Sự tạo ra điện tích tĩnh điện

Khả năng mang điện tích của một chất rắn phụ thuộc vào điều kiện bề mặt, hằng số điện môi, điện trở suất bề mặt và độ ẩm tương đối của môi trường xung quanh. Khả năng mang điện tích tỷ lệ nghịch với hằng số điện môi và độ ẩm tương đối, và tỷ lệ thuận với điện trở suất bề mặt. Dấu của điện tích thay đổi tùy thuộc vào vật liệu; vật liệu có hằng số điện môi thấp hơn sẽ mang điện tích dương.

Tính chất cách điện liên quan đến sự tích tụ tĩnh điện. Cấu trúc hóa học của hầu hết các loại nhựa cho thấy chúng là chất cách điện tuyệt vời, khiến chúng trở thành vật liệu thiết yếu cho các thiết bị tần số cao như radar. Vì hầu hết các loại nhựa có độ dẫn điện bề mặt thấp, chúng không thể nhanh chóng tiêu tán điện tích, đây là điểm khác biệt giữa nhựa và kim loại.

Trong quá trình sử dụng các sản phẩm nhựa, tĩnh điện có thể gây ra nhiều vấn đề và dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, thậm chí nguy hiểm. Các mối nguy hiểm phổ biến nhất bao gồm: tích tụ bụi bẩn nghiêm trọng trên bề mặt nhựa; tĩnh điện hút bụi ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh của đĩa than; tĩnh điện gây ra cảm giác "giật điện" khó chịu ở những người sử dụng thảm sợi tổng hợp hoặc sàn nhựa; hiện tượng bám dính tĩnh điện giữa các màng và tấm nhựa, làm gián đoạn quá trình sản xuất bình thường; và bột rắn vón cục lại trong quá trình vận chuyển bằng luồng không khí. Tia lửa điện do sự tích tụ lớn điện tích tĩnh thậm chí có thể gây cháy hỗn hợp không khí và bụi hoặc dung môi hữu cơ, trở thành nguyên nhân của nhiều vụ nổ gây thiệt hại.

Các biện pháp nhằm triệt tiêu điện tích tĩnh điện

(1) Tăng độ ẩm tương đối: Khi độ ẩm môi trường xung quanh các sản phẩm đúc tăng lên, độ dẫn điện bề mặt của chúng cũng tăng lên, do đó đẩy nhanh quá trình tiêu tán điện tích. Ví dụ, khi độ ẩm tương đối của polyamit hút nước cao hơn 65%, hầu như không có tĩnh điện. Ngược lại, khi độ ẩm tương đối thấp hơn nhiều so với 20%, các vấn đề về cân bằng điện tích bề mặt là không thể tránh khỏi. Trong trường hợp này, biện pháp thực sự hiệu quả duy nhất để triệt tiêu tĩnh điện là thêm ma trận dẫn điện để giảm điện trở suất thể tích.

(2) Tăng độ dẫn của không khí:Bằng cách sử dụng máy ion hóa hoạt động dựa trên nguyên lý điện hoặc phóng xạ để tăng độ dẫn điện của không khí, nhờ đó điện tích có thể nhanh chóng được phân tán vào không khí xung quanh.

(3) Tăng độ dẫn điện bề mặt bằng cách thêm các chất phụ gia hóa học (chất chống tĩnh điện) vào nhựa hoặc áp dụng chúng lên bề mặt để tăng độ dẫn điện bề mặt, nhờ đó làm tiêu tán điện tích tĩnh.

 Cấu trúc hóa học của các chất chống tĩnh điện

Chất chống tĩnh điện là các chất phụ gia được thêm vào hợp chất đúc hoặc được phủ lên bề mặt của các sản phẩm đúc để giảm sự tích tụ tĩnh điện. Nhìn chung, dựa trên phương pháp ứng dụng, chất chống tĩnh điện có thể được chia thành hai loại chính: ứng dụng bên trong và ứng dụng bên ngoài.

2.Chất chống tĩnh điện bên trong

Các chất chống tĩnh điện được thêm vào bên trong polyme dưới dạng chất hoạt động bề mặt trước hoặc trong quá trình đúc. Chúng đều có đặc tính hoạt động bề mặt và có thể di chuyển và tập trung trên bề mặt của các bộ phận được đúc. Các chất phụ gia này chứa cả nhóm ưa nước và nhóm kỵ nước trong phân tử của chúng. Các nhóm kỵ nước có khả năng tương thích nhất định với polyme và có thể làm cho các phân tử của nó bám dính vào bề mặt sản phẩm, trong khi các nhóm ưa nước hoạt động bằng cách liên kết và trao đổi với các phân tử nước trên bề mặt sản phẩm. Hầu hết các chất chống tĩnh điện có đặc tính hoạt động bề mặt có thể được phân loại thành các loại cation, anion và không ion.

1.Các chất chống tĩnh điện cation:Trong loại chất chống tĩnh điện này, phần hoạt tính của phân tử thường chứa một nhóm cation lớn và thường là một nhóm alkyl dài, chẳng hạn như muối amoni bậc bốn, muối sunfua bậc bốn hoặc muối sunfua bậc bốn. Anion thường được hình thành trong các phản ứng quatern hóa, chẳng hạn như clorua, metyl sunfat và nitrat. Các chất chống tĩnh điện muối amoni bậc bốn chiếm ưu thế trong loại sản phẩm thương mại này. Các chất chống tĩnh điện cation hiệu quả nhất trên các ma trận phân cực (như PVC và polyme styren). Tuy nhiên, việc sử dụng chúng bị hạn chế phần nào do tác động bất lợi của chúng đến độ ổn định nhiệt của một số polyme nhất định.

2. Chất chống tĩnh điện anion: Trong loại chất chống tĩnh điện này, phần hoạt tính của phân tử là anion. Các ankyl sulfonat, sulfat, phosphat, dithiocarbamat hoặc cacboxylat thường mang một lượng lớn anion, trong khi các cation thường là ion kim loại kiềm, và đôi khi là ion kim loại kiềm thổ. Ví dụ, natri ankyl sulfonat được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì nó đạt được hiệu quả chống tĩnh điện tốt trong các polyme polyvinyl clorua và polystyren, nhưng việc ứng dụng nó trong polyolefin có một số hạn chế.

3. chất chống tĩnh điện không ionCác chất chống tĩnh điện này có nhóm phân tử hoạt tính bề mặt không mang điện tích và có độ phân cực rất thấp (chủ yếu là este hoặc ete polyetylen glycol, este axit béo hoặc etanolamin, mono- hoặc diglyceride, và amin béo ethoxyl hóa). Chúng chủ yếu được cung cấp trên thị trường dưới dạng chất lỏng hoặc sáp có điểm hóa mềm thấp.

Độ phân cực thấp của các chất phụ gia này khiến chúng trở thành chất chống tĩnh điện nội bộ lý tưởng cho polyetylen và polypropylen, đồng thời chúng cũng thể hiện khả năng tương thích cao. Các loại polyetylen và polypropylen khác nhau có mật độ, độ kết tinh và cấu trúc phân tử vi mô khác nhau. Do đó, để có được cấu trúc phân tử tối ưu cho mỗi chất chống tĩnh điện, chiều dài chuỗi alkyl và số lượng nhóm hydroxyl hoặc ete trong hợp chất phải được điều chỉnh. Chỉ bằng cách này, hiệu quả ứng dụng mong muốn mới có thể được đảm bảo một cách hiệu quả. Ví dụ, các chất chống tĩnh điện thông thường được sử dụng trong polypropylen sẽ kém hiệu quả hơn khi được áp dụng cho polyetylen mật độ thấp, và ngược lại.

 Chất chống tĩnh điện dạng phủ ngoài

Các chất chống tĩnh điện bên ngoài được phủ lên bề mặt của các chi tiết đúc dưới dạng dung dịch nước hoặc cồn. Do phương pháp ứng dụng khác nhau, các yêu cầu về cấu trúc được đề cập trong các chất chống tĩnh điện bên trong trở nên ít quan trọng hơn. Tất cả các hợp chất hoạt động bề mặt, cũng như nhiều chất hút ẩm không hoạt động bề mặt (như glycerin, polyol và polyetylen glycol), đều có đặc tính chống tĩnh điện ở các mức độ khác nhau, và hiệu quả của các hợp chất này không bị ảnh hưởng bởi khả năng tương thích của chúng với polyme hoặc sự di chuyển của chúng bên trong polyme.