Nastajanje elektrostatičnega naboja

Sposobnost trdne snovi, da prenaša naboj, je odvisna od površinskih pogojev, dielektrične konstante, površinske upornosti in relativne vlažnosti okolice. Njena sposobnost prenašanja naboja je obratno sorazmerna z njeno dielektrično konstanto in relativno vlažnostjo ter neposredno sorazmerna z njeno površinsko upornostjo. Predznak naboja se spreminja glede na material; materiali z nižjimi dielektričnimi konstantami so pozitivno nabiti.

Izolacijske lastnosti so povezane s kopičenjem statične elektrike. Kemijska struktura večine plastik kaže, da so odlični izolatorji, zaradi česar so bistveni materiali za visokofrekvenčno opremo, kot je radar. Ker ima večina plastik nizko površinsko prevodnost, ne morejo hitro odvajati električnega naboja, kar je razlika med plastiko in kovinami.

Med uporabo plastičnih izdelkov lahko statična elektrika povzroči različne težave in vodi do resnih, celo nevarnih posledic. Najpogostejše nevarnosti vključujejo: močno kopičenje umazanije na plastičnih površinah; statična elektrika, ki privablja prah, kar vpliva na kakovost zvoka plošč; statična elektrika, ki povzroča neprijeten občutek "električnega udara" pri ljudeh, ki uporabljajo sintetične preproge ali plastična tla; statična adhezija med plastičnimi folijami in ploščami, ki moti normalno proizvodnjo; in zlepljanje trdnih snovi v prah med pretokom zraka. Iskre zaradi praznjenja, ki nastanejo zaradi velikih kopičenj statičnega naboja, lahko celo vžgejo mešanice zraka in prahu ali organskih topil, kar postane vzrok za številne uničujoče eksplozije.

Ukrepi za zatiranje elektrostatičnega naboja

(1) Naraščanje relativne vlažnosti: Z naraščanjem vlažnosti okolice oblikovanih izdelkov se poveča tudi njihova površinska prevodnost, s čimer se pospeši odvajanje naboja. Na primer, ko je relativna vlažnost poliamida, ki absorbira vodo, višja od 65 %, praktično ni statične elektrike. Nasprotno pa so težave z ravnovesjem površinskega naboja neizogibne, ko je relativna vlažnost precej nižja od 20 %. V tem primeru je edini resnično učinkovit ukrep za zatiranje statične elektrike dodajanje prevodne matrice za zmanjšanje volumske upornosti.

(2) Povečajte prevodnost zraka:z uporabo ionizatorja, ki deluje na principu elektrike ali radioaktivnosti, za povečanje prevodnosti zraka, tako da se naboj lahko hitro razprši v okoliški zrak.

(3) Povečajte površinsko prevodnost z dodajanjem kemičnih dodatkov (antistatik) plastiki ali z nanosom le-teh na površino za povečanje površinske prevodnosti in s tem odvajanje statičnega naboja.

 Kemijska struktura antistatičnih sredstev

Antistatična sredstva so dodatki, ki se dodajajo kalupnim masam ali nanesejo na površino kalupljenih izdelkov za zmanjšanje kopičenja statične elektrike. Na splošno lahko antistatična sredstva glede na način nanašanja razdelimo v dve glavni kategoriji: za notranjo in zunanjo uporabo.

2.Notranja antistatična sredstva

Notranje dodane antistatične snovi se polimerom dodajajo kot površinsko aktivne snovi pred ali med brizganjem. Vse imajo površinsko aktivne lastnosti in se lahko premikajo in agregirajo na površini brizganih delov. Ti dodatki vsebujejo tako hidrofilne kot hidrofobne skupine v svojih molekulah. Hidrofobne skupine so do neke mere združljive s polimerom in lahko povzročijo, da se njegove molekule oprimejo površine izdelka, medtem ko hidrofilne skupine delujejo tako, da se vežejo in izmenjujejo z molekulami vode na površini izdelka. Večino antistatičnih sredstev s površinsko aktivnimi lastnostmi lahko razdelimo na kationske, anionske in neionske.

1.Kationska antistatična sredstva:Pri tej vrsti antistatičnega sredstva aktivni del molekule običajno vsebuje veliko kationsko skupino in pogosto dolgo alkilno skupino, kot so kvaternarne amonijeve soli, kvaternarne sulfonijeve soli ali kvaternarne sulfonijeve soli. Anioni običajno nastajajo med reakcijami kvaternizacije, kot so kloridi, metil sulfati in nitrati. V tej kategoriji komercialnih izdelkov prevladujejo antistatična sredstva na osnovi kvaterničnih amonijevih soli. Kationska antistatična sredstva so najučinkovitejša na polarnih matricah (kot so PVC in stirenski polimeri). Vendar je njihova uporaba nekoliko omejena zaradi negativnih učinkov na toplotno stabilnost nekaterih polimerov.

2. Anionska antistatična sredstva: Pri tej vrsti antistatičnega sredstva je aktivni del molekule anionski. Alkil sulfonati, sulfati, fosfati, ditiokarbamati ali karboksilati običajno vsebujejo veliko število anionov, medtem ko so kationi običajno ioni alkalijskih kovin, včasih pa tudi ioni zemeljskoalkalijskih kovin. Na primer, natrijev alkil sulfonat se pogosto uporablja v industriji, ker dosega zadovoljive antistatične učinke v polivinilkloridnih in polistirenskih polimerih, vendar ima njegova uporaba v poliolefinih določene omejitve.

3. Neionska antistatična sredstvaTa antistatična sredstva imajo površinsko aktivno molekularno skupino, ki je nenabita in ima zelo nizko polarnost (predvsem estri ali etri polietilen glikola, estri maščobnih kislin ali etanolamini, mono- ali digliceridi in etoksilirani maščobni amini). Večinoma se komercialno dobavljajo kot tekočine ali voski z nizko temperaturo mehčanja.

Zaradi nizke polarnosti teh dodatkov so idealna notranja antistatična sredstva za polietilen in polipropilen, poleg tega pa kažejo tudi visoko združljivost. Različne vrste polietilena in polipropilena imajo različne gostote, kristaliničnost in mikroskopske molekularne strukture. Zato je treba za dosego optimalne molekularne strukture vsakega antistatičnega sredstva prilagoditi dolžino alkilne verige in število hidroksilnih ali etrskih skupin v spojini. Le na ta način je mogoče učinkovito zagotoviti želeni učinek uporabe. Na primer, tipična antistatična sredstva, ki se uporabljajo v polipropilenu, so manj učinkovita, če se uporabljajo na polietilenu nizke gostote, in obratno.

 Zunanji premaz, antistatično sredstvo

Zunanja antistatična sredstva se nanesejo na površino brizganih delov v obliki vodne ali alkoholne raztopine. Zaradi različnih načinov nanašanja postanejo strukturne zahteve, omenjene pri notranjih antistatičnih sredstvih, manj pomembne. Vse površinsko aktivne spojine, pa tudi številne površinsko neaktivne higroskopske snovi (kot so glicerin, polioli in polietilen glikol), imajo v različni stopnji antistatične lastnosti, na učinkovitost teh spojin pa ne vpliva njihova združljivost s polimerom ali njihova migracija znotraj polimera.