Када два чврста тела различитог физичког стања дођу у контакт и трљају се једно о друго, њихове површине подлежу прерасподели наелектрисања. Након поновног одвајања, свака чврста површина ће носити вишак позитивног (или негативног) наелектрисања у поређењу са оним пре контакта, што се назива статички електрицитет. За карактеризацију проводљивости материјала користи се концепт отпорности. Запреминска отпорност је однос градијента потенцијала паралелног смеру струје на површини материјала и струје по јединици ширине на површини. Генерално, полимери су високоизолациони материјали са високом електричном отпорношћу, тако да их је тешко елиминисати када се напуне. У свакодневном животу, када ходате по пластичном поду, трење између ђона ципеле и пода може довести до наелектрисања људског тела. У тешким случајевима, ако рука дође у контакт са ручком на вратима или предметом, она такође може да изазове пражњење, изазивајући осећај пецкања; Несрећа са струјним ударом се дешава током медицинске операције. У електронској индустрији, људска електрификација може лако да пробије кола, узрокујући оштећење интегрисаних кола; Текстилна индустрија изазива агрегацију влакана и тако даље.
Постоје две методе за уклањање статичког електрицитета у полимерима
(1) Додајте проводна пунила, као што су метал, угљенична влакна и угљеник. Ова метода захтева велику количину пунила. Нагло смањење проводљивости пунила мора достићи одређени проценат да би се постигао антистатички ефекат. Боја и квалитет производа са великом количином додатка биће у великој мери ограничени. На пример, проводљивост ПП испуњеног чађом се значајно мења само када проценат достигне 15%. У овом тренутку, боја материјала више не може да задовољи захтеве вишеструких и лепих материјала. Метална пунила повећавају квалитет материјала. Пунила од металних влакана имају низак квалитет, али су склона ломљењу и оксидацији током обраде, што их чини скупљима.
(2) Додавање антистатичких средстава за активирање површине и побољшање површинске проводљивости: 1. Површински обложени антистатички агенси имају ниску издржљивост и лако се губе услед трења и прања, пружајући само привремене или краткорочне антистатичке ефекте. 2. Мешовита антистатичка средства имају високу издржљивост, али захтевају високе захтеве за антистатичка средства.
Антистатичко средство
Генерисање статичког електрицитета на пластичним површинама може изазвати различите проблеме, као што су ометање производње, варнице које изазивају експлозије и оштећење интегрисаних кола електронских уређаја. Општи метод за уклањање статичког електрицитета је употреба сурфактаната, као што су антистатици, да би се смањио површински отпор полимера. Због хигроскопности таквих адитива, они апсорбују влагу из атмосфере на површини полимера, формирајући танак проводљиви филм који брзо елиминише статички електрицитет. Вода игра важну улогу у овом процесу. Са повећањем атмосферске влажности, површинска проводљивост полимера се такође побољшава, што доводи до брзог губитка статичког набоја и добрих антистатичких перформанси.
Према различитој употреби, постоје две врсте површински активних антистатика, и то спољашње и унутрашње. Спољни или локални антистатици се наносе на површину полимера прскањем, брисањем или импрегнацијом. Иако је ово спољно антистатичко средство погодно за различите полимере, његова ефикасност је само привремена и лако га је изгубити након контакта са растварачима или трења са другим супстанцама. Унутрашња антистатичка средства се додају током обраде полимера. Ова врста површински активног антистатичког агенса може допунити антистатичку функцију која је нарушена услед руковања. Ефекат овог унутрашњег антистатичког средства зависи од прскања мраза. Значење прскања смрзавањем се овде односи на процес у коме унутрашње антистатичко средство додато смоли делимично мигрира на површину полимера. Због тога, унутрашњи антистатички агенси имају дуготрајан антистатички заштитни ефекат.
Површински активни антистатици могу се поделити на катјонске, ањонске и нејонске типове.
Катјонски антистатички агенси су обично дуголанчани алкил кватернарни амонијум, фосфор или соли олова, са хлоридима као равнотежним јонима. Они добро функционишу у поларним матрицама као што су чврсти полимери на бази поливинилхлорида и стирена, али имају негативан утицај на њихову термичку стабилност. Ова врста антистатичког средства обично није дозвољена за употребу у предметима у контакту са храном; А антистатички ефекат је само 1/5 до 1/10 ефеката унутрашњих антистатичких агенаса као што су етоксиловани амини.
Ањонски антистатици су обично соли алкалних метала алкил сулфонске киселине, фосфорне киселине или дитиокарбамата, и углавном се користе у поливинилхлоридним и стиренским смолама; Њихов ефекат примене у полиолефинским смолама је сличан оном код катјонских антистатичких агенаса. Натријум алкилсулфонат се широко користи у смолама на бази стирена, поливинил хлориду, полиетилен терефталату и поликарбонату као ањонски антистатик.
Нејонска антистатичка средства као што су етоксиловани алифатични алкиламини представљају највећу класу антистатичких средстава. Широко се користе у полиетилену, полипропилену, АБС-у и другим полимерима на бази стирена. Тренутно се производи и продаје неколико етоксилованих алкиламина, са разликом у дужини алкил ланца и степену незасићености. Етоксиалкиламин је високо ефикасан антистатик, чак и у условима ниске релативне влажности, и ефикасан је дуго времена. Овај тип антистатичког агенса је одобрила Федерална управа за храну и лекове за употребу у предметима који долазе у индиректан контакт са храном. Други комерцијално вредни нејонски антистатици укључују етоксиловани алкиламин, као што је етоксиловани лауроиламин и глицерол моностеарат (ГМС). Етоксилаурил амин је погодан за полиетилен и полипропилен који се користе у окружењима ниске влажности и захтева брзе и дуготрајне антистатичке функције. ГМС антистатичка средства се сматрају само за електростатичку заштиту током обраде. Иако ГМС брзо мигрира на површину полимера, не може испољити дуготрајне антистатичке ефекте као што је етоксиловани алкиламин или етоксиловани алкиламин.
До 75% течних или етоксилованих алкил група и полимера ниске тачке топљења се могу мешати да би се формирала концентрована мастербатцх. Ови мастербатцхи су сферични производи слободног протока који се лако транспортују, док се лако распршују током мешања. Предности етоксилованог алкиламинског мастербатцха могу се сумирати на следећи начин:
(1) Добра дисперзибилност, уз додатак претходно диспергованих активних материјала.
(2) Мали производ у облику лопте са добром преносивости и слободним протоком, лако се мери и меша.
(3) Добре перформансе обраде, са мање клизања шрафа у екструдеру.
Избор и дозирање антистатичких средстава зависе од својстава полимера, метода обраде, услова обраде, врсте и количине других адитива, релативне влажности и крајње употребе полимера. Време потребно за постизање довољног антистатичког ефекта варира, а брзина и трајање антистатичке заштите може се повећати повећањем концентрације антистатичког средства. Међутим, прекомерна употреба антистатичких агенаса може довести до клизаве површине финалног производа, што може оштетити перформансе штампања или лепљења. Нетретирана неорганска пунила и пигменти могу адсорбовати молекуле антистатичког агенса на своје површине, чиме се смањује ефикасност антистатичких средстава. Овај феномен се може надокнадити повећањем количине коришћеног антистатичког средства. Међутим, за производе који долазе у контакт са храном, количина доданих антистатичких агенаса мора да буде у складу са прописима Федералне управе за храну и лекове (погледајте Законик савезних прописа, 21 (21ЦФР)). (Кодекс савезних прописа, наслов 21 (21ЦФР)).
Када се користи полиетилен, при избору етоксилованог алкиламинског антистатичког средства треба узети у обзир њихов физички облик, као што је паста, течност, мале честице или чврста материја. Ако се етоксиловани амин лоја не може третирати због своје пастозне природе, може се користити течни етоксиловани олеамин. У условима високотемпературне обраде (изнад 180 степени), може се изабрати етоксиловани стеарфталамин. Ако је потребан антистатички ефекат брзог дејства, може се изабрати етоксиловани лаурил амин. Питања која треба размотрити када користите полипропилен су слична онима када се користи полиетилен. Без обзира на врсту коришћене смоле, мора се узети у обзир регулаторна ограничења Федералне управе за храну и лекове за различите намене. Када се користи за полимере на бази стирена, препоручује се одабир етоксилованог кокосовог амина или једног од његових одговарајућих мастербатцха.
Мешање и обрада
Генерално, антистатичка средства се мешају са пигментима и другим адитивима у миксеру или екструдеру. Технички гледано, чисти антистатички агенси, као што је етоксиловани алкиламин, имају још једну предност, а то је да се могу истопити током ливења течним ињекцијама, чиме делују као дисперзанти за пигментну масу. Мастербатцх антистатик се може директно додати у опрему за финалну обраду. Ефекат унутрашњих антистатичких средстава је уско повезан са условима производње и прераде финалног производа. На пример, антистатички учинак бризганих производа зависи од температуре калупа. Обично, када је температура калупа ниска, антистатичко средство брзо мигрира, чиме се побољшавају антистатичке перформансе.
Постоје две методе испитивања за процену ефикасности антистатичких средстава: метода површинске отпорности (брзине) и метода електростатичког распада; Обе методе се широко користе.
Према дефиницији АСТМД257-78, површинска отпорност материјала је однос градијента потенцијала и струје која пролази кроз јединичну ширину површине материјала, што је генерално повезано са геометријским обликом узорка. Поставите две електроде на исту страну пластичне површине узорка и примените једносмерну струју на електроде; Измерите струју која пролази кроз узорак и израчунајте отпор; Затим представите резултате мерења површинског отпора у омима.
Према дефиницији Федералног Тест Метхода 4046, електростатички распад се односи на брзину пражњења индукованих наелектрисања. Поставите узорак (обично танку плочу или филм) између две електроде, са растојањем од неколико милиметара између електрода и површине узорка. Једна електрода је прикључена на напајање, а друга електрода је повезана са амперметром и рекордером. Промена електричног поља изазвана наелектрисањем изазваним једном електродом на површини узорка мери се другом електродом. Антистатички узорци ће показати распад индукованих наелектрисања. Полуживот распада (у секундама) је време које је потребно да наелектрисање преполови своју почетну вредност.
Још једна широко коришћена стандардна метода испитивања у индустрији је амерички стандард, који се користи за паковање електронских производа. Избор одговарајуће методе зависи од крајње употребе пластике коју треба тестирати.
Електрична отпорност саме пластике је 1014 ома. Када се додају антистатичка средства према количини приказаној у табели А, електрична отпорност може да се смањи на 1013 до 109 ома. Ако желимо даље да смањимо отпорност, можемо се ослонити само на побољшање проводљивости, као што је коришћење проводљиве чађе.
Антистатичка технологија паковања се развија како би се нагласила брига о животној средини. Широко коришћени етоксиловани алкиламин се сада пакује у контејнере за вишекратну употребу. Добављачи имају тенденцију да производе антистатичке агенсе са већом концентрацијом, који се могу разблажити према потребама обраде након што се испоруче корисницима. Сврха тога је смањење трошкова третмана чврстог отпада. Развојем антистатичких агенаса високе концентрације, произвођачи могу да испоруче више антистатичких агенаса одједном и смање број контејнера за паковање којима корисници морају да рукују.
Технички гледано, много истраживања и развоја се још увек врти око тржишта амбалаже за електронске производе. Етоксиловани лауриламид, који се обично сматра антистатичким агенсом без амина, обично се користи у овој области. Количина етоксилованог лаурил амина који се користи у ЛДПЕ и ЛЛДПЕ филмовима за дување се такође повећава, јер је његов антистатички ефекат такође бољи у условима ниске влажности. Концентрат и мастербатцх овог производа се такође могу купити. Етоксиловани стеарофталамин (који садржи потпуно засићене 18 угљеник алкил ланаца) је примењен у производњи биаксијално оријентисаних полипропиленских филмова. У овом производном процесу, високе температуре обраде захтевају да антистатичка средства имају високу термичку стабилност.