具有金属的高电导率和半导体性质。永久型抗静电剂虽然效果持久，但普遍价格相对较高，且多依赖进口。

2 抗静电热塑性弹性体的研究进展

2.1 抗静电聚氨酯

聚氨酯弹性体所用的抗静电剂主要是季铵盐类的阳离子型表面活性剂，优点是与聚氨酯的相容性适宜，具有较强的附着力，闪电高，毒性小，缺点是热稳定性稍差[7]。

陶帅等人研究了抗静电剂DE-8A、碳纳米管、导电炭黑对聚醚型聚氨酯弹性体抗静电性能的影响，结果表明：（1）添加量为1．44%时，三种抗静电助剂中DE-8A对聚氨酯弹性体的硬度影响不大，分散性最好，表明电阻最低（由1015Ω降至109Ω），拉伸强度降低不多；碳纳米管使材料硬度略有上升，表面电阻降至1011Ω，拉伸强度降低不多；导电炭黑使材料硬度升高最多，表面电阻降至1010Ω，拉伸强度降低最多。经对比，在1．44%添加量下，抗静电剂DE-8A的综合效果最好。（2）随着抗静电剂DE-8A的增加（添加量由0．8%至2．8%），材料的表面电阻呈急速下降趋势，当添加量为2．8%时，表面电阻达到108Ω。

2.2 抗静电聚脲弹性体

陈酒姜等人[8]研究了四种抗静电剂（阳离子型固体抗静电剂Cyastat-LS、阳离子型液体抗静电剂 TM、高分子型固体永久抗静电剂 E-1016、高分子型液体永久抗静电剂 E-1019）对聚脲弹性体表面电阻的影响，结果表明：随着抗静电剂添加比例的升高（1．5%-3%），聚脲弹性体表面电阻逐渐下降，其中阳离子型液体抗静电剂 TM和高分子型液体永久抗静电剂 E-1019的抗静电效果较好。选取抗静电剂E-1019作为改良配方的研究对象，在调整聚脲弹性体配方后，发现最优配方的聚脲弹性体样品经120℃耐温测试无气泡、无脱落、表面电阻无变化，该样品6个月后测试表面电阻，亦无变化。

2.3 抗静电SBS/PS/LLDPE弹性体复合材料

叶林忠等人[9]研究了盐、金属氧化物、一缩二乙二醇对SBS/PS/LLDPE弹性体复合材料抗静电性能的影响，结果表明：（1）加入3份的一缩二乙二醇以及30-60份的盐，不仅对SBS/PS/LLDPE弹性体复合材料的抗静电性能没有改善，表面电阻始终维持在1012Ω，而且使材料的拉伸强度和撕裂强度都降低；（2）加入3份的一缩二乙二醇以及30-60份的金属氧化物，对SBS/PS/LLDPE弹性体复合材料的抗静电性能也没有改善，并且使材料的拉伸强度和撕裂强度都降低；（3）加入3份的一缩二乙二醇以及20-60份的盐与金属氧化物的混合物，当添加量超过40份，SBS/PS/LLDPE弹性体复合材料的表面电阻开始降低，当添加量为80份时，材料的表面电阻降至6．2×108Ω，可见一缩二乙二醇/盐/金属氧化物的混合物改善了SBS/PS/LLDPE弹性体复合材料的抗静电性能。但是同时，盐/金属氧化物的增加使SBS/PS/LLDPE弹性体复合材料的拉伸强度和撕裂强度下降。

2.4 抗静电NBR/PVC热塑性弹性体

彭建岗等人[10]采用双辊混炼塑化—平板硫化的方法，研究了导电炭黑用量、混炼次数、橡塑比等变量对NBR/PVC热塑性弹性体复合材料性能的影响。研究表明：（1）当NBR/PVC橡塑比为70/30或60/40，导电炭黑含量由14份增加到40份时，弹性体复合材料的邵尔硬度升高，拉伸强度没有显著提高或降低，断裂伸长率降低，表面电阻降低。当导电炭黑含量超过22份，弹性体复合材料表面电阻显著降低，当导电炭黑含量超过30份时，表面电阻变化不显著。（2）混炼次数对弹性体复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、邵尔硬度、表面电阻均没有显著变化。

3 展望

抗静电剂的使用效果除了受环境温度湿度影响，在基体树脂中分散性、相容性也影响抗静电效果。热塑性弹性体的种类较多，但是具体针对一种弹性体进行的抗静电研究还有待继续深入。