Generering av elektrostatisk ladning

Et fast stoffs evne til å bære en ladning avhenger av overflateforhold, dielektricitetskonstanten, overflateresistiviteten og den relative fuktigheten i omgivelsene. Dets evne til å bære en ladning er omvendt proporsjonal med dets dielektriske konstant og relative fuktighet, og direkte proporsjonal med dets overflateresistivitet. Fortegnet på ladningen varierer avhengig av materialet; materialer med lavere dielektriske konstanter er positivt ladet.

Isolasjonsegenskaper er relatert til oppbygging av statisk elektrisitet. Den kjemiske strukturen til de fleste plasttyper viser at de er utmerkede isolatorer, noe som gjør dem til essensielle materialer for høyfrekvent utstyr som radar. Fordi de fleste plasttyper har lav overflateledningsevne, kan de ikke raskt avgi elektrisk ladning, en forskjell mellom plast og metaller.

Under bruk av plastprodukter kan statisk elektrisitet forårsake diverse problemer og føre til alvorlige, til og med farlige, konsekvenser. De vanligste farene inkluderer: kraftig opphopning av smuss på plastoverflater; statisk elektrisitet som tiltrekker seg støv som påvirker lydkvaliteten på plater; statisk elektrisitet som forårsaker en ubehagelig følelse av «elektrisk støt» hos personer som bruker tepper av syntetiske fiber eller plastgulv; statisk elektrisitet som fester seg mellom plastfilmer og -plater, noe som forstyrrer normal produksjon; og fast pulver som klumper seg sammen under luftstrømtransport. Utladningsgnister som genereres av store ansamlinger av statisk elektrisitet kan til og med antenne blandinger av luft og støv eller organiske løsemidler, noe som kan bli en årsak til mange destruktive eksplosjoner.

Tiltak for å undertrykke elektrostatisk ladning

(1) Økende relativ fuktighet: Etter hvert som den omgivende fuktigheten til støpte produkter øker, øker også overflateledningsevnen, noe som akselererer spredningen av ladning. For eksempel, når den relative fuktigheten til vannabsorberende polyamid er høyere enn 65 %, er det praktisk talt ingen statisk elektrisitet. Omvendt, når den relative fuktigheten er mye lavere enn 20 %, er problemer med overflateladningsbalansen uunngåelige. I dette tilfellet er det eneste virkelig effektive tiltaket for å undertrykke statisk elektrisitet å legge til en ledende matrise for å redusere volumresistiviteten.

(2) Øk luftens konduktivitet:ved å bruke en ionisator som fungerer etter prinsippet om elektrisitet eller radioaktivitet for å øke luftens konduktivitet, slik at ladningen raskt kan avgis til den omgivende luften.

(3) Øk overflateledningsevnen ved å tilsette kjemiske tilsetningsstoffer (antistatiske midler) til plast eller påføre dem på overflaten for å øke overflateledningsevnen, og dermed avlede statisk ladning.

 Kjemisk struktur av antistatiske midler

Antistatiske midler er tilsetningsstoffer som tilsettes støpemasse eller påføres overflaten av støpte produkter for å redusere oppbygging av statisk elektrisitet. Generelt sett, basert på påføringsmetoden, kan antistatiske midler deles inn i to hovedkategorier: intern og ekstern påføring.

2.Interne antistatiske midler

Internt tilsatte antistatiske midler tilsettes polymerer som overflateaktive stoffer før eller under støping. De har alle overflateaktive egenskaper og kan migrere og aggregere på overflaten av støpte deler. Disse tilsetningsstoffene inneholder både hydrofile og hydrofobe grupper i molekylene sine. De hydrofobe gruppene har en viss kompatibilitet med polymeren og kan føre til at molekylene fester seg til overflaten av produktet, mens de hydrofile gruppene fungerer ved å binde seg til og utveksle med vannmolekyler på produktoverflaten. De fleste antistatiske midler med overflateaktive egenskaper kan klassifiseres i kationiske, anioniske og ikke-ioniske typer.

1.Kationiske antistatiske midler:I denne typen antistatiske midler inneholder den aktive delen av molekylet vanligvis en stor kationisk gruppe og ofte en lang alkylgruppe, slik som kvaternære ammoniumsalter, kvaternære sulfoniumsalter eller kvaternære sulfoniumsalter. Anioner dannes vanligvis under kvaterniseringsreaksjoner, slik som klorider, metylsulfater og nitrater. Antistatiske midler i form av kvaternære ammoniumsalt dominerer denne kategorien av kommersielle produkter. Kationiske antistatiske midler er mest effektive på polare matriser (som PVC og styrenpolymerer). Bruken av dem er imidlertid noe begrenset på grunn av deres negative effekter på den termiske stabiliteten til visse polymerer.

2. Anioniske antistatiske midler: I denne typen antistatiske midler er den aktive delen av molekylet anionisk. Alkylsulfonater, sulfater, fosfater, ditiokarbamater eller karboksylater har vanligvis et stort antall anioner, mens kationene vanligvis er alkalimetallioner, og noen ganger jordalkalimetallioner. For eksempel er natriumalkylsulfonat mye brukt i industrien fordi det oppnår tilfredsstillende antistatiske effekter i polyvinylklorid og polystyrenpolymerer, men anvendelsen i polyolefiner har visse begrensninger.

3. Ikke-ioniske antistatiske midlerDisse antistatiske midlene har en overflateaktiv molekylgruppe som er uladet og har svært lav polaritet (hovedsakelig polyetylenglykolestere eller -etere, fettsyreestere eller etanolaminer, mono- eller diglyserider og etoksylerte fettaminer). De leveres hovedsakelig kommersielt som væsker eller voks med lavt mykningspunkt.

Den lave polariteten til disse tilsetningsstoffene gjør dem til ideelle interne antistatiske midler for polyetylen og polypropylen, og de viser også høy kompatibilitet. Ulike typer polyetylen og polypropylen har varierende tetthet, krystallinitet og mikroskopiske molekylstrukturer. For å oppnå den optimale molekylstrukturen for hvert antistatiske middel, må derfor lengden på alkylkjeden og antallet hydroksyl- eller etergrupper i forbindelsen justeres. Bare på denne måten kan den ønskede påføringseffekten sikres effektivt. For eksempel er typiske antistatiske midler som brukes i polypropylen mindre effektive når de påføres lavdensitetspolyetylen, og omvendt.

 Antistatisk middel av utvendig beleggtype

Eksterne antistatiske midler påføres overflaten av støpte deler i form av en vandig eller alkoholisk løsning. På grunn av de forskjellige påføringsmetodene blir de strukturelle kravene som er nevnt i interne antistatiske midler mindre viktige. Alle overflateaktive forbindelser, så vel som mange ikke-overflateaktive hygroskopiske stoffer (som glyserin, polyoler og polyetylenglykol), har antistatiske egenskaper i varierende grad, og effektiviteten til disse forbindelsene påvirkes ikke av deres kompatibilitet med polymeren eller deres migrasjon i polymeren.