Генерация электростатического заряда

Способность твердого тела переносить заряд зависит от состояния поверхности, диэлектрической постоянной, поверхностного сопротивления и относительной влажности окружающей среды. Его способность переносить заряд обратно пропорциональна диэлектрической постоянной и относительной влажности, и прямо пропорциональна поверхностному сопротивлению. Знак заряда меняется в зависимости от материала; материалы с более низкими значениями диэлектрической постоянной имеют положительный заряд.

Изоляционные свойства связаны с накоплением статического электричества. Химическая структура большинства пластмасс показывает, что они являются отличными изоляторами, что делает их незаменимыми материалами для высокочастотного оборудования, такого как радары. Поскольку большинство пластмасс имеют низкую поверхностную проводимость, они не могут быстро рассеивать электрический заряд, что является отличием пластмасс от металлов.

При использовании изделий из пластмассы статическое электричество может вызывать различные проблемы и приводить к серьезным, даже опасным последствиям. К наиболее распространенным опасностям относятся: сильное скопление грязи на пластиковых поверхностях; притяжение пыли статическим электричеством, влияющее на качество звучания пластинок; неприятное ощущение «электрического шока» от статического электричества у людей, использующих ковры из синтетических волокон или пластиковые напольные покрытия; статическое прилипание между пластиковыми пленками и листами, нарушающее нормальное производство; и слипание твердых порошков во время транспортировки в воздухе. Искры, образующиеся при больших скоплениях статического заряда, могут даже воспламенять смеси воздуха и пыли или органических растворителей, становясь причиной многих разрушительных взрывов.

Меры по подавлению электростатического заряда

(1) Повышение относительной влажности: По мере повышения влажности окружающей среды формованных изделий увеличивается и их поверхностная проводимость, что ускоряет рассеивание заряда. Например, когда относительная влажность водопоглощающего полиамида превышает 65%, статического электричества практически нет. Напротив, когда относительная влажность значительно ниже 20%, неизбежны проблемы с балансом поверхностного заряда. В этом случае единственной действительно эффективной мерой подавления статического электричества является добавление проводящей матрицы для снижения объемного сопротивления.

(2) Увеличить проводимость воздуха:с помощью ионизатора, работающего по принципу электричества или радиоактивности, повышается проводимость воздуха, благодаря чему заряд быстро рассеивается в окружающем воздухе.

(3) Повышение поверхностной проводимости путем добавления химических добавок (антистатических агентов) к пластмассам или нанесения их на поверхность для повышения поверхностной проводимости, тем самым рассеивая статический заряд.

 Химическая структура антистатических агентов

Антистатические агенты — это добавки, которые вводятся в формовочные компаунды или наносятся на поверхность формованных изделий для уменьшения накопления статического электричества. В целом, в зависимости от способа нанесения, антистатические агенты можно разделить на две основные категории: для внутреннего и наружного применения.

2.Внутренние антистатические средства

Антистатические добавки, вносимые в полимеры в качестве поверхностно-активных веществ, добавляются до или во время формования. Все они обладают поверхностно-активными свойствами и могут мигрировать и агрегировать на поверхности формованных деталей. Эти добавки содержат в своих молекулах как гидрофильные, так и гидрофобные группы. Гидрофобные группы обладают определенной совместимостью с полимером и могут вызывать прилипание его молекул к поверхности изделия, в то время как гидрофильные группы действуют путем связывания и обмена с молекулами воды на поверхности изделия. Большинство антистатических добавок с поверхностно-активными свойствами можно классифицировать на катионные, анионные и неионогенные типы.

1.Катионные антистатические агенты:В этом типе антистатических агентов активная часть молекулы обычно содержит большую катионную группу и часто длинную алкильную группу, например, четвертичные аммониевые соли, четвертичные сульфониевые соли или четвертичные сульфониевые соли. Анионы обычно образуются в ходе реакций кватернизации, например, хлориды, метилсульфаты и нитраты. В этой категории коммерческих продуктов преобладают антистатические агенты на основе четвертичных аммониевых солей. Катионные антистатические агенты наиболее эффективны на полярных матрицах (таких как ПВХ и стирол). Однако их применение несколько ограничено из-за их неблагоприятного воздействия на термическую стабильность некоторых полимеров.

2. Анионные антистатические агенты: В этом типе антистатических агентов активная часть молекулы является анионной. Алкилсульфонаты, сульфаты, фосфаты, дитиокарбаматы или карбоксилаты обычно содержат большое количество анионов, в то время как катионами, как правило, являются ионы щелочных металлов, а иногда и ионы щелочноземельных металлов. Например, алкилсульфонат натрия широко используется в промышленности, поскольку он обеспечивает удовлетворительный антистатический эффект в полимерах поливинилхлорида и полистирола, но его применение в полиолефинах имеет определенные ограничения.

3. Неионогенные антистатические агентыЭти антистатические агенты имеют поверхностно-активную молекулярную группу, которая не заряжена и обладает очень низкой полярностью (в основном это сложные эфиры или простые эфиры полиэтиленгликоля, сложные эфиры жирных кислот или этаноламины, моно- или диглицериды и этоксилированные жирные амины). В коммерческих целях они в основном поставляются в виде жидкостей или восков с низкой температурой размягчения.

Низкая полярность этих добавок делает их идеальными внутренними антистатическими агентами для полиэтилена и полипропилена, а также они обладают высокой совместимостью. Различные типы полиэтилена и полипропилена имеют разную плотность, кристалличность и микроскопическую молекулярную структуру. Поэтому для получения оптимальной молекулярной структуры для каждого антистатического агента необходимо регулировать длину алкильной цепи и количество гидроксильных или эфирных групп в соединении. Только таким образом можно эффективно обеспечить желаемый эффект применения. Например, типичные антистатические агенты, используемые в полипропилене, менее эффективны при применении к полиэтилену низкой плотности, и наоборот.

 Антистатическое покрытие наружного типа

Внешние антистатические агенты наносятся на поверхность формованных деталей в виде водного или спиртового раствора. В связи с различными способами нанесения структурные требования, упомянутые в отношении внутренних антистатических агентов, становятся менее важными. Все поверхностно-активные соединения, а также многие не поверхностно-активные гигроскопичные вещества (такие как глицерин, полиолы и полиэтиленгликоль) обладают антистатическими свойствами в различной степени, и эффективность этих соединений не зависит от их совместимости с полимером или их миграции внутри полимера.