Generación de carga electrostática

La capacidad de un sólido para transportar una carga depende de las condiciones de la superficie, la constante dieléctrica, la resistividad superficial y la humedad relativa del entorno. Su capacidad para transportar una carga es inversamente proporcional a su constante dieléctrica y humedad relativa, y directamente proporcional a su resistividad superficial. El signo de la carga varía según el material; los materiales con constantes dieléctricas más bajas tienen carga positiva.

Las propiedades de aislamiento están relacionadas con la acumulación de electricidad estática. La estructura química de la mayoría de los plásticos los convierte en excelentes aislantes, lo que los convierte en materiales esenciales para equipos de alta frecuencia como el radar. Debido a su baja conductividad superficial, la mayoría de los plásticos no pueden disipar rápidamente la carga eléctrica, lo que los diferencia de los metales.

Durante el uso de productos de plástico, la electricidad estática puede causar diversos problemas y tener consecuencias graves, incluso peligrosas. Los peligros más comunes incluyen: acumulación excesiva de suciedad en superficies de plástico; atracción de polvo que afecta la calidad del sonido de los discos; una desagradable sensación de "descarga eléctrica" ​​en personas que utilizan alfombras de fibra sintética o suelos de plástico; adhesión estática entre películas y láminas de plástico, lo que interrumpe la producción normal; y la acumulación de polvo sólido durante el transporte del aire. Las chispas generadas por grandes acumulaciones de carga estática pueden incluso encender mezclas de aire y polvo o disolventes orgánicos, causando numerosas explosiones destructivas.

Medidas para suprimir la carga electrostática

(1) Aumento de la humedad relativa: A medida que aumenta la humedad ambiental de los productos moldeados, también aumenta su conductividad superficial, acelerando así la disipación de carga. Por ejemplo, cuando la humedad relativa de la poliamida absorbente de agua es superior al 65 %, prácticamente no hay electricidad estática. Por el contrario, cuando la humedad relativa es mucho menor del 20 %, los problemas de equilibrio de carga superficial son inevitables. En este caso, la única medida verdaderamente eficaz para suprimir la electricidad estática es añadir una matriz conductora para reducir la resistividad volumétrica.

(2) Aumentar la conductividad del aire.:mediante el uso de un ionizador que funciona según el principio de la electricidad o la radiactividad para aumentar la conductividad del aire, de modo que la carga pueda disiparse rápidamente en el aire ambiente.

(3) Aumente la conductividad de la superficie agregando aditivos químicos (agentes antiestáticos) a los plásticos o aplicándolos a la superficie para aumentar la conductividad de la superficie, disipando así la carga estática.

 Estructura química de los agentes antiestáticos

Los agentes antiestáticos son aditivos que se añaden a los compuestos de moldeo o se aplican a la superficie de los productos moldeados para reducir la acumulación de electricidad estática. Generalmente, según el método de aplicación, los agentes antiestáticos se dividen en dos categorías principales: aplicación interna y externa.

2.Agentes antiestáticos internos

Los agentes antiestáticos de adición interna se añaden a los polímeros como surfactantes antes o durante el moldeo. Todos poseen propiedades tensioactivas y pueden migrar y agregarse en la superficie de las piezas moldeadas. Estos aditivos contienen grupos hidrófilos e hidrófobos en sus moléculas. Los grupos hidrófobos tienen cierta compatibilidad con el polímero y pueden provocar que sus moléculas se adhieran a la superficie del producto, mientras que los grupos hidrófilos funcionan uniéndose e intercambiándose con las moléculas de agua en la superficie del producto. La mayoría de los agentes antiestáticos con propiedades tensioactivas se clasifican en catiónicos, aniónicos y no iónicos.

1.Agentes antiestáticos catiónicos:En este tipo de agente antiestático, la parte activa de la molécula suele contener un grupo catiónico grande y, a menudo, un grupo alquilo largo, como las sales de amonio cuaternario, las sales de sulfonio cuaternario o las sales de sulfonio cuaternario. Los aniones se forman generalmente durante las reacciones de cuaternización, como los cloruros, los metilsulfatos y los nitratos. Los agentes antiestáticos a base de sales de amonio cuaternario predominan en esta categoría de productos comerciales. Los agentes antiestáticos catiónicos son más eficaces en matrices polares (como el PVC y los polímeros de estireno). Sin embargo, su uso es algo limitado debido a sus efectos adversos sobre la estabilidad térmica de ciertos polímeros.

2. Agentes antiestáticos aniónicos: En este tipo de agente antiestático, la parte activa de la molécula es aniónica. Los alquilsulfonatos, sulfatos, fosfatos, ditiocarbamatos o carboxilatos suelen contener una gran cantidad de aniones, mientras que los cationes suelen ser iones de metales alcalinos y, en ocasiones, iones de metales alcalinotérreos. Por ejemplo, el alquilsulfonato de sodio se utiliza ampliamente en la industria debido a sus satisfactorios efectos antiestáticos en polímeros de cloruro de polivinilo y poliestireno, pero su aplicación en poliolefinas presenta ciertas limitaciones.

3. Agentes antiestáticos no iónicosEstos agentes antiestáticos tienen un grupo molecular tensioactivo sin carga y de muy baja polaridad (principalmente ésteres o éteres de polietilenglicol, ésteres de ácidos grasos o etanolaminas, monoglicéridos o diglicéridos, y aminas grasas etoxiladas). Se comercializan principalmente en forma líquida o como ceras de bajo punto de reblandecimiento.

La baja polaridad de estos aditivos los convierte en agentes antiestáticos internos ideales para polietileno y polipropileno, y además presentan una alta compatibilidad. Los diferentes tipos de polietileno y polipropileno presentan densidades, cristalinidad y estructuras moleculares microscópicas variables. Por lo tanto, para obtener la estructura molecular óptima para cada agente antiestático, es necesario ajustar la longitud de la cadena alquílica y el número de grupos hidroxilo o éter en el compuesto. Solo así se puede garantizar eficazmente el efecto de aplicación deseado. Por ejemplo, los agentes antiestáticos típicos utilizados en polipropileno son menos eficaces cuando se aplican al polietileno de baja densidad, y viceversa.

 Agente antiestático de tipo revestimiento externo

Los agentes antiestáticos externos se aplican a la superficie de las piezas moldeadas en forma de solución acuosa o alcohólica. Debido a los diferentes métodos de aplicación, los requisitos estructurales mencionados en los agentes antiestáticos internos pierden relevancia. Todos los compuestos tensioactivos, así como muchas sustancias higroscópicas no tensioactivas (como la glicerina, los polioles y el polietilenglicol), poseen propiedades antiestáticas en distintos grados, y su eficacia no se ve afectada por su compatibilidad con el polímero ni por su migración dentro de él.