Elektrosztatikus töltés keletkezése

Egy szilárd anyag töltéshordozó képessége a felületi viszonyoktól, a dielektromos állandótól, a felületi ellenállástól és a környező környezet relatív páratartalmától függ. Töltéshordozó képessége fordítottan arányos a dielektromos állandójával és a relatív páratartalmával, és egyenesen arányos a felületi ellenállásával. A töltés előjele az anyagtól függően változik; az alacsonyabb dielektromos állandójú anyagok pozitív töltésűek.

A szigetelő tulajdonságok a statikus elektromosság felhalmozódásával kapcsolatosak. A legtöbb műanyag kémiai szerkezete kiváló szigetelőknek bizonyult, így nélkülözhetetlen anyagok a nagyfrekvenciás berendezésekhez, például a radarokhoz. Mivel a legtöbb műanyag alacsony felületi vezetőképességgel rendelkezik, nem képesek gyorsan elvezetni az elektromos töltést, ami különbséget jelent a műanyagok és a fémek között.

Műanyag termékek használata során a sztatikus elektromosság különféle problémákat okozhat, és súlyos, akár veszélyes következményekkel járhat. A leggyakoribb veszélyek a következők: a műanyag felületeken felhalmozódó szennyeződések; a sztatikus elektromosság vonzza a port, ami befolyásolja a lemezek hangminőségét; a sztatikus elektromosság kellemetlen „áramütés” érzést okoz a szintetikus szálas szőnyegeket vagy műanyag padlóburkolatot használóknál; a műanyag fóliák és lapok közötti sztatikus tapadás, ami megzavarja a normál gyártást; és a szilárd por összecsomósodása a légáramlás során. A nagy mennyiségű sztatikus töltés által keltett szikrák akár a levegő és por vagy szerves oldószerek keverékét is meggyújthatják, ami számos pusztító robbanás okává válhat.

Az elektrosztatikus töltés elnyomására szolgáló intézkedések

(1) A relatív páratartalom növelése: A fröccsöntött termékek környezeti páratartalmának növekedésével a felületi vezetőképességük is növekszik, ezáltal felgyorsítva a töltés disszipációját. Például, ha a vizet nedvszívó poliamid relatív páratartalma magasabb, mint 65%, gyakorlatilag nincs sztatikus elektromosság. Fordítva, ha a relatív páratartalom jóval alacsonyabb, mint 20%, a felületi töltésegyensúly problémái elkerülhetetlenek. Ebben az esetben a sztatikus elektromosság elnyomásának egyetlen valóban hatékony intézkedése egy vezetőképes mátrix hozzáadása a térfogati ellenállás csökkentése érdekében.

(2) Növeli a levegő vezetőképességét:egy olyan ionizátor használatával, amely az elektromosság vagy a radioaktivitás elvén működik a levegő vezetőképességének növelése érdekében, így a töltés gyorsan eloszlik a környezeti levegőben.

(3) Növelje a felületi vezetőképességet kémiai adalékanyagok (antisztatikus szerek) hozzáadásával a műanyagokhoz, vagy felhordásával a felületre a felületi vezetőképesség növelése érdekében, ezáltal elvezetve a sztatikus töltést.

 Az antisztatikus szerek kémiai szerkezete

Az antisztatikus szerek olyan adalékanyagok, amelyeket öntőmasszákhoz adnak, vagy a fröccsöntött termékek felületére viszik fel a sztatikus elektromosság felhalmozódásának csökkentése érdekében. Általában az alkalmazás módja alapján az antisztatikus szerek két fő kategóriába sorolhatók: belső és külső alkalmazásra.

2.Belső antisztatikus szerek

A belsőleg adagolt antisztatikus szereket felületaktív anyagként adják a polimerekhez a fröccsöntés előtt vagy alatt. Mindegyik felületaktív tulajdonságokkal rendelkezik, és képes migrálni és aggregálódni a fröccsöntött alkatrészek felületén. Ezek az adalékanyagok molekuláikban hidrofil és hidrofób csoportokat is tartalmaznak. A hidrofób csoportok bizonyos mértékben kompatibilitást mutatnak a polimerrel, és elősegíthetik molekuláinak tapadását a termék felületéhez, míg a hidrofil csoportok a termék felületén lévő vízmolekulákkal való kötődés és csere révén működnek. A legtöbb felületaktív tulajdonságokkal rendelkező antisztatikus szer kationos, anionos és nemionos típusba sorolható.

1.Kationos antisztatikus szerek:Az ilyen típusú antisztatikus szerekben a molekula aktív része jellemzően egy nagy kationos csoportot és gyakran egy hosszú alkilcsoportot tartalmaz, például kvaterner ammóniumsókat, kvaterner szulfóniumsókat vagy kvaterner szulfóniumsókat. Az anionok általában kvaternerizációs reakciók során képződnek, például kloridok, metil-szulfátok és nitrátok. A kvaterner ammóniumsó alapú antisztatikus szerek dominálnak ebben a kereskedelmi termékkategóriában. A kationos antisztatikus szerek a leghatékonyabbak poláris mátrixokon (például PVC és sztirol polimereken). Alkalmazásuk azonban némileg korlátozott, mivel kedvezőtlenül befolyásolják bizonyos polimerek hőstabilitását.

2. Anionos antisztatikus szerek: Az ilyen típusú antisztatikus szerekben a molekula aktív része anionos. Az alkil-szulfonátok, szulfátok, foszfátok, ditiokarbamátok vagy karboxilátok jellemzően nagyszámú aniont hordoznak, míg a kationok általában alkálifém-ionok, és néha alkáliföldfém-ionok. Például a nátrium-alkil-szulfonátot széles körben használják az iparban, mivel kielégítő antisztatikus hatást ér el a polivinil-klorid és a polisztirol polimerekben, de a poliolefinekben való alkalmazása bizonyos korlátokkal jár.

3. Nemionos antisztatikus szerekEzek az antisztatikus szerek egy töltetlen és nagyon alacsony polaritású felületaktív molekulacsoporttal rendelkeznek (főként polietilénglikol-észterek vagy -éterek, zsírsavészterek vagy etanol-aminok, mono- vagy digliceridek és etoxilezett zsíraminok). Kereskedelmi forgalomban többnyire folyadékként vagy alacsony lágyuláspontú viaszként kerülnek forgalomba.

Ezen adalékanyagok alacsony polaritása ideális belső antisztatikus szerré teszi őket polietilén és polipropilén számára, és nagyfokú kompatibilitást is mutatnak. A különböző típusú polietilének és polipropilénnek eltérő a sűrűsége, kristályossága és mikroszkopikus molekulaszerkezete. Ezért az egyes antisztatikus szerek optimális molekulaszerkezetének eléréséhez be kell állítani az alkillánc hosszát és a hidroxil- vagy étercsoportok számát a vegyületben. Csak így lehet hatékonyan biztosítani a kívánt alkalmazási hatást. Például a polipropilénben használt tipikus antisztatikus szerek kevésbé hatékonyak, ha kis sűrűségű polietilénre alkalmazzák őket, és fordítva.

 Külső bevonat típusa antisztatikus szer

A külső antisztatikus szereket vizes vagy alkoholos oldat formájában viszik fel az öntött alkatrészek felületére. Az eltérő felviteli módszerek miatt a belső antisztatikus szerekben említett szerkezeti követelmények kevésbé fontossá válnak. Minden felületaktív vegyület, valamint számos nem felületaktív higroszkópos anyag (például glicerin, poliolok és polietilénglikol) különböző mértékben rendelkezik antisztatikus tulajdonságokkal, és ezen vegyületek hatékonyságát nem befolyásolja a polimerrel való kompatibilitásuk vagy a polimeren belüli migrációjuk.