抗静电剂在包装材料中的应用

　　料的抗静电剂的基本特性、作用机理以及研究开发状况，并对我国包装材料用抗静电剂的发展提出了建议。

　　高分子材料高分子合成材料因具有质轻价廉、外观优美、电绝缘性好以及易成型加工等优点而广泛用作包装材料。然而，塑料等高分子材料的高电阻率往往使其容易产生静电危害。

　　因此，高分子包装材料的抗静电问题已引起人们的普遍关注。

　　包装材料的抗静电方法很多，综合考虑成本、效能和可加工性等因素，采用抗静电剂可以分别进行高分子材料的表面处理和抗静电共混改性，这是目前包装材料抗静电技术研究中*为普遍和实用的手段。

　　所谓抗静电剂是指涂敷于材料表面或掺和在内部，以防止或减轻静电积累的一类化学助剂，按其分子结构可分为表面活性剂类和高分子型抗静电剂两大类。本文主要探讨抗静电剂的特性、作用机理以及在包装材料中的应用现状。

　　二、表面活性剂类抗静电剂目前在工业上用于包装材料的抗静电剂大多属于表面活性剂，其分子结构中同时含有亲水性和亲油性两种基因。

　　根据亲水性基因能否电离，可分为离子型和非离子型，若亲水基电离后带正电荷即为阳离子型，反之则为阴离子型。

　　如果表面活性剂分子中具有两个以上亲水性基因，且电离后分别带有正负不同电荷时，则为两性型抗静电剂。羟基、酯键等不电离，所以是非离子型抗静电剂。

　　通常情况下，阳离子型抗静电剂的抗静电性能较好，对高分子材料表面的附着力较强，但热稳定性较差，且对皮肤有害，因此常作为外部涂敷型抗静电剂使用，*常见的为季铵盐类化合物。阴离子型抗静电剂主要包括烷基磺酸盐及磷酸盐类化合物，它们对PVC及PS等包装材料具有较好的应用效果，且热稳定性较好，但与材料的相容性较差，并对包装材料的透明性有影响。两性型抗静电剂的*大特点是既能与阳离子型又能与阴离子型抗静电剂配合使用，且与材料的相容性较好，抗静电性能类似于阳离子型，但耐热性却不如非离子型。

　　与离子型抗静电剂相比，非离子型抗静电剂由于其不具有电离性，无法通过自身导电来泄漏电荷，故抗静电性能相对较差。但是，非离子型抗静电剂热稳定性优异，多数产品无毒或低毒，也不易引起高分子材料的老化，因此常作为内部混炼型抗静电剂使用。其主要品种有脂肪酸多元醇酯、脂肪酸、脂肪醇、脂肪胺与环氧乙烷的聚合物等等。据报道，非离子型抗静电剂约占世界高分子包装材料用抗静电剂市场总量的60%以上。

　　根据在包装材料中添加方式的不同，表面活性剂类抗静电剂可分为外部涂敷和内部混炼两种方式。其中，外部涂敷法的优点是工艺简单，抗静电剂用量少，且不受包装材料种类的局限，也不影响材料的成型加工性能。但是其耐久性较差，抗静电涂层在使用过程中往往因水洗或摩擦而容易脱落，因此是一种暂时性的抗静电处理技术。内部混炼法则是将以非离子型表面活性剂为主的抗静电剂与高分子材料机械混合后再加工成型，抗静电剂分子由材料内部向表面迁移，并在材料表面形成均匀的抗静电层。即使在加工或使用过程中因摩擦或水洗等原因而导致表面抗静电分子缺损，其内部抗静电分子还可不断补充到表面，从而使其具有稳定的抗静电性能，因此是一种半永久性的抗静电处理技术，这种技术目前已被广泛采用。由于高分子材料中实际使用的抗静电剂量很少，采用混炼法添加的抗静电剂很难均匀分布于包装材料中，为此，发展了将抗静电剂和高分子制成浓缩母料的内部混炼技术，从而提高了这种技术在包装材料中的应用效果。

　　无论是外部涂敷法还是内部混炼法，抗静电剂在包装材料中的作用机理主要表现在两个方面：一是在材料表面形成导电层，从而降低其表面电阻率，使已经产生的静电荷迅速泄漏；二是赋予包装材料表面一定的润滑性，降低摩擦系数，从而抑制和减少静电荷的产生。

　　抗静电剂的作用机理与降低包装材料表面电阻率之间有着直接的关系。由于抗静电剂中的亲油基与高分子材料有较强的亲和力，使其能渗透或扩散到材料内部；而亲水基则在高分子材料表面形成导电层，或通过氢键与空气中的水分相结合，从而降低表面电阻率，加速静电荷的泄漏。

　　3.研究现状及应用进展近年来，美国等西方发达国家十分重视表面活性剂类新型抗静电剂的研究和开发，无论是抗静电剂的生产量还是消耗量均居世界前列。美国Witco公司生产的牌号为Mackstat?L一26的季铵盐类抗静电剂具有很好的抗静电性能，且对PVC的热稳定性无损害。HoechistCelariese公司开发的一种粒状抗静电剂，属于脂肪族阴离子磺酸盐，牌号为HostastatHSI，适用于PS、ABS和PVC等多种包装材料。Kemich石化公司研制的牌号为Kenstat的抗静电剂，其抗静电性能与环境湿度无关，且不会使高分子表面起霜，用量约为0.1%.此外，美国Pfizer公司生产的Antistat68适用于PEPP和PS等多种包装材料，耐热温度高达240U Nortech公司则采用将抗静电剂和高分子材料制成抗静电浓缩母料的技末研制出XLD1045F1、7102F1、1053F2等三种抗静电母料产品，可用于电子产品包装的PE塑料中总的看来，国外抗静电剂的发展趋势是耐热耐久、功能性强、适用性广和品种系列化。其中，耐热稳定性的阳离子季铵盐以及非离子型抗静电剂的研究开发颇受重视。例如N，N?取代的烷基叔胺，采用过氯酸、烷基磺酸、烷基苯磺酸复合得到的季铵盐具有很好的热稳定性。由于非离子型抗静电剂无毒，并具有良好的加工性能，使其成为内部混炼型抗静电剂的主流，且其应用范围日益扩大。例如羟乙基化烷基胺与脂肪酸多元醇酯，或与烷醇酰胺的脂肪酸衍生物协同并用，可获得较好的抗静电性能。此外，新型两性型抗静电剂的开发也有报道，较典型的有脂肪酰胺膦酸盐（或磷酸盐）脂肪胺磷酸盐以及咪唑啉衍生物等。

　　我国对用于包装材料的抗静电剂的开发研制工作起步较晚，与国外差距较大，尤其是内部混炼型抗静电剂多年来一直依赖进口。目前，国内已有杭州市化工研究所、北京化工研究院以及山西省化工研究所等多家单位相继开发出各种类型的抗静电剂，主要品种有季铵盐化合物、羟乙基烷基胺、烷基醇胺硫酸盐、多元醇脂肪酸酯及其衍生物等。军械工程学院静电研究所在此基础上新近研制的L一H型抗静电改性剂，尤其适合于PVC、PE等包装材料使用，其表面电阻率可以控制在106~109A具有持久的抗静电效果。

　　三、高分子型永久抗静电剂高分子型抗静电剂是近年来研究开发的一类新型抗静电剂，它采用各种亲水性聚合物与高分子基体共混，使其具有永久抗静电性能。其主要特征是：不影响包装材料本身的耐热性和机械性能，适用面广，且在高分子材料中具有较好的分散效果。目前常用的永久性抗静电剂以聚氧化乙烯（PEO）的共聚物占多数，此外，还有聚乙二醇/甲基丙烯酸共聚物、聚乙二醇体系聚酰胺或聚酯酰胺、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物以及含有季铵盐基团的甲基丙烯酸酯类共聚物等。

　　近年来，国外相继开发出一系列永久性抗静电剂，与ABSHIPS和PMMA等高分子共混后，得到了永久性抗静电包装材料。例如日本旭化成工业公司开发成功ABS系与HIPS系永久性抗静电包装材料，商品牌号分别为Adion?A和AdionH，它们是以聚乙二醇体系聚酰胺（PEGPA）为永久性抗静电剂，分别与ABS、HIPS共混而得。在保持高分子基体原有特性的同时，还具有永久抗静电性能，表面电阻为1011其中，AdionH在相对湿度50%、温度23C的环境条件下保存4a后，抗静电性能及其它性能均未变化，且不受水洗及擦拭等因素的影响。Goodrich公司研制的永久性抗静电母料STAT?2300热稳定性好，价格低廉，其化学组成主要是PEO（表氯醇）当添加量为15~20%时，与PVCPCPET及PS系列高分子形成的共混体系具有永久抗静电性能。我国清华大学也开展高分子型永久抗静电剂的基础研究，这表明我国包装材料抗静电剂的开发研究水平与国外的差距正在逐渐缩小。

　　当然，高分子型永久抗静电剂的开发研究和工业化时间还不长，在包装材料的应用过程中还不可避免地存在一些问题，例如添加量大、成本高，故目前还不可能取代表面活性剂类抗静电剂，而且加工条件及其它关键技术亦需不断加以改进和完善。

　　四、结语综上所述，抗静电剂在国外已成为包装材料广泛采用的一种助剂。随着对电子产品、军工产品和食品包装等抗静电性能要求的日益提高，抗静电剂的数量和质量要求也越来越高。为此，在不断完善现有抗静电剂品种的基础上，应加强系列化产品的研制工作，努力开发与高分子材料相容性好、耐热性好、价格低廉的抗静电剂，尤其要加强对低毒或无毒的多功能抗静电剂，以及高效新型的季铵盐、两性型抗静电剂的开发研究。积极开展高分子型永久抗静电剂的基础研究工作，研制复合型或具有特殊性能的专用型抗静电剂。密切关注国外多功能助剂，尤其是抗静电增塑剂和耐热性高分子改性剂的研究状况，进一步加强抗静电浓缩母料的产品开发。此外，还应在降低生产成本和提高工艺水平上下功夫，从而推动我国包装材料的抗静电研究向高档次迈进。

(完)