Generación de carga electrostática

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

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

Durante el uso de productos plásticos, la electricidad estática puede causar diversos problemas y tener consecuencias graves, incluso peligrosas. Los riesgos más comunes incluyen: acumulación severa de suciedad en superficies plásticas; atracción de polvo por la electricidad estática, lo que afecta la calidad del sonido de los discos; sensación desagradable de descarga eléctrica en personas que usan alfombras de fibras sintéticas o pisos de plástico; adhesión estática entre películas y láminas de plástico, interrumpiendo la producción normal; y aglomeración de polvo sólido durante el transporte por flujo de 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 supera el 65%, prácticamente no hay electricidad estática. Por el contrario, cuando la humedad relativa es muy inferior al 20%, los problemas de equilibrio de carga superficial son inevitables. En este caso, la única medida realmente 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) Aumentar la conductividad superficial agregando aditivos químicos (agentes antiestáticos) a los plásticos o aplicándolos a la superficie para aumentar la conductividad superficial, disipando así la carga estática.

 Estructura química de los agentes antiestáticos

Los agentes antiestáticos son aditivos que se agregan 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 se añaden internamente a los polímeros como tensioactivos antes o durante el moldeo. Todos ellos poseen propiedades tensioactivas y pueden migrar y acumularse en la superficie de las piezas moldeadas. Estos aditivos contienen grupos hidrófilos e hidrófobos en sus moléculas. Los grupos hidrófobos presentan cierta compatibilidad con el polímero y pueden provocar que sus moléculas se adhieran a la superficie del producto, mientras que los grupos hidrófilos actúan uniéndose e intercambiando moléculas de agua en la superficie del producto. La mayoría de los agentes antiestáticos con propiedades tensioactivas se pueden clasificar en catiónicos, aniónicos y no iónicos.

1.Agentes antiestáticos catiónicos:En este tipo de agentes antiestáticos, la parte activa de la molécula suele contener un grupo catiónico grande y, a menudo, un grupo alquilo largo, como sales de amonio cuaternario, sales de sulfonio cuaternario o sales de sulfonio cuaternario. Los aniones se forman generalmente durante las reacciones de cuaternización, como cloruros, sulfatos de metilo y nitratos. Los agentes antiestáticos de sales de amonio cuaternario predominan en esta categoría de productos comerciales. Los agentes antiestáticos catiónicos son más eficaces en matrices polares (como PVC y 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 agentes antiestáticos, la parte activa de la molécula es aniónica. Los alquilsulfonatos, sulfatos, fosfatos, ditiocarbamatos o carboxilatos suelen contener un gran número 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 porque proporciona efectos antiestáticos satisfactorios en polímeros de cloruro de polivinilo y poliestireno, pero su aplicación en poliolefinas presenta ciertas limitaciones.

3. agentes antiestáticos no iónicosEstos agentes antiestáticos poseen un grupo molecular tensioactivo sin carga y de muy baja polaridad (principalmente ésteres o éteres de polietilenglicol, ésteres de ácidos grasos o etanolaminas, mono- o diglicéridos y aminas grasas etoxiladas). Se comercializan mayoritariamente 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 el polietileno y el polipropileno, y además presentan una alta compatibilidad. Los distintos tipos de polietileno y polipropileno tienen 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 deseado. Por ejemplo, los agentes antiestáticos típicos utilizados en el polipropileno son menos eficaces cuando se aplican al polietileno de baja densidad, y viceversa.

 Agente antiestático de tipo recubrimiento 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 para los agentes antiestáticos internos pierden importancia. Todos los compuestos tensioactivos, así como muchas sustancias higroscópicas no tensioactivas (como la glicerina, los polioles y el polietilenglicol), poseen propiedades antiestáticas en diversos grados, y la eficacia de estos compuestos no se ve afectada por su compatibilidad con el polímero ni por su migración dentro del mismo.