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在企業(yè)生產(chǎn)過程中通常會使用到各式各樣的導(dǎo)靜電產(chǎn)品以降低靜電的產(chǎn)生、增加其導(dǎo)靜電性能從而降低靜電點(diǎn)燃易燃蒸氣或者可燃粉塵的風(fēng)險。本文通過事故案例系統(tǒng)性地分析了導(dǎo)靜電劑的種類、作用原理、影響因素、常見導(dǎo)靜電產(chǎn)品中常用的導(dǎo)靜電劑，并從風(fēng)險管理角度總結(jié)了企業(yè)在生產(chǎn)過程中需要考慮的事項。

 

事故案例

 

某企業(yè)操作人員在將一種顏料固體粉料從PE袋中投入含甲醇的反應(yīng)釜時發(fā)生爆炸。企業(yè)開始進(jìn)行詳細(xì)的事故調(diào)查。由于PE袋為導(dǎo)靜電類型，因此調(diào)查小組從一開始將就其排除在導(dǎo)致事故的原因當(dāng)中，并懷疑可能是由于放熱化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致事故發(fā)生。然而，此反應(yīng)釜只是簡單的溶媒混合過程且在室溫下操作，因此小組之后排除了這個原因。操作人員穿了防靜電鞋且站在金屬格柵上因此排除了人體產(chǎn)生火花放電的可能性。通過一系列調(diào)查分析后，調(diào)查小組將懷疑重點(diǎn)回到PE袋上。開始調(diào)查小組猜想可能PE袋并非真正的防靜電PE袋。通過測試證實(shí)PE袋的表面電阻值為1x1013歐姆。因此調(diào)查小組認(rèn)為是PE袋廠家疏忽(如未填加導(dǎo)靜電劑)導(dǎo)致事故發(fā)生。廠家堅信PE袋生產(chǎn)線并未發(fā)生變化而且可以通過測試證明PE袋導(dǎo)靜電性能滿足要求。調(diào)查小組懷疑導(dǎo)靜電劑性能可能隨時間變化而降低。通過6個月的實(shí)驗(yàn)調(diào)查小組發(fā)現(xiàn)PE袋表面電阻值并未發(fā)生改變。調(diào)查小組開始懷疑是否顏料粉塵與導(dǎo)靜電劑之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致PE袋導(dǎo)靜電劑性能下降，但是此觀點(diǎn)被化學(xué)工程師否決(兩者之間不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng))。之后調(diào)查小組懷疑是否是顏料粉塵、導(dǎo)靜電劑與PE袋之間發(fā)生反應(yīng)。通過進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)靜電劑會在PE袋中表面停留很長時間，但是，當(dāng)很少粒徑的物料與表面一層導(dǎo)靜電劑接觸時，物料很容易吸附防靜電PE袋表面的導(dǎo)靜電劑從而增大其表面電阻值并降低其導(dǎo)靜電性能。最終調(diào)查小組找出導(dǎo)致事故發(fā)生的原因-防靜電PE袋變成非防靜電PE袋從而導(dǎo)致投料過程中產(chǎn)生刷形放電。

 

導(dǎo)靜電劑種類

 

根據(jù)使用類別，導(dǎo)靜電劑通?？梢苑譃橐韵聝煞N類型：

 

外部用導(dǎo)靜電劑：應(yīng)用于物體表面形成導(dǎo)靜電涂層。

 

內(nèi)部用導(dǎo)靜電劑：導(dǎo)靜電劑通常使用一定技術(shù)整合到物質(zhì)中，通過物料形成導(dǎo)靜電通路或者導(dǎo)靜電劑移動至物質(zhì)表面釋放電荷。

 

根據(jù)其化學(xué)特性，導(dǎo)靜電劑通?？梢苑譃闊o機(jī)類與有機(jī)類兩種類型：

 

無機(jī)類導(dǎo)靜電劑：如常用的碳黑、石墨、無機(jī)鹽類(如氯化鈣)。

 

有機(jī)類導(dǎo)靜電劑：又可以細(xì)分為以下四種類型。

 

陰離子型：代表性的如磷酸烷基酯，脂肪族磺酸鹽等。

 

陽離子型：代表性的如烷基季銨鹽、烷基胺鹽等。

 

非離子型：代表性的如脂肪酸酯、聚氯乙烯的衍生物、多元醇的酯化物等。

 

兩性型：代表性的如胺氧化物等。

 

導(dǎo)靜電劑的作用原理

 

導(dǎo)靜電劑主要通過以下兩種方式減少產(chǎn)品的電阻并增加導(dǎo)靜電性能。

 

導(dǎo)靜電劑的親水基團(tuán)可以增加產(chǎn)品表面的親水性，從而形成一層可以導(dǎo)電的薄的水膜。

 

離子型的導(dǎo)靜電劑可以增加產(chǎn)品表面的離子濃度，從而增加導(dǎo)靜電性能。

 

導(dǎo)靜電劑的影響因素

 

導(dǎo)靜電劑移動至物體表面后，與環(huán)境中的水分結(jié)合在物體表面形成一層薄的水膜(如圖1所示)。當(dāng)環(huán)境中的相對濕度變化時，物體表面形成的水膜也會發(fā)生變化。在相對濕度較低情況下其導(dǎo)靜電性能急劇下降。環(huán)境濕度對大部分常用的導(dǎo)靜電劑性能影響很大。非離子型導(dǎo)靜電劑通常受環(huán)境濕度影響較小，但是磷酸鹽類受環(huán)境濕度影響明顯(如表1所示)。

 

圖1：表面作用原理類型的導(dǎo)靜電劑

 

第1階段: 在擠出工藝中將導(dǎo)靜電劑均勻分布	第2階段： 導(dǎo)靜電劑移動至表面	第3階段： 與空氣中的水分結(jié)合形成一層薄的水膜

 

表1：環(huán)境相對濕度對常用導(dǎo)靜電劑的影響

 

備注：5-非常好，1-很差

 

導(dǎo)靜電劑種類	物理狀態(tài)	相對濕度%(RH)
		(55-70)	(< 45)
無機(jī)鹽類		3+	3+
碳類		5	5
磷酸鹽類	液體	5	4
	半固體	5	4
	固體	4	3
季胺鹽類	液體	4	4
	半固體	4	4
	固體	3+	3
非離子型	液體	2	2
	半固體	2	2
	固體	1+	1+

 

2. 導(dǎo)靜電劑在物體表面達(dá)到一定的平衡水平，表面以下的導(dǎo)靜電劑起到“倉庫”作用。當(dāng)表面的導(dǎo)靜電劑消耗后，導(dǎo)靜電劑會從“倉庫”再次移動至物體表面。反復(fù)的清洗等最終會消耗掉所有的導(dǎo)靜電劑，如防靜電服。

3. 某些導(dǎo)靜電劑會與其它填加劑反應(yīng)，如胺類導(dǎo)靜電劑會與酸性填加劑反應(yīng)。

4. 樹脂的結(jié)晶度也會影響導(dǎo)靜電劑性能。樹脂的結(jié)晶度不同會影響導(dǎo)靜電劑往物體表面移動的能力。樹脂的結(jié)晶度越高，導(dǎo)靜電劑越難往表面移動。

 

常見導(dǎo)/防靜電產(chǎn)品所用導(dǎo)靜電劑

 

下面是生產(chǎn)過程中常見導(dǎo)/防靜電產(chǎn)品中常用的導(dǎo)靜電劑類型以方便大家了解其應(yīng)用場合，并根據(jù)上面的分析了解其影響因素。

 

 

產(chǎn)品	常用導(dǎo)靜電劑
防靜電鞋	碳黑、季胺鹽類
防靜電服	碳纖維、導(dǎo)靜電纖維、導(dǎo)靜電聚合物
防靜電地面	碳纖維、碳納米管、導(dǎo)靜電顏料(氧化錫銻)
導(dǎo)靜電軟管	碳黑、季胺鹽類
防靜電噸桶	碳黑、碳纖維、導(dǎo)靜電聚合物
防靜電噸袋(FIBC)	碳纖維、導(dǎo)靜電纖維、導(dǎo)靜電聚合物
包裝袋(如PE/PP)	碳黑、導(dǎo)靜電聚合物

 

總結(jié)

 

工廠在選擇導(dǎo)靜電/防靜電產(chǎn)品時需要考慮產(chǎn)品所使用的導(dǎo)靜電劑類型及以下因素以防止導(dǎo)致潛在的安全風(fēng)險。

 

無機(jī)的導(dǎo)靜電劑通常比較穩(wěn)定，產(chǎn)品導(dǎo)靜電性能通?？梢跃S持很長時間。

 

通常情況下，移動至產(chǎn)品表面的能力較強(qiáng)的導(dǎo)靜電劑(如季胺鹽類)，產(chǎn)品的導(dǎo)靜電性能通常只可以維持很短時間。一些廠家生產(chǎn)的導(dǎo)靜電劑為12個月。

 

用于外部涂層的小分子量的離子型及非離子型有機(jī)導(dǎo)靜電劑通常維持時間很短，在很短時間內(nèi)涂層的導(dǎo)靜電性能急劇下降。此外，離子型的導(dǎo)靜電劑在反復(fù)清洗后很容易洗掉從而使導(dǎo)致失去導(dǎo)靜電性能。

 

依靠移動至產(chǎn)品表面作用的導(dǎo)靜電劑(如季胺鹽類、烷基磷酸酯)通常情況下對濕度比較敏感。

 

依靠移動至產(chǎn)品表面作用的導(dǎo)靜電劑在接觸至小粒徑顆粒時可能被其吸附從而導(dǎo)致產(chǎn)品導(dǎo)靜電性能下降，特別是與產(chǎn)品化學(xué)物質(zhì)本身相容性比較差的導(dǎo)靜電劑。

 

胺氧化物會在高溫下分解從而導(dǎo)致產(chǎn)品導(dǎo)靜電性能下降。

 

根據(jù)產(chǎn)品使用場合，需要評估導(dǎo)靜電劑與工藝物料之間的化學(xué)品禁忌性以防止工藝物料與導(dǎo)靜電劑之間反應(yīng)從而導(dǎo)致導(dǎo)靜電性能下降。