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 costante dielettrica e all'umidità relativa, e direttamente proporzionale alla resistività superficiale. Il segno della carica varia a seconda del materiale; i materiali con una costante dielettrica inferiore sono caricati positivamente.

Le proprietà isolanti sono correlate all'accumulo di elettricità statica. La struttura chimica della maggior parte delle materie plastiche rivela che si tratta di ottimi isolanti, il che le rende materiali essenziali per apparecchiature ad alta frequenza come i radar. Poiché la maggior parte delle materie plastiche ha una bassa conduttività superficiale, non è in grado di dissipare rapidamente la carica elettrica, una differenza che le distingue dai metalli.

Durante l'utilizzo di prodotti in plastica, l'elettricità statica può causare diversi problemi e portare a conseguenze gravi, persino pericolose. I rischi più comuni includono: un eccessivo accumulo di sporco sulle superfici in plastica; l'attrazione di polvere da parte dell'elettricità statica che compromette la qualità del suono dei dischi; la spiacevole sensazione di "scossa elettrica" ​​che l'elettricità statica provoca nelle persone che utilizzano tappeti in fibra sintetica o pavimenti in plastica; l'adesione statica tra pellicole e fogli di plastica, che interrompe la normale produzione; e l'agglomerazione di polveri solide durante il trasporto tramite flusso d'aria. Le scariche elettriche generate da grandi accumuli di carica statica possono persino innescare 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 assorbente d'acqua è superiore al 65%, non c'è praticamente elettricità statica. 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 aggiungere una matrice conduttiva per ridurre la resistività volumetrica.

(2) Aumentare la conduttività dell'aria:mediante l'utilizzo di 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 circostante.

(3) Aumentare la conduttività superficiale aggiungendo additivi chimici (agenti antistatici) alle materie plastiche 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: applicazione interna ed applicazione esterna.

2.Agenti antistatici interni

Gli agenti antistatici aggiunti internamente vengono aggiunti ai polimeri come tensioattivi prima o durante lo stampaggio. Tutti possiedono caratteristiche tensioattive e possono migrare e aggregarsi sulla superficie dei pezzi stampati. Questi additivi contengono gruppi sia idrofili che idrofobi nelle loro molecole. I gruppi idrofobi hanno una certa compatibilità con il polimero e possono far aderire le sue molecole alla superficie del prodotto, mentre i gruppi idrofili agiscono legandosi e scambiando con le molecole d'acqua presenti 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, metil solfati 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 i polimeri di PVC e stirene). Tuttavia, il loro utilizzo è in qualche modo 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. Gli alchilsolfonati, solfati, fosfati, ditiocarbamati o carbossilati presentano in genere un elevato numero di anioni, mentre i cationi sono solitamente ioni di metalli alcalini e, talvolta, di metalli alcalino-terrosi. Ad esempio, l'alchilsolfonato di sodio è ampiamente utilizzato nell'industria perché garantisce un'efficace azione antistatica nei polimeri di polivinilcloruro e polistirene, ma la sua applicazione nelle poliolefine presenta alcune limitazioni.

3. Agenti antistatici non ioniciQuesti agenti antistatici possiedono un gruppo molecolare tensioattivo non carico e a bassissima polarità (principalmente esteri o eteri di polietilenglicole, esteri di acidi grassi o etanolammine, mono- o digliceridi e ammine grasse etossilate). Sono generalmente commercializzati sotto forma di 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 inoltre un'elevata compatibilità. Diversi tipi di polietilene e polipropilene hanno densità, cristallinità e strutture molecolari microscopiche differenti. Pertanto, per ottenere la struttura molecolare ottimale per ciascun agente antistatico, è necessario regolare la lunghezza della catena alchilica e il numero di gruppi idrossilici o eterei presenti nel composto. Solo in questo modo è possibile garantire efficacemente l'effetto desiderato. Ad esempio, i tipici agenti antistatici utilizzati nel polipropilene sono meno efficaci se applicati al polietilene a bassa densità, e viceversa.

 Agente antistatico tipo di rivestimento esterno

Gli agenti antistatici esterni vengono applicati sulla 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 misura variabile, e l'efficacia di questi composti non è influenzata dalla loro compatibilità con il polimero o dalla loro migrazione all'interno del polimero.