تولید بار الکترواستاتیکی

توانایی یک جامد در حمل بار به شرایط سطح، ثابت دی‌الکتریک، مقاومت ویژه سطح و رطوبت نسبی محیط اطراف بستگی دارد. توانایی آن در حمل بار با ثابت دی‌الکتریک و رطوبت نسبی آن نسبت معکوس و با مقاومت ویژه سطح آن نسبت مستقیم دارد. علامت بار بسته به نوع ماده متفاوت است؛ موادی که ثابت دی‌الکتریک پایین‌تری دارند، بار مثبت دارند.

خواص عایق‌بندی مربوط به تجمع الکتریسیته ساکن است. ساختار شیمیایی اکثر پلاستیک‌ها نشان می‌دهد که آنها عایق‌های بسیار خوبی هستند و آنها را به مواد ضروری برای تجهیزات فرکانس بالا مانند رادار تبدیل می‌کند. از آنجا که اکثر پلاستیک‌ها رسانایی سطحی پایینی دارند، نمی‌توانند به سرعت بار الکتریکی را از بین ببرند، که این تفاوت بین پلاستیک‌ها و فلزات است.

در طول استفاده از محصولات پلاستیکی، الکتریسیته ساکن می‌تواند مشکلات مختلفی ایجاد کند و منجر به عواقب جدی و حتی خطرناکی شود. شایع‌ترین خطرات عبارتند از: تجمع شدید آلودگی روی سطوح پلاستیکی؛ الکتریسیته ساکن که گرد و غبار را جذب می‌کند و بر کیفیت صدای صفحات گرامافون تأثیر می‌گذارد؛ الکتریسیته ساکن باعث ایجاد احساس ناخوشایند "شوک الکتریکی" در افرادی که از فرش‌های الیاف مصنوعی یا کفپوش‌های پلاستیکی استفاده می‌کنند؛ چسبندگی استاتیک بین فیلم‌ها و ورق‌های پلاستیکی که تولید عادی را مختل می‌کند؛ و تجمع پودر جامد در حین انتقال جریان هوا. جرقه‌های تخلیه ناشی از تجمع زیاد بار ساکن حتی می‌توانند مخلوطی از هوا و گرد و غبار یا حلال‌های آلی را مشتعل کنند و عامل بسیاری از انفجارهای مخرب شوند.

اقدامات لازم برای جلوگیری از ایجاد بار الکترواستاتیک

(1) افزایش رطوبت نسبی: با افزایش رطوبت محیط محصولات قالب‌گیری شده، رسانایی سطحی آنها نیز افزایش می‌یابد و در نتیجه اتلاف بار الکتریکی تسریع می‌شود. به عنوان مثال، هنگامی که رطوبت نسبی پلی‌آمید جاذب آب بالاتر از 65٪ باشد، عملاً هیچ الکتریسیته ساکنی وجود ندارد. برعکس، هنگامی که رطوبت نسبی بسیار کمتر از 20٪ باشد، مشکلات تعادل بار سطحی اجتناب‌ناپذیر است. در این حالت، تنها اقدام واقعاً مؤثر برای سرکوب الکتریسیته ساکن، اضافه کردن یک ماتریس رسانا برای کاهش مقاومت حجمی است.

(2) رسانایی هوا را افزایش دهید:با استفاده از یک یونیزه کننده که بر اساس اصل الکتریسیته یا رادیواکتیویته کار می‌کند، رسانایی هوا را افزایش می‌دهد، به طوری که بار الکتریکی بتواند به سرعت در هوای محیط پراکنده شود.

(3) رسانایی سطحی را با افزودن افزودنی‌های شیمیایی (عوامل ضد الکتریسیته ساکن) به پلاستیک‌ها یا اعمال آنها به سطح برای افزایش رسانایی سطحی و در نتیجه از بین بردن بار ساکن، افزایش دهید.

 ساختار شیمیایی عوامل آنتی استاتیک

عوامل آنتی استاتیک افزودنی‌هایی هستند که به ترکیبات قالب‌گیری اضافه می‌شوند یا برای کاهش تجمع الکتریسیته ساکن روی سطح محصولات قالب‌گیری شده اعمال می‌شوند. به طور کلی، بر اساس روش اعمال، عوامل آنتی استاتیک را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: کاربرد داخلی و خارجی.

۲.عوامل آنتی استاتیک داخلی

عوامل آنتی‌استاتیک داخلی به عنوان سورفکتانت قبل یا در حین قالب‌گیری به پلیمرها اضافه می‌شوند. همه آنها دارای ویژگی‌های فعال سطحی هستند و می‌توانند روی سطح قطعات قالب‌گیری شده مهاجرت کرده و تجمع یابند. این افزودنی‌ها حاوی گروه‌های آبدوست و آبگریز در مولکول‌های خود هستند. گروه‌های آبگریز سازگاری خاصی با پلیمر دارند و می‌توانند باعث چسبیدن مولکول‌های آن به سطح محصول شوند، در حالی که گروه‌های آبدوست با اتصال و تبادل با مولکول‌های آب روی سطح محصول عمل می‌کنند. اکثر عوامل آنتی‌استاتیک با ویژگی‌های فعال سطحی را می‌توان به انواع کاتیونی، آنیونی و غیریونی طبقه‌بندی کرد.

1.عوامل آنتی استاتیک کاتیونی:در این نوع عامل آنتی استاتیک، بخش فعال مولکول معمولاً حاوی یک گروه کاتیونی بزرگ و اغلب یک گروه آلکیل بلند مانند نمک‌های آمونیوم چهارتایی، نمک‌های سولفونیوم چهارتایی یا نمک‌های سولفونیوم چهارتایی است. آنیون‌ها معمولاً در طول واکنش‌های کواترنیزاسیون مانند کلریدها، متیل سولفات‌ها و نیترات‌ها تشکیل می‌شوند. عوامل آنتی استاتیک نمک آمونیوم چهارتایی بر این دسته از محصولات تجاری تسلط دارند. عوامل آنتی استاتیک کاتیونی بیشترین تأثیر را بر ماتریس‌های قطبی (مانند پلیمرهای PVC و استایرن) دارند. با این حال، استفاده از آنها به دلیل اثرات نامطلوب آنها بر پایداری حرارتی پلیمرهای خاص تا حدودی محدود است.

۲. عوامل آنتی‌استاتیک آنیونی: در این نوع عامل آنتی‌استاتیک، بخش فعال مولکول آنیونی است. آلکیل سولفونات‌ها، سولفات‌ها، فسفات‌ها، دی‌تیوکاربامات‌ها یا کربوکسیلات‌ها معمولاً تعداد زیادی آنیون حمل می‌کنند، در حالی که کاتیون‌ها معمولاً یون‌های فلزات قلیایی و گاهی اوقات یون‌های فلزات قلیایی خاکی هستند. به عنوان مثال، سدیم آلکیل سولفونات به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شود زیرا اثرات آنتی‌استاتیک رضایت‌بخشی در پلیمرهای پلی‌وینیل کلرید و پلی‌استایرن ایجاد می‌کند، اما کاربرد آن در پلی‌اولفین‌ها محدودیت‌های خاصی دارد.

3. عوامل آنتی استاتیک غیر یونیاین عوامل آنتی‌استاتیک دارای یک گروه مولکولی فعال سطحی هستند که بدون بار الکتریکی بوده و قطبیت بسیار کمی دارند (عمدتاً استرها یا اترهای پلی‌اتیلن گلیکول، استرهای اسید چرب یا اتانول‌آمین‌ها، مونو یا دی‌گلیسیریدها و آمین‌های چرب اتوکسیله شده). آنها عمدتاً به صورت تجاری به صورت مایعات یا واکس‌های با نقطه نرم‌شوندگی پایین عرضه می‌شوند.

قطبیت پایین این افزودنی‌ها، آنها را به عوامل آنتی‌استاتیک داخلی ایده‌آل برای پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن تبدیل می‌کند و همچنین سازگاری بالایی از خود نشان می‌دهند. انواع مختلف پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن چگالی، بلورینگی و ساختارهای مولکولی میکروسکوپی متفاوتی دارند. بنابراین، برای به دست آوردن ساختار مولکولی بهینه برای هر عامل آنتی‌استاتیک، طول زنجیره آلکیل و تعداد گروه‌های هیدروکسیل یا اتر در ترکیب باید تنظیم شود. تنها از این طریق می‌توان اثر کاربردی مطلوب را به طور مؤثر تضمین کرد. به عنوان مثال، عوامل آنتی‌استاتیک معمولی مورد استفاده در پلی‌پروپیلن هنگام استفاده روی پلی‌اتیلن با چگالی کم، اثر کمتری دارند و برعکس.

 نوع پوشش خارجی عامل آنتی استاتیک

عوامل آنتی‌استاتیک خارجی به شکل محلول آبی یا الکلی روی سطح قطعات قالب‌گیری شده اعمال می‌شوند. با توجه به روش‌های مختلف اعمال، الزامات ساختاری ذکر شده در عوامل آنتی‌استاتیک داخلی اهمیت کمتری پیدا می‌کنند. همه ترکیبات فعال سطحی و همچنین بسیاری از مواد جاذب رطوبت غیر فعال سطحی (مانند گلیسیرین، پلی‌ال‌ها و پلی‌اتیلن گلیکول) دارای خواص آنتی‌استاتیک با درجات مختلف هستند و اثربخشی این ترکیبات تحت تأثیر سازگاری آنها با پلیمر یا مهاجرت آنها در داخل پلیمر قرار نمی‌گیرد.