정전기 발생

고체가 전하를 띠는 능력은 표면 상태, 유전 상수, 표면 저항률, 주변 환경의 상대 습도에 따라 달라집니다. 전하를 띠는 능력은 유전 상수와 상대 습도에 반비례하고, 표면 저항률에 비례합니다. 전하의 부호는 물질에 따라 다르며, 유전 상수가 낮은 물질일수록 양전하를 띕니다.

절연성은 정전기 축적과 관련이 있습니다. 대부분의 플라스틱은 화학 구조상 우수한 절연체이므로 레이더와 같은 고주파 장비에 필수적인 소재입니다. 또한 대부분의 플라스틱은 표면 전도성이 낮아 전하를 빠르게 소산시키지 못하는데, 이는 플라스틱과 금속의 차이점입니다.

플라스틱 제품 사용 중 정전기는 다양한 문제를 일으키고 심각하거나 위험한 결과를 초래할 수 있습니다. 가장 흔한 위험으로는 플라스틱 표면에 먼지가 심하게 쌓이는 현상, 정전기가 먼지를 끌어당겨 음반의 음질을 저하시키는 현상, 합성 섬유 카펫이나 플라스틱 바닥재를 사용할 때 불쾌한 "전기 충격"을 유발하는 현상, 플라스틱 필름이나 시트 사이의 정전기 접착으로 인한 생산 차질, 공기 흐름 이동 중 고체 분말이 뭉치는 현상 등이 있습니다. 정전기가 대량으로 축적되어 발생하는 방전 스파크는 공기와 먼지 또는 유기 용매의 혼합물에 불을 붙여 파괴적인 폭발을 일으킬 수도 있습니다.

정전기 발생을 억제하기 위한 조치

(1) 상대 습도 증가: 성형 제품의 주변 습도가 증가함에 따라 표면 전도도도 증가하여 전하 소산이 가속화됩니다. 예를 들어, 수분 흡수성 폴리아미드의 상대 습도가 65% 이상이면 정전기가 거의 발생하지 않습니다. 반대로 상대 습도가 20%보다 훨씬 낮으면 표면 전하 균형 문제가 불가피합니다. 이 경우 정전기를 억제하는 유일하고 효과적인 방법은 체적 저항을 줄이기 위해 전도성 매트릭스를 첨가하는 것입니다.

(2) 공기의 전도율을 높인다:전기나 방사능의 원리를 이용하는 이온화 장치를 사용하여 공기의 전도성을 높여 전하가 주변 공기 중으로 빠르게 방출되도록 합니다.

(3) 플라스틱에 화학 첨가제(정전기 방지제)를 첨가하거나 표면에 도포하여 표면 전도성을 높여 정전기를 소산시킵니다.

 정전기 방지제의 화학 구조

정전기 방지제는 정전기 발생을 줄이기 위해 성형 화합물에 첨가하거나 성형 제품 표면에 도포하는 첨가제입니다. 일반적으로 적용 방법에 따라 정전기 방지제는 내부 적용과 외부 적용의 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.

2.내부 정전기 방지제

내부 첨가형 정전기 방지제는 성형 전 또는 성형 중에 계면활성제 형태로 고분자에 첨가됩니다. 이들은 모두 표면 활성 특성을 지니고 있으며, 성형품 표면으로 이동하여 응집될 수 있습니다. 이러한 첨가제는 분자 내에 친수성 및 소수성 그룹을 모두 포함합니다. 소수성 그룹은 고분자와 일정한 상용성을 가지며 고분자 분자가 제품 표면에 부착되도록 하는 반면, 친수성 그룹은 제품 표면의 물 분자와 결합 및 교환하여 작용합니다. 표면 활성 특성을 지닌 대부분의 정전기 방지제는 양이온성, 음이온성 및 비이온성 유형으로 분류될 수 있습니다.

1.양이온성 정전기 방지제:이러한 유형의 정전기 방지제에서 분자의 활성 부분은 일반적으로 큰 양이온 그룹과 종종 긴 알킬 그룹을 포함하며, 대표적인 예로는 4차 암모늄염, 4차 설포늄염 또는 4차 설포늄염이 있습니다. 음이온은 일반적으로 4차화 반응 중에 생성되며, 염화물, 황산메틸, 질산염 등이 있습니다. 4차 암모늄염 정전기 방지제가 이 범주의 상업용 제품을 지배합니다. 양이온성 정전기 방지제는 극성 매트릭스(예: PVC 및 스티렌 폴리머)에 가장 효과적입니다. 그러나 특정 폴리머의 열 안정성에 악영향을 미치기 때문에 사용이 다소 제한적입니다.

2. 음이온성 정전기 방지제: 이 유형의 정전기 방지제는 분자의 활성 부분이 음이온입니다. 알킬 설포네이트, 황산염, 인산염, 디티오카르바메이트 또는 카르복실레이트는 일반적으로 다수의 음이온을 가지며, 양이온은 대개 알칼리 금속 이온이고 때로는 알칼리 토금속 이온입니다. 예를 들어, 알킬 설폰산나트륨은 폴리염화비닐(PVC) 및 폴리스티렌 중합체에서 만족스러운 정전기 방지 효과를 나타내기 때문에 산업계에서 널리 사용되지만, 폴리올레핀에는 적용에 certain 제한이 있습니다.

3. 비이온성 정전기 방지제이러한 정전기 방지제는 전하를 띠지 않고 극성이 매우 낮은 계면활성 분자 그룹(주로 폴리에틸렌 글리콜 에스테르 또는 에테르, 지방산 에스테르 또는 에탄올아민, 모노 또는 디글리세리드, 에톡실화 지방 아민)을 가지고 있습니다. 시중에는 주로 액체 또는 연화점이 낮은 왁스 형태로 공급됩니다.

이러한 첨가제의 낮은 극성은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌에 이상적인 내부 정전기 방지제로 작용하며, 높은 상용성 또한 나타냅니다. 폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 종류에 따라 밀도, 결정성, 미세 분자 구조가 다릅니다. 따라서 각 정전기 방지제에 최적의 분자 구조를 얻기 위해서는 화합물 내 알킬 사슬의 길이와 하이드록실기 또는 에테르기의 수를 조절해야 합니다. 이러한 방식으로만 원하는 적용 효과를 효과적으로 확보할 수 있습니다. 예를 들어, 폴리프로필렌에 일반적으로 사용되는 정전기 방지제는 저밀도 폴리에틸렌에 적용할 경우 효과가 떨어지며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

 외부 코팅형 정전기 방지제

외부 정전기 방지제는 수용액 또는 알코올 용액 형태로 성형 부품 표면에 도포됩니다. 도포 방법이 다르기 때문에 내부 정전기 방지제에서 언급된 구조적 요구 사항은 덜 중요해집니다. 모든 계면활성 화합물과 많은 비계면활성 흡습성 물질(예: 글리세린, 폴리올, 폴리에틸렌 글리콜)은 다양한 정도로 정전기 방지 특성을 가지며, 이러한 화합물의 효과는 폴리머와의 상용성이나 폴리머 내에서의 이동에 영향을 받지 않습니다.