静電荷の発生

固体が電荷を帯びる能力は、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。電荷を帯びる能力は、誘電率と相対湿度に反比例し、表面抵抗率に比例します。電荷の符号は材料によって異なり、誘電率が低い材料は正に帯電します。

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の化学構造は優れた絶縁体であることを示しており、レーダーなどの高周波機器にとって不可欠な材料となっています。ほとんどのプラスチックは表面伝導率が低いため、電荷を素早く放散することができません。これはプラスチックと金属との違いです。

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を招く可能性があります。最も一般的な危険としては、プラスチック表面への汚れの蓄積、静電気による埃の付着によるレコードの音質の低下、合成繊維カーペットやプラスチック床材の使用時に不快な「電気ショック」感を引き起こす静電気、プラスチックフィルムやシート間の静電気による接着による生産の中断、空気輸送中の粉末の凝集などが挙げられます。大量の静電荷が蓄積することで発生する放電火花は、空気と埃の混合物や有機溶剤に引火し、多くの破壊的な爆発の原因となることもあります。

静電気を抑制するための対策

（１）相対湿度の増加：成形品の周囲湿度が上昇すると、表面導電率も上昇し、電荷の放散が加速されます。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％よりはるかに低い場合、表面電荷バランスの問題は避けられません。この場合、静電気を抑制する唯一真に効果的な対策は、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）空気の導電率を高める:電気または放射能の原理を利用して空気の導電率を高めるイオン化装置を使用することで、電荷を周囲の空気中に素早く放散させることができる。

（３）プラスチックに化学添加剤（帯電防止剤）を添加したり、表面に塗布したりして表面導電率を高め、静電荷を放散させる。

 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、塗布方法に基づいて、帯電防止剤は内部塗布用と外部塗布用の2つの主要なカテゴリに分類されます。

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。これらはすべて界面活性特性を持ち、成形品の表面に移動・凝集します。これらの添加剤は、分子内に親水性基と疎水性基の両方を含んでいます。疎水性基はポリマーとの一定の相溶性を持ち、ポリマー分子を製品表面に付着させる一方、親水性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ほとんどは、カチオン性、アニオン性、非イオン性に分類されます。

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、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の長いアルキル基が含まれています。アニオンは、塩化物、硫酸メチル、硝酸塩などの第四級化反応中に一般的に生成されます。第四級アンモニウム塩帯電防止剤は、このカテゴリーの市販製品の大部分を占めています。カチオン帯電防止剤は、極性マトリックス（PVCやスチレンポリマーなど）に対して最も効果的です。ただし、特定のポリマーの熱安定性に悪影響を与えるため、その使用はやや制限されます。

2. 陰イオン系帯電防止剤：このタイプの帯電防止剤では、分子の活性部分が陰イオンです。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、またはカルボン酸塩は、通常多数の陰イオンを持ち、陽イオンは通常アルカリ金属イオン、場合によって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満足のいく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、電荷を持たず極性が非常に低い表面活性分子基（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、およびエトキシ化脂肪族アミン）を有しています。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用の内部帯電防止剤として理想的であり、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、微細な分子構造が異なります。そのため、各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ヒドロキシル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、望ましい適用効果を効果的に確保できます。例えば、ポリプロピレンに用いられる一般的な帯電防止剤は、低密度ポリエチレンに適用すると効果が低下し、その逆もまた同様です。

 外部コーティングタイプの帯電防止剤

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上の要件は重要性が低くなります。すべての界面活性剤、および多くの非界面活性剤性の吸湿性物質（グリセリン、ポリオール、ポリエチレングリコールなど）は、程度の差こそ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部での移動によって影響を受けません。