Geração de carga eletrostática

A capacidade de um sólido transportar uma carga depende das condições da superfície, da constante dielétrica, da resistividade superficial e da umidade relativa do ambiente circundante. Sua capacidade de transportar uma carga é inversamente proporcional à sua constante dielétrica e à umidade relativa, e diretamente proporcional à sua resistividade superficial. O sinal da carga varia dependendo do material; materiais com constantes dielétricas mais baixas são carregados positivamente.

As propriedades isolantes estão relacionadas ao acúmulo de eletricidade estática. A estrutura química da maioria dos plásticos revela que eles são excelentes isolantes, tornando-os materiais essenciais para equipamentos de alta frequência, como radares. Como a maioria dos plásticos possui baixa condutividade superficial, eles não conseguem dissipar rapidamente a carga elétrica, uma diferença entre plásticos e metais.

Durante a utilização de produtos plásticos, a eletricidade estática pode causar diversos problemas e levar a consequências graves, até mesmo perigosas. Os riscos mais comuns incluem: acúmulo severo de sujeira em superfícies plásticas; atração de poeira pela eletricidade estática, o que afeta a qualidade do som em gravações; sensação desagradável de "choque elétrico" causada pela eletricidade estática em pessoas que utilizam carpetes de fibra sintética ou pisos plásticos; adesão estática entre filmes e folhas plásticas, interrompendo a produção normal; e aglomeração de pó sólido durante o transporte por fluxo de ar. As faíscas de descarga geradas por grandes acúmulos de carga estática podem até mesmo inflamar misturas de ar e poeira ou solventes orgânicos, causando muitas explosões destrutivas.

Medidas para suprimir a carga eletrostática

(1) Aumento da umidade relativa: À medida que a umidade ambiente dos produtos moldados aumenta, sua condutividade superficial também aumenta, acelerando assim a dissipação de carga. Por exemplo, quando a umidade relativa da poliamida absorvente de água é superior a 65%, praticamente não há eletricidade estática. Por outro lado, quando a umidade relativa é muito inferior a 20%, os problemas de equilíbrio de carga superficial são inevitáveis. Nesse caso, a única medida realmente eficaz para suprimir a eletricidade estática é adicionar uma matriz condutora para reduzir a resistividade volumétrica.

(2) Aumentar a condutividade do ar:Utilizando um ionizador que funciona com base no princípio da eletricidade ou da radioatividade para aumentar a condutividade do ar, de modo que a carga possa ser dissipada rapidamente no ar ambiente.

(3) Aumentar a condutividade da superfície adicionando aditivos químicos (agentes antiestáticos) aos plásticos ou aplicando-os à superfície para aumentar a condutividade da superfície, dissipando assim a carga estática.

 Estrutura química dos agentes antiestáticos

Os agentes antiestáticos são aditivos adicionados aos compostos de moldagem ou aplicados à superfície dos produtos moldados para reduzir o acúmulo de eletricidade estática. De modo geral, com base no método de aplicação, os agentes antiestáticos podem ser divididos em duas categorias principais: aplicação interna e externa.

2.Agentes antiestáticos internos

Agentes antiestáticos adicionados internamente são incorporados aos polímeros como surfactantes antes ou durante a moldagem. Todos eles possuem características tensoativas e podem migrar e se agregar na superfície das peças moldadas. Esses aditivos contêm grupos hidrofílicos e hidrofóbicos em suas moléculas. Os grupos hidrofóbicos apresentam certa compatibilidade com o polímero e podem fazer com que suas moléculas adiram à superfície do produto, enquanto os grupos hidrofílicos atuam ligando-se e interagindo com as moléculas de água na superfície do produto. A maioria dos agentes antiestáticos com características tensoativas pode ser classificada em catiônicos, aniônicos e não iônicos.

1.Agentes antiestáticos catiônicos:Nesse tipo de agente antiestático, a parte ativa da molécula normalmente contém um grande grupo catiônico e, frequentemente, um longo grupo alquila, como sais de amônio quaternário, sais de sulfônio quaternário ou sais de sulfônio quaternário. Os ânions são geralmente formados durante reações de quaternização, como cloretos, sulfatos de metila e nitratos. Os agentes antiestáticos à base de sais de amônio quaternário predominam nessa categoria de produtos comerciais. Os agentes antiestáticos catiônicos são mais eficazes em matrizes polares (como PVC e polímeros de estireno). No entanto, seu uso é um tanto limitado devido aos seus efeitos adversos na estabilidade térmica de certos polímeros.

2. Agentes antiestáticos aniônicos: Neste tipo de agente antiestático, a parte ativa da molécula é aniônica. Alquil sulfonatos, sulfatos, fosfatos, ditiocarbamatos ou carboxilatos tipicamente carregam um grande número de ânions, enquanto os cátions são geralmente íons de metais alcalinos e, às vezes, íons de metais alcalino-terrosos. Por exemplo, o alquil sulfonato de sódio é amplamente utilizado na indústria porque alcança efeitos antiestáticos satisfatórios em polímeros de cloreto de polivinila e poliestireno, mas sua aplicação em poliolefinas apresenta certas limitações.

3. Agentes antiestáticos não iônicosEsses agentes antiestáticos possuem um grupo molecular tensoativo não carregado e com polaridade muito baixa (principalmente ésteres ou éteres de polietilenoglicol, ésteres de ácidos graxos ou etanolaminas, mono ou diglicerídeos e aminas graxas etoxiladas). São comercializados principalmente na forma líquida ou como ceras de baixo ponto de amolecimento.

A baixa polaridade desses aditivos os torna agentes antiestáticos internos ideais para polietileno e polipropileno, além de apresentarem alta compatibilidade. Diferentes tipos de polietileno e polipropileno possuem densidades, cristalinidade e estruturas moleculares microscópicas variáveis. Portanto, para obter a estrutura molecular ideal para cada agente antiestático, o comprimento da cadeia alquílica e o número de grupos hidroxila ou éter no composto devem ser ajustados. Somente assim é possível garantir o efeito desejado na aplicação. Por exemplo, agentes antiestáticos típicos usados ​​em polipropileno são menos eficazes quando aplicados em polietileno de baixa densidade, e vice-versa.

 Agente antiestático para revestimento externo

Os agentes antiestáticos externos são aplicados na superfície de peças moldadas na forma de solução aquosa ou alcoólica. Devido aos diferentes métodos de aplicação, os requisitos estruturais mencionados para agentes antiestáticos internos tornam-se menos importantes. Todos os compostos tensoativos, bem como muitas substâncias higroscópicas não tensoativas (como glicerina, polióis e polietilenoglicol), possuem propriedades antiestáticas em diferentes graus, e a eficácia desses compostos não é afetada pela sua compatibilidade com o polímero ou pela sua migração dentro do polímero.