Pembentukan muatan elektrostatik

Kemampuan suatu zat padat untuk membawa muatan bergantung pada kondisi permukaan, konstanta dielektrik, resistivitas permukaan, dan kelembaban relatif lingkungan sekitarnya. Kemampuannya untuk membawa muatan berbanding terbalik dengan konstanta dielektrik dan kelembaban relatifnya, dan berbanding lurus dengan resistivitas permukaannya. Tanda muatan bervariasi tergantung pada materialnya; material dengan konstanta dielektrik yang lebih rendah bermuatan positif.

Sifat isolasi berkaitan dengan penumpukan listrik statis. Struktur kimia sebagian besar plastik menunjukkan bahwa plastik merupakan isolator yang sangat baik, menjadikannya material penting untuk peralatan frekuensi tinggi seperti radar. Karena sebagian besar plastik memiliki konduktivitas permukaan yang rendah, plastik tidak dapat dengan cepat menghilangkan muatan listrik, perbedaan antara plastik dan logam.

Selama penggunaan produk plastik, listrik statis dapat menyebabkan berbagai masalah dan mengakibatkan konsekuensi serius, bahkan berbahaya. Bahaya yang paling umum meliputi: penumpukan kotoran yang parah pada permukaan plastik; listrik statis yang menarik debu sehingga memengaruhi kualitas suara rekaman; listrik statis yang menyebabkan sensasi "sengatan listrik" yang tidak menyenangkan pada orang yang menggunakan karpet serat sintetis atau lantai plastik; adhesi statis antara film dan lembaran plastik, yang mengganggu produksi normal; dan penggumpalan bubuk padat selama pengangkutan aliran udara. Percikan api yang dihasilkan oleh akumulasi muatan statis yang besar bahkan dapat menyulut campuran udara dan debu atau pelarut organik, yang menjadi penyebab banyak ledakan yang merusak.

Langkah-langkah untuk menekan muatan elektrostatik

(1) Peningkatan kelembapan relatif: Seiring meningkatnya kelembapan lingkungan produk cetakan, konduktivitas permukaannya juga meningkat, sehingga mempercepat pelepasan muatan. Misalnya, ketika kelembapan relatif poliamida penyerap air lebih tinggi dari 65%, praktis tidak ada listrik statis. Sebaliknya, ketika kelembapan relatif jauh lebih rendah dari 20%, masalah keseimbangan muatan permukaan tidak dapat dihindari. Dalam hal ini, satu-satunya tindakan yang benar-benar efektif untuk menekan listrik statis adalah dengan menambahkan matriks konduktif untuk mengurangi resistivitas volume.

(2) Meningkatkan konduktivitas udara:dengan menggunakan ionizer yang bekerja berdasarkan prinsip listrik atau radioaktivitas untuk meningkatkan konduktivitas udara, sehingga muatan dapat dengan cepat dilepaskan ke udara sekitar.

(3) Meningkatkan konduktivitas permukaan dengan menambahkan aditif kimia (zat antistatik) ke plastik atau mengaplikasikannya ke permukaan untuk meningkatkan konduktivitas permukaan, sehingga menghilangkan muatan statis.

 Struktur Kimia Agen Antistatik

Zat antistatik adalah aditif yang ditambahkan ke dalam senyawa cetakan atau diaplikasikan ke permukaan produk cetakan untuk mengurangi penumpukan listrik statis. Secara umum, berdasarkan metode aplikasinya, zat antistatik dapat dibagi menjadi dua kategori utama: aplikasi internal dan eksternal.

2.Agen Antistatik Internal

Zat antistatik yang ditambahkan secara internal ditambahkan ke polimer sebagai surfaktan sebelum atau selama pencetakan. Semuanya memiliki karakteristik aktif permukaan dan dapat bermigrasi serta beragregasi pada permukaan bagian yang dicetak. Zat tambahan ini mengandung gugus hidrofilik dan hidrofobik dalam molekulnya. Gugus hidrofobik memiliki kompatibilitas tertentu dengan polimer dan dapat menyebabkan molekulnya menempel pada permukaan produk, sedangkan gugus hidrofilik berfungsi dengan mengikat dan bertukar dengan molekul air pada permukaan produk. Sebagian besar zat antistatik dengan karakteristik aktif permukaan dapat diklasifikasikan menjadi tipe kationik, anionik, dan nonionik.

1.Agen Antistatik Kationik:Pada jenis agen antistatik ini, bagian aktif molekul biasanya mengandung gugus kationik besar dan seringkali gugus alkil panjang, seperti garam amonium kuaterner, garam sulfonium kuaterner, atau garam sulfonium kuaterner. Anion umumnya terbentuk selama reaksi kuaternisasi, seperti klorida, metil sulfat, dan nitrat. Agen antistatik garam amonium kuaterner mendominasi kategori produk komersial ini. Agen antistatik kationik paling efektif pada matriks polar (seperti polimer PVC dan stirena). Namun, penggunaannya agak terbatas karena efek buruknya terhadap stabilitas termal polimer tertentu.

2. Agen Antistatik Anionik: Pada jenis agen antistatik ini, bagian aktif molekulnya bersifat anionik. Alkil sulfonat, sulfat, fosfat, ditiokarbamat, atau karboksilat biasanya membawa sejumlah besar anion, sedangkan kationnya biasanya berupa ion logam alkali, dan terkadang ion logam alkali tanah. Misalnya, natrium alkil sulfonat banyak digunakan dalam industri karena menghasilkan efek antistatik yang memuaskan pada polimer polivinil klorida dan polistirena, tetapi aplikasinya pada poliolefin memiliki keterbatasan tertentu.

3. Agen antistatik nonionikAgen antistatik ini memiliki gugus molekul aktif permukaan yang tidak bermuatan dan memiliki polaritas sangat rendah (terutama ester atau eter polietilen glikol, ester asam lemak atau etanolamin, mono- atau digliserida, dan amina lemak teretoksilasi). Agen ini sebagian besar dipasok secara komersial dalam bentuk cairan atau lilin dengan titik lunak rendah.

Polaritas rendah dari aditif ini menjadikannya agen antistatik internal yang ideal untuk polietilen dan polipropilen, dan juga menunjukkan kompatibilitas yang tinggi. Berbagai jenis polietilen dan polipropilen memiliki densitas, kristalinitas, dan struktur molekul mikroskopis yang berbeda. Oleh karena itu, untuk mendapatkan struktur molekul optimal untuk setiap agen antistatik, panjang rantai alkil dan jumlah gugus hidroksil atau eter dalam senyawa harus disesuaikan. Hanya dengan cara ini efek aplikasi yang diinginkan dapat dipastikan secara efektif. Misalnya, agen antistatik tipikal yang digunakan dalam polipropilen kurang efektif bila diterapkan pada polietilen densitas rendah, dan sebaliknya.

 Agen antistatik tipe lapisan eksternal

Zat antistatik eksternal diaplikasikan ke permukaan bagian cetakan dalam bentuk larutan berair atau beralkohol. Karena metode aplikasi yang berbeda, persyaratan struktural yang disebutkan pada zat antistatik internal menjadi kurang penting. Semua senyawa aktif permukaan, serta banyak zat higroskopis non-aktif permukaan (seperti gliserin, poliol, dan polietilen glikol), memiliki sifat antistatik dalam berbagai tingkat, dan efektivitas senyawa ini tidak dipengaruhi oleh kompatibilitasnya dengan polimer atau migrasinya di dalam polimer.