Generovanie elektrostatického náboja

Schopnosť pevnej látky niesť náboj závisí od povrchových podmienok, dielektrickej konštanty, povrchového odporu a relatívnej vlhkosti okolitého prostredia. Jej schopnosť niesť náboj je nepriamo úmerná jej dielektrickej konštante a relatívnej vlhkosti a priamo úmerná jej povrchovému odporu. Znamienko náboja sa mení v závislosti od materiálu; materiály s nižšími dielektrickými konštantami sú kladne nabité.

Izolačné vlastnosti súvisia s hromadením statickej elektriny. Chemická štruktúra väčšiny plastov ich ukazuje ako vynikajúce izolanty, vďaka čomu sú nevyhnutnými materiálmi pre vysokofrekvenčné zariadenia, ako sú radary. Pretože väčšina plastov má nízku povrchovú vodivosť, nedokážu rýchlo rozptýliť elektrický náboj, čo je rozdiel medzi plastmi a kovmi.

Počas používania plastových výrobkov môže statická elektrina spôsobiť rôzne problémy a viesť k vážnym, dokonca nebezpečným následkom. Medzi najčastejšie riziká patria: silné hromadenie nečistôt na plastových povrchoch; statická elektrina priťahujúca prach, ktorý ovplyvňuje kvalitu zvuku platní; statická elektrina spôsobujúca nepríjemný pocit „elektrického šoku“ u ľudí používajúcich koberce zo syntetických vlákien alebo plastové podlahy; statická adhézia medzi plastovými fóliami a plachtami, ktorá narúša normálnu výrobu; a zhlukovanie tuhého prášku počas prúdenia vzduchu. Iskry z výboja vznikajúce pri veľkom nahromadení statického náboja môžu dokonca zapáliť zmesi vzduchu a prachu alebo organických rozpúšťadiel, čo sa stane príčinou mnohých ničivých výbuchov.

Opatrenia na potlačenie elektrostatického náboja

(1) Zvyšujúca sa relatívna vlhkosť: So zvyšujúcou sa okolitou vlhkosťou lisovaných výrobkov sa zvyšuje aj ich povrchová vodivosť, čím sa urýchľuje rozptyl náboja. Napríklad, keď je relatívna vlhkosť polyamidu absorbujúceho vodu vyššia ako 65 %, prakticky neexistuje žiadna statická elektrina. Naopak, keď je relatívna vlhkosť oveľa nižšia ako 20 %, problémy s vyrovnávaním povrchového náboja sú nevyhnutné. V tomto prípade je jediným skutočne účinným opatrením na potlačenie statickej elektriny pridanie vodivej matrice na zníženie objemového odporu.

(2) Zvýšte vodivosť vzduchu:použitím ionizátora, ktorý funguje na princípe elektriny alebo rádioaktivity, na zvýšenie vodivosti vzduchu, aby sa náboj mohol rýchlo rozptýliť do okolitého vzduchu.

(3) Zvýšte povrchovú vodivosť pridaním chemických prísad (antistatických činidiel) do plastov alebo ich nanesením na povrch za účelom zvýšenia povrchovej vodivosti, čím sa rozptýli statický náboj.

 Chemická štruktúra antistatických činidiel

Antistatické činidlá sú prísady, ktoré sa pridávajú do formovacích hmôt alebo sa nanášajú na povrch lisovaných výrobkov na zníženie hromadenia statickej elektriny. Vo všeobecnosti sa antistatické činidlá podľa spôsobu aplikácie delia do dvoch hlavných kategórií: na vnútorné a vonkajšie použitie.

2.Vnútorné antistatické činidlá

Vnútorne pridávané antistatické činidlá sa pridávajú do polymérov ako povrchovo aktívne látky pred alebo počas lisovania. Všetky majú povrchovo aktívne vlastnosti a môžu migrovať a agregovať na povrchu lisovaných dielov. Tieto prísady obsahujú vo svojich molekulách hydrofilné aj hydrofóbne skupiny. Hydrofóbne skupiny majú určitú kompatibilitu s polymérom a môžu spôsobiť priľnutie jeho molekúl k povrchu výrobku, zatiaľ čo hydrofilné skupiny fungujú tak, že sa viažu a vymieňajú s molekulami vody na povrchu výrobku. Väčšinu antistatických činidiel s povrchovo aktívnymi vlastnosťami možno rozdeliť na katiónové, aniónové a neiónové typy.

1.Kationické antistatické činidlá:V tomto type antistatického činidla aktívna časť molekuly typicky obsahuje veľkú katiónovú skupinu a často dlhú alkylovú skupinu, ako sú kvartérne amóniové soli, kvartérne sulfóniové soli alebo kvartérne sulfóniové soli. Anióny sa vo všeobecnosti tvoria počas kvarternizačných reakcií, ako sú chloridy, metylsulfáty a dusičnany. V tejto kategórii komerčných produktov dominujú antistatické činidlá na báze kvartérnych amóniových solí. Katiónové antistatické činidlá sú najúčinnejšie na polárnych matriciach (ako sú PVC a styrénové polyméry). Ich použitie je však do istej miery obmedzené kvôli ich nepriaznivým účinkom na tepelnú stabilitu určitých polymérov.

2. Aniónové antistatické činidlá: V tomto type antistatického činidla je aktívna časť molekuly aniónová. Alkylsulfonáty, sulfáty, fosfáty, ditiokarbamáty alebo karboxyláty zvyčajne nesú veľké množstvo aniónov, zatiaľ čo katióny sú zvyčajne ióny alkalických kovov a niekedy ióny kovov alkalických zemín. Napríklad alkylsulfonát sodný sa v priemysle široko používa, pretože dosahuje uspokojivé antistatické účinky v polyvinylchloridových a polystyrénových polyméroch, ale jeho použitie v polyolefínoch má určité obmedzenia.

3. Neiónové antistatické činidláTieto antistatické činidlá majú povrchovo aktívnu molekulovú skupinu, ktorá je nenabitá a má veľmi nízku polaritu (hlavne estery alebo étery polyetylénglykolu, estery mastných kyselín alebo etanolamíny, mono- alebo diglyceridy a etoxylované mastné amíny). Väčšinou sa komerčne dodávajú ako kvapaliny alebo vosky s nízkym bodom mäknutia.

Nízka polarita týchto prísad z nich robí ideálne vnútorné antistatické činidlá pre polyetylén a polypropylén a vykazujú tiež vysokú kompatibilitu. Rôzne typy polyetylénu a polypropylénu majú rôznu hustotu, kryštalinitu a mikroskopické molekulárne štruktúry. Preto na dosiahnutie optimálnej molekulárnej štruktúry pre každé antistatické činidlo je potrebné upraviť dĺžku alkylového reťazca a počet hydroxylových alebo éterových skupín v zlúčenine. Len týmto spôsobom je možné účinne zabezpečiť požadovaný aplikačný účinok. Napríklad typické antistatické činidlá používané v polypropyléne sú menej účinné pri aplikácii na polyetylén s nízkou hustotou a naopak.

 Typ vonkajšieho náteru antistatický prostriedok

Externé antistatické činidlá sa nanášajú na povrch lisovaných dielov vo forme vodného alebo alkoholového roztoku. Vzhľadom na rôzne spôsoby aplikácie sa štrukturálne požiadavky uvedené pri vnútorných antistatických činidlách stávajú menej dôležitými. Všetky povrchovo aktívne zlúčeniny, ako aj mnohé povrchovo neaktívne hygroskopické látky (ako je glycerín, polyoly a polyetylénglykol), majú v rôznej miere antistatické vlastnosti a účinnosť týchto zlúčenín nie je ovplyvnená ich kompatibilitou s polymérom ani ich migráciou v polyméri.