Generazione di carica elettrostatica

La capacità di un solido di trasportare una carica dipende dalle condizioni della superficie, dalla costante dielettrica, dalla resistività superficiale e dall'umidità relativa dell'ambiente circostante. La sua capacità di trasportare una carica è inversamente proporzionale alla sua costante dielettrica e all'umidità relativa, e direttamente proporzionale alla sua resistività superficiale. Il segno della carica varia a seconda del materiale; i materiali con costanti dielettriche inferiori sono carichi positivamente.

Le proprietà isolanti sono legate all'accumulo di elettricità statica. La struttura chimica della maggior parte delle materie plastiche le rende eccellenti isolanti, rendendole materiali essenziali per apparecchiature ad alta frequenza come i radar. Poiché la maggior parte delle materie plastiche ha una bassa conduttività superficiale, non possono dissipare rapidamente la carica elettrica, una differenza tra materie plastiche e metalli.

Durante l'uso di prodotti in plastica, l'elettricità statica può causare vari problemi e portare a conseguenze gravi, persino pericolose. I pericoli più comuni includono: un forte accumulo di sporco sulle superfici in plastica; l'elettricità statica che attrae polvere, compromettendo la qualità del suono dei dischi; l'elettricità statica che causa una spiacevole sensazione di "scossa elettrica" ​​in chi utilizza tappeti in fibra sintetica o pavimenti in plastica; l'adesione statica tra pellicole e fogli di plastica, che interrompe la normale produzione; e l'aggregazione di polvere solida durante il trasporto del flusso d'aria. Le scintille di scarica generate da grandi accumuli di carica statica possono persino incendiare miscele di aria e polvere o solventi organici, diventando causa di numerose esplosioni distruttive.

Misure per sopprimere la carica elettrostatica

(1) Aumento dell'umidità relativa: all'aumentare dell'umidità ambientale dei prodotti stampati, aumenta anche la loro conduttività superficiale, accelerando così la dissipazione della carica. Ad esempio, quando l'umidità relativa della poliammide che assorbe acqua è superiore al 65%, l'elettricità statica è praticamente nulla. Al contrario, quando l'umidità relativa è molto inferiore al 20%, i problemi di bilanciamento della carica superficiale sono inevitabili. In questo caso, l'unica misura veramente efficace per sopprimere l'elettricità statica è l'aggiunta di una matrice conduttiva per ridurre la resistività di volume.

(2) Aumentare la conduttività dell'aria:utilizzando uno ionizzatore che funziona secondo il principio dell'elettricità o della radioattività per aumentare la conduttività dell'aria, in modo che la carica possa essere rapidamente dissipata nell'aria ambiente.

(3) Aumentare la conduttività superficiale aggiungendo additivi chimici (agenti antistatici) alla plastica o applicandoli alla superficie per aumentare la conduttività superficiale, dissipando così la carica statica.

 Struttura chimica degli agenti antistatici

Gli agenti antistatici sono additivi che vengono aggiunti ai composti per stampaggio o applicati sulla superficie dei prodotti stampati per ridurre l'accumulo di elettricità statica. Generalmente, in base al metodo di applicazione, gli agenti antistatici possono essere suddivisi in due categorie principali: per applicazione interna ed esterna.

2.Agenti antistatici interni

Gli agenti antistatici aggiunti internamente vengono aggiunti ai polimeri come tensioattivi prima o durante lo stampaggio. Possiedono tutti caratteristiche tensioattive e possono migrare e aggregarsi sulla superficie dei pezzi stampati. Questi additivi contengono gruppi sia idrofili che idrofobici nelle loro molecole. I gruppi idrofobici hanno una certa compatibilità con il polimero e possono far sì che le sue molecole aderiscano alla superficie del prodotto, mentre i gruppi idrofili agiscono legandosi e scambiandosi con le molecole d'acqua sulla superficie del prodotto. La maggior parte degli agenti antistatici con caratteristiche tensioattive può essere classificata in cationici, anionici e non ionici.

1.Agenti antistatici cationici:In questo tipo di agente antistatico, la parte attiva della molecola contiene tipicamente un grande gruppo cationico e spesso un lungo gruppo alchilico, come i sali di ammonio quaternario, i sali di solfonio quaternario o i sali di solfonio quaternario. Gli anioni si formano generalmente durante le reazioni di quaternizzazione, come cloruri, metilsolfati e nitrati. Gli agenti antistatici a base di sali di ammonio quaternario dominano questa categoria di prodotti commerciali. Gli agenti antistatici cationici sono più efficaci su matrici polari (come PVC e polimeri di stirene). Tuttavia, il loro utilizzo è alquanto limitato a causa dei loro effetti negativi sulla stabilità termica di alcuni polimeri.

2. Agenti antistatici anionici: in questo tipo di agente antistatico, la parte attiva della molecola è anionica. Alchilsolfonati, solfati, fosfati, ditiocarbammati o carbossilati trasportano tipicamente un gran numero di anioni, mentre i cationi sono solitamente ioni di metalli alcalini e talvolta ioni di metalli alcalino-terrosi. Ad esempio, l'alchilsolfonato di sodio è ampiamente utilizzato nell'industria perché ottiene effetti antistatici soddisfacenti nei polimeri di polivinilcloruro e polistirene, ma la sua applicazione nelle poliolefine presenta alcune limitazioni.

3. Agenti antistatici non ionici: Questi agenti antistatici hanno un gruppo molecolare tensioattivo privo di carica e con polarità molto bassa (principalmente esteri o eteri di polietilenglicole, esteri di acidi grassi o etanolammine, mono- o digliceridi e ammine grasse etossilate). Sono per lo più disponibili in commercio come liquidi o cere a basso punto di rammollimento.

La bassa polarità di questi additivi li rende agenti antistatici interni ideali per polietilene e polipropilene, e presentano anche un'elevata compatibilità. Diversi tipi di polietilene e polipropilene presentano densità, cristallinità e strutture molecolari microscopiche variabili. Pertanto, per ottenere la struttura molecolare ottimale per ciascun agente antistatico, è necessario regolare la lunghezza della catena alchilica e il numero di gruppi ossidrilici o eterei nel composto. Solo in questo modo è possibile garantire efficacemente l'effetto applicativo desiderato. Ad esempio, i tipici agenti antistatici utilizzati nel polipropilene sono meno efficaci se applicati al polietilene a bassa densità e viceversa.

 Agente antistatico di tipo rivestimento esterno

Gli agenti antistatici esterni vengono applicati alla superficie dei pezzi stampati sotto forma di soluzione acquosa o alcolica. A causa dei diversi metodi di applicazione, i requisiti strutturali menzionati per gli agenti antistatici interni diventano meno importanti. Tutti i composti tensioattivi, così come molte sostanze igroscopiche non tensioattive (come glicerina, polioli e polietilenglicole), possiedono proprietà antistatiche in varia misura e l'efficacia di questi composti non è influenzata dalla loro compatibilità con il polimero o dalla loro migrazione al suo interno.