静電気の発生

固体の電荷輸送能力は、表面状態、誘電率、表面抵抗率、および周囲環境の相対湿度に依存します。電荷輸送能力は、誘電率と相対湿度に反比例し、表面抵抗率に正比例します。電荷の極性は物質によって異なり、誘電率が低い物質は正電荷を帯びます。

絶縁特性は静電気の蓄積と関連しています。ほとんどのプラスチックは化学構造上、優れた絶縁体であることが示されており、レーダーなどの高周波機器に不可欠な材料となっています。しかし、ほとんどのプラスチックは表面導電性が低いため、電荷を速やかに放散させることができません。これがプラスチックと金属の違いです。

プラスチック製品の使用中、静電気は様々な問題を引き起こし、深刻な、場合によっては危険な結果につながる可能性があります。最も一般的な危険性としては、プラスチック表面にひどい汚れが蓄積すること、静電気によって埃が引き寄せられレコードの音質に影響を与えること、合成繊維のカーペットやプラスチック製の床材を使用している人に不快な「電気ショック」のような感覚を引き起こすこと、プラスチックフィルムやシートの間に静電気による付着が生じ、正常な生産を妨げること、空気輸送中に固体粉末が凝集することなどが挙げられます。静電気の蓄積によって発生する放電火花は、空気と埃や有機溶剤の混合物に引火し、多くの破壊的な爆発の原因となる可能性があります。

静電気を抑制する対策

（1）相対湿度の上昇：成形品の周囲湿度が上昇すると、表面導電性も増加し、電荷の散逸が促進されます。例えば、吸水性ポリアミドの相対湿度が65％を超えると、静電気はほとんど発生しません。逆に、相対湿度が20％を大きく下回ると、表面電荷バランスの問題が避けられません。この場合、静電気を抑制する唯一の効果的な対策は、導電性マトリックスを添加して体積抵抗率を下げることです。

（２）空気の伝導性を高める:電気または放射能の原理に基づいて動作するイオン化装置を使用して空気の導電性を高め、電荷を周囲の空気中に素早く放散できるようにします。

（３）プラスチックに化学添加剤（帯電防止剤）を加えたり、表面に塗布したりして表面導電性を高め、静電気を消散させる。

 帯電防止剤の化学構造

帯電防止剤は、静電気の蓄積を抑制するために成形材料に添加したり、成形品の表面に塗布したりする添加剤です。一般的に、帯電防止剤は塗布方法によって、内部塗布型と外部塗布型の2種類に分けられます。

2.内部帯電防止剤

内部添加型帯電防止剤は、成形前または成形中に界面活性剤としてポリマーに添加されます。いずれも界面活性特性を有し、成形品の表面で移動・凝集します。これらの添加剤は、分子内に親水基と疎水基の両方を有しています。疎水基はポリマーと一定の親和性を持ち、ポリマー分子を製品表面に付着させます。一方、親水基は製品表面の水分子と結合・交換することで機能します。界面活性特性を持つ帯電防止剤の多くは、カチオン系、アニオン系、ノニオン系に分類できます。

1.カチオン系帯電防止剤：このタイプの帯電防止剤では、分子の活性部分には通常、大きなカチオン基と、多くの場合は長鎖アルキル基が含まれます。例えば、第四級アンモニウム塩、第四級スルホニウム塩、または第四級スルホニウム塩などが挙げられます。アニオンは、塩化物、メチル硫酸塩、硝酸塩などの四級化反応中に一般的に生成されます。このカテゴリーの市販製品では、第四級アンモニウム塩系帯電防止剤が主流です。カチオン系帯電防止剤は、極性マトリックス（PVCやスチレンポリマーなど）に最も効果的です。しかし、特定のポリマーの熱安定性に悪影響を与えるため、その用途は限定的です。

2. アニオン性帯電防止剤：このタイプの帯電防止剤では、分子の活性部分がアニオン性です。アルキルスルホン酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ジチオカルバメート、またはカルボキシレートは、通常、多数のアニオンを担持し、カチオンは通常アルカリ金属イオン、時にはアルカリ土類金属イオンです。例えば、アルキルスルホン酸ナトリウムは、ポリ塩化ビニルやポリスチレンポリマーにおいて良好な帯電防止効果を発揮するため、産業界で広く使用されていますが、ポリオレフィンへの適用には一定の制限があります。

3. 非イオン性帯電防止剤これらの帯電防止剤は、電荷を帯びず極性が非常に低い表面活性分子基を有しています（主にポリエチレングリコールエステルまたはエーテル、脂肪酸エステルまたはエタノールアミン、モノグリセリドまたはジグリセリド、エトキシル化脂肪族アミン）。これらは主に液体または低軟化点ワックスとして市販されています。

これらの添加剤は極性が低いため、ポリエチレンやポリプロピレンに最適な内部帯電防止剤であり、高い相溶性も示します。ポリエチレンやポリプロピレンは種類によって密度、結晶性、微細分子構造が異なります。そのため、それぞれの帯電防止剤に最適な分子構造を得るには、アルキル鎖の長さや化合物中の水酸基またはエーテル基の数を調整する必要があります。このようにして初めて、所望の適用効果を効果的に確保することができます。例えば、ポリプロピレンに使用される一般的な帯電防止剤は、低密度ポリエチレンに適用した場合、その効果が低下します。また、その逆も同様です。

 外塗り型帯電防止剤

外部帯電防止剤は、水溶液またはアルコール溶液の形で成形品の表面に塗布されます。塗布方法が異なるため、内部帯電防止剤で述べた構造要件はそれほど重要ではなくなります。すべての界面活性化合物、および多くの非界面活性吸湿性物質（グリセリン、ポリオール、ポリエチレングリコールなど）は、程度の差はあれ帯電防止特性を有しており、これらの化合物の有効性は、ポリマーとの相溶性やポリマー内での移動によって影響を受けません。