Génération de charges électrostatiques

La capacité d'un solide à conduire une charge électrique dépend de l'état de sa surface, de sa constante diélectrique, de sa résistivité de surface et de l'humidité relative du milieu environnant. Cette capacité est inversement proportionnelle à sa constante diélectrique et à l'humidité relative, et directement proportionnelle à sa résistivité de surface. Le signe de la charge varie selon le matériau ; les matériaux à faible constante diélectrique sont chargés positivement.

Les propriétés isolantes sont liées à l'accumulation d'électricité statique. La structure chimique de la plupart des plastiques leur confère d'excellentes propriétés d'isolation, ce qui en fait des matériaux essentiels pour les équipements haute fréquence tels que les radars. Du fait de leur faible conductivité superficielle, la plupart des plastiques ne dissipent pas rapidement les charges électriques, contrairement aux métaux.

Lors de l'utilisation de produits en plastique, l'électricité statique peut engendrer divers problèmes et avoir des conséquences graves, voire dangereuses. Parmi les risques les plus courants, on peut citer : l'accumulation importante de saletés sur les surfaces en plastique ; l'attraction de la poussière par l'électricité statique, ce qui affecte la qualité sonore des disques vinyles ; une sensation désagréable de « choc électrique » chez les personnes utilisant des tapis en fibres synthétiques ou des revêtements de sol en plastique ; l'adhérence statique entre les films et les feuilles de plastique, perturbant la production ; et l'agglomération de poudres solides lors du transport par flux d'air. Les étincelles générées par d'importantes accumulations de charges statiques peuvent même enflammer des mélanges d'air et de poussière ou de solvants organiques, provoquant ainsi de nombreuses explosions destructrices.

Mesures visant à supprimer la charge électrostatique

(1) Augmentation de l'humidité relative : Lorsque l'humidité ambiante des produits moulés augmente, leur conductivité de surface augmente également, accélérant ainsi la dissipation des charges. Par exemple, lorsque l'humidité relative du polyamide absorbant l'eau est supérieure à 65 %, l'électricité statique est pratiquement inexistante. À l'inverse, lorsque l'humidité relative est nettement inférieure à 20 %, des problèmes d'équilibre des charges de surface sont inévitables. Dans ce cas, la seule mesure véritablement efficace pour supprimer l'électricité statique consiste à ajouter une matrice conductrice afin de réduire la résistivité volumique.

(2) Augmenter la conductivité de l'air:en utilisant un ioniseur qui fonctionne selon le principe de l'électricité ou de la radioactivité pour augmenter la conductivité de l'air, afin que la charge puisse être rapidement dissipée dans l'air ambiant.

(3) Augmenter la conductivité de surface en ajoutant des additifs chimiques (agents antistatiques) aux plastiques ou en les appliquant à la surface pour augmenter la conductivité de surface, dissipant ainsi la charge statique.

 Structure chimique des agents antistatiques

Les agents antistatiques sont des additifs incorporés aux composés de moulage ou appliqués à la surface des produits moulés afin de réduire l'accumulation d'électricité statique. Généralement, selon leur mode d'application, les agents antistatiques se divisent en deux grandes catégories : à application interne et à application externe.

2.Agents antistatiques internes

Les agents antistatiques incorporés sont ajoutés aux polymères sous forme de tensioactifs avant ou pendant le moulage. Ils possèdent tous des propriétés tensioactives et peuvent migrer et s'agréger à la surface des pièces moulées. Ces additifs contiennent des groupements hydrophiles et hydrophobes. Les groupements hydrophobes présentent une certaine compatibilité avec le polymère et peuvent favoriser l'adhérence de ses molécules à la surface du produit, tandis que les groupements hydrophiles agissent en se liant aux molécules d'eau présentes à la surface et en interagissant avec elles. La plupart des agents antistatiques tensioactifs peuvent être classés en trois catégories : cationiques, anioniques et non ioniques.

1.Agents antistatiques cationiques :Dans ce type d'agent antistatique, la partie active de la molécule contient généralement un gros groupe cationique et souvent un long groupe alkyle, comme les sels d'ammonium quaternaire, les sels de sulfonium quaternaire ou les sels de sulfonium quaternaire. Des anions, tels que les chlorures, les sulfates de méthyle et les nitrates, se forment généralement lors des réactions de quaternisation. Les agents antistatiques à base de sels d'ammonium quaternaire dominent cette catégorie de produits commerciaux. Les agents antistatiques cationiques sont particulièrement efficaces sur les matrices polaires (comme le PVC et les polymères de styrène). Cependant, leur utilisation est quelque peu limitée par leurs effets néfastes sur la stabilité thermique de certains polymères.

2. Agents antistatiques anioniques : Dans ce type d’agent antistatique, la partie active de la molécule est anionique. Les alkylsulfonates, sulfates, phosphates, dithiocarbamates ou carboxylates contiennent généralement un grand nombre d’anions, tandis que les cations sont habituellement des ions de métaux alcalins, et parfois des ions de métaux alcalino-terreux. Par exemple, l’alkylsulfonate de sodium est largement utilisé dans l’industrie car il offre des propriétés antistatiques satisfaisantes aux polymères de polychlorure de vinyle et de polystyrène, mais son application aux polyoléfines présente certaines limitations.

3. Agents antistatiques non ioniquesCes agents antistatiques possèdent un groupe moléculaire tensioactif non chargé et de très faible polarité (principalement des esters ou éthers de polyéthylène glycol, des esters d'acides gras ou des éthanolamines, des mono- ou diglycérides et des amines grasses éthoxylées). Ils sont généralement commercialisés sous forme liquide ou de cires à bas point de ramollissement.

La faible polarité de ces additifs en fait des agents antistatiques internes idéaux pour le polyéthylène et le polypropylène, et leur compatibilité est élevée. Les différents types de polyéthylène et de polypropylène présentent des densités, des cristallinités et des structures moléculaires microscopiques variables. Par conséquent, pour obtenir la structure moléculaire optimale pour chaque agent antistatique, il est nécessaire d'ajuster la longueur de la chaîne alkyle et le nombre de groupes hydroxyle ou éther dans le composé. C'est la seule façon de garantir efficacement l'effet recherché. Par exemple, les agents antistatiques classiques utilisés dans le polypropylène sont moins efficaces lorsqu'ils sont appliqués au polyéthylène basse densité, et inversement.

 agent antistatique de type revêtement externe

Les agents antistatiques externes sont appliqués à la surface des pièces moulées sous forme de solution aqueuse ou alcoolique. Du fait des différentes méthodes d'application, les exigences structurelles mentionnées pour les agents antistatiques internes sont moins pertinentes. Tous les composés tensioactifs, ainsi que de nombreuses substances hygroscopiques non tensioactives (telles que la glycérine, les polyols et le polyéthylène glycol), possèdent des propriétés antistatiques à des degrés divers, et leur efficacité n'est pas affectée par leur compatibilité avec le polymère ni par leur migration au sein de celui-ci.