יצירת מטען אלקטרוסטטי

יכולתו של מוצק לשאת מטען תלויה בתנאי פני השטח, קבוע דיאלקטרי, התנגדות פני השטח ובלחות היחסית של הסביבה הסובבת. יכולתו לשאת מטען היא ביחס הפוך לקבוע הדיאלקטרי וללחות היחסית שלו, וביחס ישר להתנגדות פני השטח שלו. סימן המטען משתנה בהתאם לחומר; חומרים בעלי קבוע דיאלקטרי נמוך יותר הם בעלי מטען חיובי.

תכונות הבידוד קשורות להצטברות חשמל סטטי. המבנה הכימי של רוב סוגי הפלסטיק מגלה שהם מבודדים מצוינים, מה שהופך אותם לחומרים חיוניים עבור ציוד בתדר גבוה כמו מכ"ם. מכיוון שלרוב סוגי הפלסטיק מוליכות פני השטח נמוכה, הם אינם יכולים לפזר מטען חשמלי במהירות, הבדל בין פלסטיק למתכות.

במהלך השימוש במוצרי פלסטיק, חשמל סטטי עלול לגרום לבעיות שונות ולהוביל לתוצאות חמורות, ואף מסוכנות. הסכנות הנפוצות ביותר כוללות: הצטברות חמורה של לכלוך על משטחי פלסטיק; חשמל סטטי המושך אבק המשפיע על איכות הצליל של תקליטים; חשמל סטטי הגורם לתחושת "התחשמלות" לא נעימה אצל אנשים המשתמשים בשטיחים מסיבים סינתטיים או ריצוף פלסטיק; הידבקות סטטית בין סרטי פלסטיק ויריעות, המשבשת את הייצור הרגיל; והתקבצות אבקה מוצקה במהלך תנועת זרימת האוויר. ניצוצות הפריקה הנוצרים מהצטברויות גדולות של מטען סטטי עלולים אף להצית תערובות של אוויר ואבק או ממסים אורגניים, ולהפוך לגורם לפיצוצים הרסניים רבים.

אמצעים לדיכוי מטען אלקטרוסטטי

(1) הגברת הלחות היחסית: ככל שלחות הסביבה של מוצרים יצוקים עולה, גם המוליכות פני השטח שלהם עולה, ובכך מאיצה את פיזור המטען. לדוגמה, כאשר הלחות היחסית של פוליאמיד סופג מים גבוהה מ-65%, כמעט ואין חשמל סטטי. לעומת זאת, כאשר הלחות היחסית נמוכה בהרבה מ-20%, בעיות איזון מטען פני השטח הן בלתי נמנעות. במקרה זה, האמצעי היעיל היחיד באמת לדיכוי חשמל סטטי הוא הוספת מטריצה ​​מוליכה כדי להפחית את התנגדות הנפח.

(2) הגברת מוליכות האוויר:באמצעות יינון הפועל על עקרון החשמל או הרדיואקטיביות כדי להגביר את מוליכות האוויר, כך שהמטען יכול להתפזר במהירות לאוויר הסביבה.

(3) הגברת מוליכות פני השטח על ידי הוספת תוספים כימיים (חומרים אנטי-סטטיים) לפלסטיק או מריחה על פני השטח כדי להגביר את מוליכות פני השטח, ובכך לפזר מטען סטטי.

 מבנה כימי של חומרים אנטיסטטיים

חומרים אנטי-סטטיים הם תוספים המוספים לתרכובות יציקה או מורחים על פני השטח של מוצרים יצוקים כדי להפחית הצטברות חשמל סטטי. באופן כללי, בהתבסס על שיטת היישום, ניתן לחלק חומרים אנטי-סטטיים לשתי קטגוריות עיקריות: יישום פנימי וחיצוני.

2.חומרים אנטי-סטטיים פנימיים

חומרים אנטי-סטטיים שנוספו באופן פנימי מתווספים לפולימרים כחומרים פעילי שטח לפני או במהלך היציקה. לכולם מאפיינים פעילי שטח ויכולים לנדוד ולהצטבר על פני השטח של חלקים יצוקים. תוספים אלה מכילים קבוצות הידרופוביות והידרופוביות במולקולות שלהם. לקבוצות ההידרופוביות יש תאימות מסוימת עם הפולימר ויכולות לגרום למולקולות שלו להידבק לפני השטח של המוצר, בעוד שהקבוצות ההידרופיליות פועלות על ידי קשירה והחלפה עם מולקולות מים על פני המוצר. רוב החומרים האנטי-סטטיים בעלי מאפיינים פעילי שטח ניתנים לסווג לסוגים קטיוניים, אניוניים ולא יוניים.

1.חומרים אנטיסטטיים קטיוניים:בסוג זה של חומר אנטי-סטטי, החלק הפעיל של המולקולה מכיל בדרך כלל קבוצה קטיונית גדולה ולעתים קרובות קבוצת אלקיל ארוכה, כגון מלחי אמוניום רבעוניים, מלחי סולפוניום רבעוניים או מלחי סולפוניום רבעוניים. אניונים נוצרים בדרך כלל במהלך תגובות קווטרניזציה, כגון כלורידים, מתיל סולפטים וניטרטים. חומרים אנטי-סטטיים של מלח אמוניום רבעוניים שולטים בקטגוריה זו של מוצרים מסחריים. חומרים אנטי-סטטיים קטיוניים יעילים ביותר על מטריצות קוטביות (כגון פולימרים של PVC וסטירן). עם זאת, השימוש בהם מוגבל במידה מסוימת עקב השפעותיהם השליליות על היציבות התרמית של פולימרים מסוימים.

2. חומרים אנטי-סטטיים אניוניים: בסוג זה של חומר אנטי-סטטי, החלק הפעיל של המולקולה הוא אניוני. אלקיל סולפונטים, סולפטים, פוספטים, דיתיוקרבמטים או קרבוקסילטים נושאים בדרך כלל מספר רב של אניונים, בעוד שהקטיונים הם בדרך כלל יוני מתכת אלקלית, ולפעמים יוני מתכת אלקלית אדמה. לדוגמה, נתרן אלקיל סולפונט נמצא בשימוש נרחב בתעשייה מכיוון שהוא משיג השפעות אנטי-סטטיות משביעות רצון בפולימרים של פוליוויניל כלוריד ופוליסטירן, אך ליישומו בפוליאולפינים יש מגבלות מסוימות.

3. חומרים אנטיסטטיים לא יונייםלחומרים אנטי-סטטיים אלה יש קבוצה מולקולרית פעילה שטח שאינה טעונה ובעלת קוטביות נמוכה מאוד (בעיקר אסטרים או אתרים של פוליאתילן גליקול, אסטרים של חומצות שומן או אתנולמינים, מונו- או דיגליצרידים ואמינים שומניים אתוקסיליים). הם מסופקים בעיקר באופן מסחרי כנוזלים או כנוזלים בעלי נקודת ריכוך נמוכה.

הקוטביות הנמוכה של תוספים אלה הופכת אותם לחומרים אנטי-סטטיים פנימיים אידיאליים עבור פוליאתילן ופוליפרופילן, והם גם מפגינים תאימות גבוהה. לסוגים שונים של פוליאתילן ופוליפרופילן יש צפיפויות שונות, גבישיות ומבנים מולקולריים מיקרוסקופיים. לכן, כדי להשיג את המבנה המולקולרי האופטימלי עבור כל חומר אנטי-סטטי, יש להתאים את אורך שרשרת האלקיל ואת מספר קבוצות ההידרוקסיל או האתר בתרכובת. רק בדרך זו ניתן להבטיח ביעילות את אפקט היישום הרצוי. לדוגמה, חומרים אנטי-סטטיים אופייניים המשמשים בפוליפרופילן פחות יעילים כאשר הם מיושמים על פוליאתילן בצפיפות נמוכה, ולהיפך.

 חומר אנטיסטטי מסוג ציפוי חיצוני

חומרים אנטי-סטטיים חיצוניים מוחלים על פני השטח של חלקים יצוקים בצורה של תמיסה מימית או אלכוהולית. עקב שיטות היישום השונות, הדרישות המבניות המוזכרות בחומרים אנטי-סטטיים פנימיים הופכות פחות חשובות. כל התרכובות הפעילות השטחית, כמו גם חומרים היגרוסקופיים רבים שאינם פעילי שטח (כגון גליצרין, פוליאולים ופוליאתילן גליקול), הן בעלות תכונות אנטי-סטטיות בדרגות שונות, ויעילותן של תרכובות אלו אינה מושפעת מתאימותן לפולימר או מהנדידה שלהן בתוך הפולימר.