[发明专利]一种高分子量亲水两性离子型抗静电剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高分子量亲水两性离子型抗静电剂及其制备方法和应用，该静电剂以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和溴代烷基酸为原料合成了两性单体(2‑甲基丙烯酰氧基)乙基二甲基烷基酸溴化铵，采用乳液法将两性单体与丙烯酰胺进行自由基共聚，合成出一种高分子量亲水两性离子型抗静电剂。本发明制备出的亲水两性离子型抗静电剂，相较于导电填料和阴离子型或阳离子型高分子抗静电剂，具有以下特点：表面电阻率低，可达到10⁷Ω；与高分子材料相容性好；抗静电性能持久；对力学性能影响较小等特点。

技术领域

本发明涉及属于新材料化学合成领域，涉及一种高分子量亲水两性离子型抗静电剂及其制备方法和应用。

背景技术

高分子材料一般都是通过稳定的共价键结合，自身不能电离，因此分子链间存在很大的禁带能级而使载流子无法运动，导致其表面电阻率高，一般在10¹²～10¹⁵Ω之间，作为非绝缘材料时，其表面一经摩擦就容易产生静电，且很难消除，易导致吸尘、电子器件击穿、放电和燃烧等现象，存在严重的安全隐患。在热塑性弹性体中添加抗静电剂来避免此类问题的方法由于比较简便有效，因此被广泛采用。

抗静电剂的作用机理主要有以下四种：①离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性。②抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性，形成导电膜。③介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。④增加制品表面的平滑性可降低其摩擦因数。抗静电剂与高分子材料的相容性对其抗静电性能有很大的影响。两者相容性甚好，抗静电剂分子难以进行迁移，材料表面损失的抗静电剂不能得到及时的补充，难以发挥作用；而相容性太差，抗静电剂会大量析出，不仅影响制品外观，而且抗静电效果难以持久。抗静电剂的添加量对材料的抗静电性能影响也很大，当抗静电剂达到某一临界浓度，在制品表面形成若干个导电分子层，才有良好的抗静电效果。

现市场上常见的抗静电剂主要分为两种，即表面活性剂类抗静电剂和永久性抗静电剂。表面活性剂类抗静电剂一般同时含有亲油基团和亲水基团。亲油基团通常为饱和长碳链，亲水基团一般为羟基、羧基、磺酸基和醚键。根据亲水基团的电离情况，表面活性剂类抗静电剂可分为阳离子型抗静电剂、阴离子抗静电剂、两性离子抗静电剂、非离子型抗静电剂。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，与材料的相容性较差；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，在高温加工条件下溶液变色，因此常作为外部涂敷型抗静电剂使用；两性型抗静电剂的最突出的特点是在一定条件下既具有阳离子活性剂的作用，又具阴离子活性剂的作用，且与材料的相容性较好，抗静电性能类似于阳离子型，但一般的两性型抗静电剂采用的是阴离子、阳离子共聚的方法制备，分子无法达到电中性，带电荷，会导致在进行高分子物理改性时抗静电剂团聚、分散不均。非离子型抗静电剂不带电荷，自身无法泄漏电荷，故抗静电性能比不上离子型抗静电剂，但其毒性低，热稳定性好，腐蚀性小，也不易引起高分子材料的老化。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性聚合物，它们与基体树脂有较好的相容性，因而稳定性和耐久性好。它们在高分子基体树脂中的分散性对其的抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在基体高分子材料表面呈层状分散结构，而中心部分呈球状分布，称为“蕊壳”结构。这种分散结构能有效地降低共混物表面电阻率，并且具有永久的抗静电性能，还不影响材料本身的热性能和机械性能现有的两性永久抗静电剂基本是采用阴阳离子共聚或者阴离子与阳离子抗静电剂组合使用，都会存在静电吸附发生团聚现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种高分子量亲水两性离子型抗静电剂，该静电剂通过引入长碳链和增大抗静电剂分子量，可以改善抗静电剂与高分子材料的相容性，使高分子材料的表面电阻率大幅降低，降低抗静电剂析出。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种高分子量亲水两性离子型抗静电剂，其结构式如下：

式中x、y为结构单元百分数，z为碳原子个数，x为60％～95％，y为5％～40％，z≧10。