Generování elektrostatického náboje

Schopnost pevné látky nést náboj závisí na povrchových podmínkách, dielektrické konstantě, povrchovém odporu a relativní vlhkosti okolního prostředí. Její schopnost nést náboj je nepřímo úměrná její dielektrické konstantě a relativní vlhkosti a přímo úměrná jejímu povrchovému odporu. Znaménko náboje se mění v závislosti na materiálu; materiály s nižšími dielektrickými konstantami jsou kladně nabité.

Izolační vlastnosti souvisí s hromaděním statické elektřiny. Chemická struktura většiny plastů ukazuje, že jsou vynikajícími izolanty, což z nich činí nezbytné materiály pro vysokofrekvenční zařízení, jako jsou radarové systémy. Protože většina plastů má nízkou povrchovou vodivost, nemohou rychle rozptýlit elektrický náboj, což je rozdíl mezi plasty a kovy.

Během používání plastových výrobků může statická elektřina způsobit různé problémy a vést k vážným, dokonce i nebezpečným následkům. Mezi nejčastější nebezpečí patří: silné nahromadění nečistot na plastových površích; statická elektřina přitahující prach, který ovlivňuje kvalitu zvuku desek; statická elektřina způsobující nepříjemný pocit „elektrického šoku“ u lidí používajících koberce ze syntetických vláken nebo plastové podlahy; statická adheze mezi plastovými fóliemi a archy, která narušuje normální výrobu; a shlukování pevných prášků během proudění vzduchu. Jiskry z výbojů generované velkým nahromaděním statického náboje mohou dokonce zapálit směsi vzduchu a prachu nebo organických rozpouštědel, což se stane příčinou mnoha ničivých explozí.

Opatření k potlačení elektrostatického náboje

(1) Zvyšující se relativní vlhkost: S rostoucí okolní vlhkostí lisovaných výrobků se zvyšuje i jejich povrchová vodivost, čímž se urychluje rozptyl náboje. Například pokud je relativní vlhkost polyamidu absorbujícího vodu vyšší než 65 %, prakticky neexistuje žádná statická elektřina. Naopak, pokud je relativní vlhkost mnohem nižší než 20 %, jsou problémy s vyrovnáváním povrchového náboje nevyhnutelné. V tomto případě je jediným skutečně účinným opatřením k potlačení statické elektřiny přidání vodivé matrice pro snížení objemového odporu.

(2) Zvyšte vodivost vzduchu:použitím ionizátoru, který pracuje na principu elektřiny nebo radioaktivity, ke zvýšení vodivosti vzduchu, takže se náboj může rychle rozptýlit do okolního vzduchu.

(3) Zvyšte povrchovou vodivost přidáním chemických přísad (antistatických činidel) do plastů nebo jejich aplikací na povrch za účelem zvýšení povrchové vodivosti, čímž se rozptýlí statický náboj.

 Chemická struktura antistatických činidel

Antistatické látky jsou přísady, které se přidávají do formovacích směsí nebo nanášejí na povrch lisovaných výrobků za účelem snížení hromadění statické elektřiny. Obecně lze antistatické látky podle způsobu aplikace rozdělit do dvou hlavních kategorií: pro vnitřní a vnější použití.

2.Vnitřní antistatické činidla

Interně přidávané antistatické látky se přidávají do polymerů jako povrchově aktivní látky před nebo během lisování. Všechny mají povrchově aktivní vlastnosti a mohou migrovat a agregovat na povrchu lisovaných dílů. Tyto přísady obsahují ve svých molekulách hydrofilní i hydrofobní skupiny. Hydrofobní skupiny mají určitou kompatibilitu s polymerem a mohou způsobit adhezi jeho molekul k povrchu výrobku, zatímco hydrofilní skupiny fungují tak, že se vážou a vyměňují s molekulami vody na povrchu výrobku. Většinu antistatických látek s povrchově aktivními vlastnostmi lze rozdělit na kationtové, aniontové a neiontové typy.

1.Kationtové antistatické látky:V tomto typu antistatického činidla aktivní část molekuly obvykle obsahuje velkou kationtovou skupinu a často dlouhou alkylovou skupinu, jako jsou kvartérní amoniové soli, kvartérní sulfoniové soli nebo kvartérní sulfoniové soli. Anionty se obvykle tvoří během kvarternizačních reakcí, jako jsou chloridy, methylsulfáty a dusičnany. V této kategorii komerčních produktů dominují antistatická činidla na bázi kvartérních amoniových solí. Kationtová antistatická činidla jsou nejúčinnější na polárních matricích (jako jsou PVC a styrenové polymery). Jejich použití je však poněkud omezeno kvůli jejich nepříznivým účinkům na tepelnou stabilitu některých polymerů.

2. Aniontové antistatické látky: V tomto typu antistatické látky je aktivní část molekuly aniontová. Alkylsulfonáty, sulfáty, fosfáty, dithiokarbamáty nebo karboxyláty obvykle nesou velké množství aniontů, zatímco kationty jsou obvykle ionty alkalických kovů a někdy i ionty kovů alkalických zemin. Například alkylsulfonát sodný se v průmyslu široce používá, protože dosahuje uspokojivých antistatických účinků v polymerech polyvinylchloridu a polystyrenu, ale jeho použití v polyolefinech má určitá omezení.

3. Neiontové antistatické látkyTyto antistatické látky mají povrchově aktivní molekulární skupinu, která je nenabitá a má velmi nízkou polaritu (zejména estery nebo ethery polyethylenglykolu, estery mastných kyselin nebo ethanolaminy, mono- nebo diglyceridy a ethoxylované mastné aminy). Většinou se komerčně dodávají jako kapaliny nebo vosky s nízkým bodem měknutí.

Nízká polarita těchto aditiv z nich činí ideální vnitřní antistatické látky pro polyethylen a polypropylen a vykazují také vysokou kompatibilitu. Různé typy polyethylenu a polypropylenu mají různou hustotu, krystalinitu a mikroskopické molekulární struktury. Proto je pro dosažení optimální molekulární struktury každého antistatického činidla nutné upravit délku alkylového řetězce a počet hydroxylových nebo etherových skupin ve sloučenině. Pouze tímto způsobem lze účinně zajistit požadovaný aplikační účinek. Například typické antistatické látky používané v polypropylenu jsou méně účinné při aplikaci na polyethylen s nízkou hustotou a naopak.

 Typ vnějšího nátěru: antistatický prostředek

Externí antistatické činidla se nanášejí na povrch lisovaných dílů ve formě vodného nebo alkoholového roztoku. Vzhledem k různým metodám aplikace se strukturální požadavky uvedené u vnitřních antistatických činidel stávají méně důležitými. Všechny povrchově aktivní sloučeniny, stejně jako mnoho povrchově neaktivních hygroskopických látek (jako je glycerin, polyoly a polyethylenglykol), mají v různé míře antistatické vlastnosti a účinnost těchto sloučenin není ovlivněna jejich kompatibilitou s polymerem ani jejich migrací v polymeru.