Stvaranje elektrostatičkog naboja

Sposobnost krute tvari da nosi naboj ovisi o površinskim uvjetima, dielektričnoj konstanti, površinskom otporu i relativnoj vlažnosti okolnog prostora. Njegova sposobnost prenošenja naboja obrnuto je proporcionalna njegovoj dielektričnoj konstanti i relativnoj vlažnosti, a izravno proporcionalna njegovom površinskom otporu. Predznak naboja varira ovisno o materijalu; materijali s nižim dielektričnim konstantama su pozitivno nabijeni.

Izolacijska svojstva povezana su s nakupljanjem statičkog elektriciteta. Kemijska struktura većine plastike otkriva da su izvrsni izolatori, što ih čini bitnim materijalima za visokofrekventnu opremu poput radara. Budući da većina plastike ima nisku površinsku vodljivost, ne može brzo raspršiti električni naboj, što je razlika između plastike i metala.

Tijekom korištenja plastičnih proizvoda, statički elektricitet može uzrokovati razne probleme i dovesti do ozbiljnih, čak i opasnih posljedica. Najčešće opasnosti uključuju: ozbiljno nakupljanje prljavštine na plastičnim površinama; statički elektricitet koji privlači prašinu koja utječe na kvalitetu zvuka ploča; statički elektricitet koji uzrokuje neugodan osjećaj "električnog udara" kod ljudi koji koriste tepihe od sintetičkih vlakana ili plastične podove; statičko prianjanje između plastičnih folija i ploča, što remeti normalnu proizvodnju; i skupljanje čvrstog praha tijekom protoka zraka. Iskre pražnjenja nastale velikim nakupinama statičkog naboja mogu čak zapaliti smjese zraka i prašine ili organskih otapala, što postaje uzrok mnogih razornih eksplozija.

Mjere za suzbijanje elektrostatičkog naboja

(1) Povećanje relativne vlažnosti: Kako se povećava vlažnost okoline oblikovanih proizvoda, povećava se i njihova površinska vodljivost, čime se ubrzava rasipanje naboja. Na primjer, kada je relativna vlažnost poliamida koji apsorbira vodu veća od 65%, praktički nema statičkog elektriciteta. Suprotno tome, kada je relativna vlažnost znatno niža od 20%, problemi s ravnotežom površinskog naboja su neizbježni. U ovom slučaju, jedina zaista učinkovita mjera za suzbijanje statičkog elektriciteta je dodavanje vodljive matrice radi smanjenja volumskog otpora.

(2) Povećati vodljivost zraka:korištenjem ionizatora koji radi na principu elektriciteta ili radioaktivnosti za povećanje vodljivosti zraka, tako da se naboj može brzo raspršiti u okolni zrak.

(3) Povećati površinsku vodljivost dodavanjem kemijskih aditiva (antistatika) plastici ili njihovim nanošenjem na površinu kako bi se povećala površinska vodljivost, čime se raspršuje statički naboj.

 Kemijska struktura antistatičkih sredstava

Antistatička sredstva su aditivi koji se dodaju masama za kalupljenje ili nanose na površinu oblikovanih proizvoda kako bi se smanjilo nakupljanje statičkog elektriciteta. Općenito, na temelju načina primjene, antistatička sredstva mogu se podijeliti u dvije glavne kategorije: unutarnja i vanjska primjena.

2.Unutarnja antistatička sredstva

Interno dodani antistatici dodaju se polimerima kao surfaktanti prije ili tijekom oblikovanja. Svi oni posjeduju površinski aktivna svojstva i mogu migrirati i agregirati na površini oblikovanih dijelova. Ovi aditivi sadrže i hidrofilne i hidrofobne skupine u svojim molekulama. Hidrofobne skupine imaju određenu kompatibilnost s polimerom i mogu uzrokovati prianjanje njegovih molekula na površinu proizvoda, dok hidrofilne skupine djeluju vezanjem i izmjenom s molekulama vode na površini proizvoda. Većina antistatika s površinski aktivnim svojstvima može se klasificirati u kationske, anionske i neionske tipove.

1.Kationski antistatici:U ovoj vrsti antistatičkog sredstva, aktivni dio molekule obično sadrži veliku kationsku skupinu i često dugu alkilnu skupinu, kao što su kvaternarne amonijeve soli, kvaternarne sulfonijske soli ili kvaternarne sulfonijske soli. Anioni se općenito formiraju tijekom reakcija kvaternizacije, kao što su kloridi, metil sulfati i nitrati. Antistatička sredstva na bazi kvaternarne amonijeve soli dominiraju ovom kategorijom komercijalnih proizvoda. Kationska antistatička sredstva najučinkovitija su na polarnim matricama (kao što su PVC i stirenski polimeri). Međutim, njihova upotreba je donekle ograničena zbog njihovih negativnih učinaka na toplinsku stabilnost određenih polimera.

2. Anionska antistatička sredstva: Kod ove vrste antistatičkog sredstva, aktivni dio molekule je anionski. Alkil sulfonati, sulfati, fosfati, ditiokarbamati ili karboksilati obično nose veliki broj aniona, dok su kationi obično ioni alkalijskih metala, a ponekad i ioni zemnoalkalijskih metala. Na primjer, natrijev alkil sulfonat se široko koristi u industriji jer postiže zadovoljavajuće antistatičke učinke u polivinil kloridnim i polistirenskim polimerima, ali njegova primjena u poliolefinima ima određena ograničenja.

3. Neionska antistatička sredstvaOvi antistatici imaju površinski aktivnu molekularnu skupinu koja je nenabijena i ima vrlo nisku polarnost (uglavnom polietilen glikolni esteri ili eteri, esteri masnih kiselina ili etanolamini, mono- ili digliceridi i etoksilirani masni amini). Uglavnom se komercijalno isporučuju kao tekućine ili voskovi s niskom točkom omekšavanja.

Niska polarnost ovih aditiva čini ih idealnim unutarnjim antistatičkim sredstvima za polietilen i polipropilen, a također pokazuju visoku kompatibilnost. Različite vrste polietilena i polipropilena imaju različite gustoće, kristalnost i mikroskopske molekularne strukture. Stoga, da bi se dobila optimalna molekularna struktura za svako antistatičko sredstvo, potrebno je prilagoditi duljinu alkilnog lanca i broj hidroksilnih ili eterskih skupina u spoju. Samo na taj način može se učinkovito osigurati željeni učinak primjene. Na primjer, tipična antistatička sredstva koja se koriste u polipropilenu manje su učinkovita kada se primjenjuju na polietilen niske gustoće i obrnuto.

 Vanjski premaz tipa antistatičkog sredstva

Vanjska antistatička sredstva nanose se na površinu oblikovanih dijelova u obliku vodene ili alkoholne otopine. Zbog različitih metoda primjene, strukturni zahtjevi spomenuti kod unutarnjih antistatičkih sredstava postaju manje važni. Svi površinski aktivni spojevi, kao i mnoge površinski neaktivne higroskopne tvari (poput glicerina, poliola i polietilen glikola), posjeduju antistatička svojstva u različitom stupnju, a učinkovitost tih spojeva ne utječe na njihovu kompatibilnost s polimerom ili njihovu migraciju unutar polimera.