Sähköstaattisen varauksen syntyminen

Kiinteän aineen kyky kantaa varausta riippuu pintaolosuhteista, dielektrisyysvakiosta, pintaresistiivisyydestä ja ympäröivän ympäristön suhteellisesta kosteudesta. Sen kyky kantaa varausta on kääntäen verrannollinen sen dielektrisyysvakioon ja suhteelliseen kosteuteen ja suoraan verrannollinen sen pintaresistiivisyyteen. Varauksen etumerkki vaihtelee materiaalista riippuen; materiaalit, joilla on pienempi dielektrisyysvakio, ovat positiivisesti varautuneita.

Eristysominaisuudet liittyvät staattisen sähkön kertymiseen. Useimpien muovien kemiallinen rakenne paljastaa niiden olevan erinomaisia ​​eristeitä, mikä tekee niistä olennaisia ​​materiaaleja korkeataajuuslaitteissa, kuten tutkissa. Koska useimmilla muoveilla on alhainen pintajohtavuus, ne eivät pysty nopeasti haihduttamaan sähkövarausta, mikä on ero muovien ja metallien välillä.

Muovituotteiden käytön aikana staattinen sähkö voi aiheuttaa erilaisia ​​ongelmia ja johtaa vakaviin, jopa vaarallisiin seurauksiin. Yleisimpiä vaaroja ovat: voimakas lian kertyminen muovipinnoille; staattinen sähkö, joka vetää puoleensa pölyä, mikä vaikuttaa levyjen äänenlaatuun; staattinen sähkö, joka aiheuttaa epämiellyttävän "sähköiskun" tunteen synteettisiä kuitumattoja tai muovilattioita käyttäville ihmisille; staattinen tarttuminen muovikalvojen ja -levyjen välille, mikä häiritsee normaalia tuotantoa; ja kiinteän jauheen paakkuuntuminen ilmavirran aikana. Suurten staattisten varausten kertymien aiheuttamat purkauskipinät voivat jopa sytyttää ilman ja pölyn tai orgaanisten liuottimien seoksia, mikä voi aiheuttaa monia tuhoisia räjähdyksiä.

Toimenpiteet sähköstaattisen varauksen estämiseksi

(1) Suhteellisen kosteuden lisääminen: Muovattujen tuotteiden ilmankosteuden kasvaessa myös niiden pintajohtavuus kasvaa, mikä kiihdyttää varauksen purkautumista. Esimerkiksi kun vettä imevän polyamidin suhteellinen kosteus on yli 65 %, staattista sähköä ei käytännössä esiinny. Toisaalta, kun suhteellinen kosteus on paljon alle 20 %, pintavaraustasapaino-ongelmat ovat väistämättömiä. Tässä tapauksessa ainoa todella tehokas toimenpide staattisen sähkön estämiseksi on lisätä johtavaa matriisia tilavuusresistiivisyyden pienentämiseksi.

(2) Lisää ilmanjohtavuutta:käyttämällä sähkön tai radioaktiivisuuden periaatteella toimivaa ionisaattoria ilmanjohtavuuden lisäämiseksi, jotta varaus voidaan nopeasti haihduttaa ympäröivään ilmaan.

(3) Lisää pinnanjohtavuutta lisäämällä muoveihin kemiallisia lisäaineita (antistaattisia aineita) tai levittämällä niitä pinnalle pinnanjohtavuuden lisäämiseksi, mikä poistaa staattista varausta.

 Antistaattisten aineiden kemiallinen rakenne

Antistaattiset aineet ovat lisäaineita, joita lisätään muovausmassoihin tai levitetään muovattujen tuotteiden pinnalle staattisen sähkön kertymisen vähentämiseksi. Yleisesti ottaen antistaattiset aineet voidaan jakaa kahteen pääluokkaan levitystavan perusteella: sisäiseen ja ulkoiseen käyttöön.

2.Sisäiset antistaattiset aineet

Sisäisesti lisättäviä antistaattisia aineita lisätään polymeereihin pinta-aktiivisina aineina ennen muovausta tai sen aikana. Niillä kaikilla on pinta-aktiivisia ominaisuuksia ja ne voivat siirtyä ja aggregoitua muovattujen osien pinnalle. Nämä lisäaineet sisältävät molekyyleissään sekä hydrofiilisiä että hydrofobisia ryhmiä. Hydrofobisilla ryhmillä on tietty yhteensopivuus polymeerin kanssa ja ne voivat saada sen molekyylit tarttumaan tuotteen pintaan, kun taas hydrofiiliset ryhmät toimivat sitoutumalla ja vaihtamalla vesimolekyylejä tuotteen pinnalla. Useimmat pinta-aktiivisia ominaisuuksia omaavat antistaattiset aineet voidaan luokitella kationisiksi, anionisiksi ja ionittomiksi.

1.Kationiset antistaattiset aineet:Tämän tyyppisessä antistaattisessa aineessa molekyylin aktiivinen osa sisältää tyypillisesti suuren kationisen ryhmän ja usein pitkän alkyyliryhmän, kuten kvaternääriset ammoniumsuolat, kvaternääriset sulfoniumsuolat tai kvaternääriset sulfoniumsuolat. Anioneja muodostuu yleensä kvaternisaatioreaktioiden aikana, kuten kloridit, metyylisulfaatit ja nitraatit. Kvaternääriset ammoniumsuolaan perustuvat antistaattiset aineet hallitsevat tätä kaupallisten tuotteiden luokkaa. Kationiset antistaattiset aineet ovat tehokkaimpia polaarisissa matriiseissa (kuten PVC- ja styreenipolymeereissä). Niiden käyttö on kuitenkin jonkin verran rajoitettua niiden haitallisten vaikutusten vuoksi tiettyjen polymeerien lämpöstabiilisuuteen.

2. Anioniset antistaattiset aineet: Tämän tyyppisessä antistaattisessa aineessa molekyylin aktiivinen osa on anioninen. Alkyylisulfonaatit, sulfaatit, fosfaatit, ditiokarbamaatit tai karboksylaatit sisältävät tyypillisesti suuren määrän anioneja, kun taas kationit ovat yleensä alkalimetalli-ioneja ja joskus maa-alkalimetalli-ioneja. Esimerkiksi natriumalkyylisulfonaattia käytetään laajalti teollisuudessa, koska se saavuttaa tyydyttävät antistaattiset vaikutukset polyvinyylikloridissa ja polystyreenipolymeereissä, mutta sen käytöllä polyolefiineissa on tiettyjä rajoituksia.

3. Ei-ioniset antistaattiset aineetNäissä antistaattisissa aineissa on pinta-aktiivinen molekyyliryhmä, joka on varaukseton ja jolla on hyvin alhainen polaarisuus (pääasiassa polyetyleeniglykoliesterit tai -eetterit, rasvahappoesterit tai etanoliamiinit, mono- tai diglyseridit ja etoksyloidut rasva-amiinit). Niitä toimitetaan kaupallisesti enimmäkseen nesteinä tai alhaisen pehmenemispisteen omaavina vahoina.

Näiden lisäaineiden alhainen polaarisuus tekee niistä ihanteellisia sisäisiä antistaattisia aineita polyeteenille ja polypropeenille, ja ne ovat myös erittäin yhteensopivia. Erilaisilla polyeteenillä ja polypropeenilla on vaihtelevat tiheydet, kiteisyys ja mikroskooppiset molekyylirakenteet. Siksi optimaalisen molekyylirakenteen saavuttamiseksi kullekin antistaattiselle aineelle on säädettävä alkyyliketjun pituutta ja hydroksyyli- tai eetteriryhmien lukumäärää yhdisteessä. Vain tällä tavoin voidaan varmistaa haluttu levitysvaikutus tehokkaasti. Esimerkiksi polypropeenissa käytetyt tyypilliset antistaattiset aineet ovat vähemmän tehokkaita levitettäessä matalatiheyksiseen polyeteeniin ja päinvastoin.

 Ulkopinnoitteen tyyppi antistaattinen aine

Ulkoiset antistaattiset aineet levitetään muovattujen osien pinnalle vesi- tai alkoholiliuoksen muodossa. Erilaisten levitysmenetelmien vuoksi sisäisissä antistaattisissa aineissa mainitut rakenteelliset vaatimukset menettävät merkitystään. Kaikilla pinta-aktiivisilla yhdisteillä, samoin kuin monilla ei-pinta-aktiivisilla hygroskooppisilla aineilla (kuten glyseriinillä, polyoleilla ja polyetyleeniglykolilla), on antistaattisia ominaisuuksia vaihtelevassa määrin, eikä näiden yhdisteiden tehokkuuteen vaikuta niiden yhteensopivuus polymeerin kanssa tai niiden siirtyminen polymeerin sisällä.