Generisanje elektrostatičkog naboja

Sposobnost čvrste materije da nosi naelektrisanje zavisi od površinskih uslova, dielektrične konstante, površinskog otpora i relativne vlažnosti okolne sredine. Njegova sposobnost da nosi naelektrisanje je obrnuto proporcionalna njegovoj dielektričnoj konstanti i relativnoj vlažnosti, a direktno proporcionalna njegovom površinskom otporu. Predznak naelektrisanja varira u zavisnosti od materijala; materijali sa nižim dielektričnim konstantama su pozitivno naelektrisani.

Izolacijska svojstva povezana su s nakupljanjem statičkog elektriciteta. Hemijska struktura većine plastike otkriva da su odlični izolatori, što ih čini neophodnim materijalima za visokofrekventnu opremu poput radara. Budući da većina plastike ima nisku površinsku provodljivost, ne može brzo raspršiti električni naboj, što je razlika između plastike i metala.

Tokom upotrebe plastičnih proizvoda, statički elektricitet može uzrokovati razne probleme i dovesti do ozbiljnih, čak i opasnih posljedica. Najčešće opasnosti uključuju: ozbiljno nakupljanje prljavštine na plastičnim površinama; statički elektricitet koji privlači prašinu koja utiče na kvalitet zvuka ploča; statički elektricitet koji uzrokuje neugodan osjećaj "električnog udara" kod ljudi koji koriste tepihe od sintetičkih vlakana ili plastične podove; statičko prianjanje između plastičnih folija i ploča, što remeti normalnu proizvodnju; i čvrsto zgrudnjavanje praha tokom protoka zraka. Varnice pražnjenja generirane velikim nakupljanjem statičkog naboja mogu čak zapaliti smjese zraka i prašine ili organskih rastvarača, što postaje uzrok mnogih razornih eksplozija.

Mjere za suzbijanje elektrostatičkog naboja

(1) Povećanje relativne vlažnosti: Kako se povećava vlažnost okoline oblikovanih proizvoda, povećava se i njihova površinska provodljivost, čime se ubrzava rasipanje naboja. Na primjer, kada je relativna vlažnost poliamida koji apsorbira vodu veća od 65%, praktično nema statičkog elektriciteta. Suprotno tome, kada je relativna vlažnost znatno niža od 20%, problemi s ravnotežom površinskog naboja su neizbježni. U ovom slučaju, jedina zaista učinkovita mjera za suzbijanje statičkog elektriciteta je dodavanje provodne matrice radi smanjenja zapreminske otpornosti.

(2) Povećati provodljivost zraka:korištenjem jonizatora koji radi na principu elektriciteta ili radioaktivnosti za povećanje provodljivosti zraka, tako da se naboj može brzo raspršiti u okolni zrak.

(3) Povećati površinsku provodljivost dodavanjem hemijskih aditiva (antistatika) plastici ili njihovim nanošenjem na površinu kako bi se povećala površinska provodljivost, čime se raspršuje statički naboj.

 Hemijska struktura antistatičkih sredstava

Antistatička sredstva su aditivi koji se dodaju masama za kalupljenje ili nanose na površinu kalupljenih proizvoda kako bi se smanjilo nakupljanje statičkog elektriciteta. Općenito, na osnovu načina primjene, antistatička sredstva se mogu podijeliti u dvije glavne kategorije: za unutrašnju i vanjsku primjenu.

2.Unutrašnji antistatički agensi

Interno dodani antistatici se dodaju polimerima kao surfaktanti prije ili tokom oblikovanja. Svi oni posjeduju površinski aktivne karakteristike i mogu migrirati i agregirati na površini oblikovanih dijelova. Ovi aditivi sadrže i hidrofilne i hidrofobne grupe u svojim molekulama. Hidrofobne grupe imaju određenu kompatibilnost s polimerom i mogu uzrokovati prianjanje njegovih molekula na površinu proizvoda, dok hidrofilne grupe funkcioniraju vezivanjem i razmjenom s molekulama vode na površini proizvoda. Većina antistatika s površinski aktivnim karakteristikama može se klasificirati u kationske, anionske i nejonske tipove.

1.Katjonski antistatici:Kod ove vrste antistatičkog sredstva, aktivni dio molekule obično sadrži veliku kationsku grupu i često dugu alkil grupu, kao što su kvaternarne amonijum soli, kvaternarne sulfonijum soli ili kvaternarne sulfonijum soli. Anioni se uglavnom formiraju tokom reakcija kvaternizacije, kao što su hloridi, metil sulfati i nitrati. Antistatička sredstva na bazi kvaternarne amonijum soli dominiraju u ovoj kategoriji komercijalnih proizvoda. Kationska antistatička sredstva su najefikasnija na polarnim matricama (kao što su PVC i stiren polimeri). Međutim, njihova upotreba je donekle ograničena zbog njihovih negativnih efekata na termičku stabilnost određenih polimera.

2. Anionski antistatici: Kod ove vrste antistatika, aktivni dio molekule je anionski. Alkil sulfonati, sulfati, fosfati, ditiokarbamati ili karboksilati obično nose veliki broj aniona, dok su kationi obično ioni alkalnih metala, a ponekad i ioni zemnoalkalnih metala. Na primjer, natrijum alkil sulfonat se široko koristi u industriji jer postiže zadovoljavajuće antistatičke efekte u polivinil hloridnim i polistirenskim polimerima, ali njegova primjena u poliolefinima ima određena ograničenja.

3. Nejonski antistaticiOvi antistatici imaju površinski aktivnu molekularnu grupu koja je nenabijena i ima vrlo nisku polarnost (uglavnom polietilen glikol esteri ili eteri, esteri masnih kiselina ili etanolamini, mono- ili digliceridi i etoksilirani masni amini). Uglavnom se komercijalno isporučuju kao tekućine ili voskovi niske tačke omekšavanja.

Niska polarnost ovih aditiva čini ih idealnim internim antistatičkim sredstvima za polietilen i polipropilen, a također pokazuju visoku kompatibilnost. Različite vrste polietilena i polipropilena imaju različite gustoće, kristalnost i mikroskopske molekularne strukture. Stoga, da bi se dobila optimalna molekularna struktura za svako antistatičko sredstvo, dužina alkilnog lanca i broj hidroksilnih ili eterskih grupa u spoju moraju se prilagoditi. Samo na taj način se može efikasno osigurati željeni učinak primjene. Na primjer, tipična antistatička sredstva koja se koriste u polipropilenu manje su učinkovita kada se primjenjuju na polietilen niske gustoće i obrnuto.

 Vanjski premaz tipa antistatičkog sredstva

Vanjska antistatička sredstva nanose se na površinu oblikovanih dijelova u obliku vodenog ili alkoholnog rastvora. Zbog različitih metoda primjene, strukturni zahtjevi spomenuti kod unutarnjih antistatičkih sredstava postaju manje važni. Sva površinski aktivna jedinjenja, kao i mnoge površinski neaktivne higroskopne supstance (kao što su glicerin, polioli i polietilen glikol), posjeduju antistatička svojstva u različitom stepenu, a na efikasnost ovih jedinjenja ne utiče njihova kompatibilnost sa polimerom ili njihova migracija unutar polimera.