Когато две твърди тела с различни агрегатни състояния влязат в контакт и се търкат едно в друго, съответните им повърхности претърпяват преразпределение на заряда. След повторното отделяне всяка твърда повърхност ще носи излишък от положителен (или отрицателен) заряд в сравнение с преди контакта, което се нарича статично електричество. За характеризиране на проводимостта на даден материал се използва понятието съпротивление. Обемното съпротивление е съотношението на градиента на потенциала, успореден на посоката на тока върху повърхността на материала, към тока на единица ширина на повърхността. Като цяло полимерите са високоизолационни материали с високо електрическо съпротивление, така че след като бъдат заредени, е трудно да бъдат елиминирани. В ежедневието, когато ходите по пластмасов под, триенето между подметката на обувката и пода може да зареди човешкото тяло. В тежки случаи, ако ръката влезе в контакт с дръжка на врата или предмет, това може също да произведе секрет, причинявайки усещане за изтръпване; Токов удар възниква по време на медицинска операция. В електронната индустрия човешката електрификация може лесно да пробие вериги, причинявайки повреда на интегралните схеми; Текстилната промишленост причинява агрегация на влакна и т.н.
Има два метода за премахване на статичното електричество в полимерите
(1) Добавете проводими пълнители, като метал, въглеродни влакна и въглерод. Този метод изисква голямо количество пълнител. Внезапното намаляване на проводимостта на пълнителя трябва да достигне определен процент, за да се постигне антистатичен ефект. Цветът и качеството на продуктите с голямо количество добавки ще бъдат силно ограничени. Например, проводимостта на PP, напълнен със сажди, се променя значително само когато процентът достигне 15%. Понастоящем цветът на материала вече не може да отговаря на изискванията за множество и красиви материали. Металните пълнители повишават качеството на материалите. Пълнителите с метални влакна са с ниско качество, но са склонни към счупване и окисляване по време на обработката, което ги прави по-скъпи.
(2) Добавяне на антистатични агенти за активиране на повърхността и подобряване на повърхностната проводимост: 1. Антистатичните агенти с повърхностно покритие имат ниска издръжливост и лесно се губят поради триене и измиване, осигурявайки само временни или краткотрайни антистатични ефекти. 2. Смесените антистатични агенти имат висока издръжливост, но изискват високи изисквания за антистатични агенти.
Антистатичен агент
Генерирането на статично електричество върху пластмасови повърхности може да причини различни проблеми, като възпрепятстване на производството, искри, причиняващи експлозии, и повреда на интегрални схеми на електронни устройства. Общият метод за премахване на статичното електричество е използването на повърхностно активни вещества, като антистатични агенти, за намаляване на повърхностното съпротивление на полимерите. Поради хигроскопичността на такива добавки, те абсорбират влагата от атмосферата върху повърхността на полимера, образувайки тънък проводим филм, който бързо елиминира статичното електричество. Водата играе важна роля в този процес. С увеличаването на атмосферната влажност, повърхностната проводимост на полимера също се подобрява, причинявайки бърза загуба на статичен заряд и произвеждайки добри антистатични характеристики.
Според различната употреба има два вида повърхностно активни антистатични агенти, а именно външни и вътрешни. Външни или локални антистатични агенти се нанасят върху повърхността на полимерите чрез пръскане, избърсване или импрегниране. Въпреки че този външен антистатичен агент е подходящ за различни полимери, неговата ефективност е само временна и е лесно да се загуби след контакт с разтворители или триене с други вещества. Вътрешните антистатични агенти се добавят по време на обработката на полимера. Този тип повърхностно активен антистатичен агент може да допълни антистатичната функция, която е ерозирала поради боравене. Ефектът на този вътрешен антистатичен агент зависи от пръскането със замръзване. Значението на пръскането със замръзване тук се отнася до процеса, при който вътрешният антистатичен агент, добавен към смолата, частично мигрира към повърхността на полимера. Следователно вътрешните антистатични агенти имат дълготраен антистатичен защитен ефект.
Повърхностно активните антистатични агенти могат да бъдат разделени на катионни, анионни и нейонни видове.
Катионните антистатични агенти обикновено са дълговерижни алкилни кватернерни амониеви, фосфорни или оловни соли, с хлориди като равновесни йони. Те работят добре в полярни матрици като твърд поливинилхлорид и полимери на основата на стирен, но имат отрицателно въздействие върху тяхната термична стабилност. Този тип антистатичен агент обикновено не е позволено да се използва в предмети в контакт с храна; А антистатичният ефект е само 1/5 до 1/10 от този на вътрешните антистатични агенти като етоксилирани амини.
Анионните антистатични агенти обикновено са соли на алкални метали на алкилсулфонова киселина, фосфорна киселина или дитиокарбамат и се използват главно в поливинилхлоридни и стиренови смоли; Ефектът от приложението им в полиолефиновите смоли е подобен на този на катионните антистатици. Натриевият алкилсулфонат се използва широко в смоли на основата на стирен, поливинилхлорид, полиетилен терефталат и поликарбонат като анионен антистатичен агент.
Нейонните антистатични агенти като етоксилирани алифатни алкиламини представляват най-големия клас антистатични агенти. Те се използват широко в полиетилен, полипропилен, ABS и други полимери на основата на стирол. В момента се произвеждат и продават няколко етоксилирани алкиламини, като разликата е в дължината на алкиловата верига и степента на ненаситеност. Етоксиалкиламинът е високоефективен антистатичен агент, дори при условия на ниска относителна влажност и е ефективен за дълго време. Този тип антистатичен агент е одобрен от Федералната администрация по храните и лекарствата за употреба в предмети, които влизат в непряк контакт с храна. Други нейонни антистатични средства с търговска стойност включват етоксилиран алкиламин, като етоксилиран лауроиламин и глицерол моностеарат (GMS). Етоксиллаурил аминът е подходящ за полиетилен и полипропилен, използвани в среда с ниска влажност, и изисква бързи и дълготрайни антистатични функции. GMS антистатичните агенти се считат само за електростатична защита по време на обработката. Въпреки че GMS мигрира бързо към повърхността на полимерите, той не може да упражнява дълготрайни антистатични ефекти като етоксилиран алкиламин или етоксилиран алкиламин.
До 75% течни или етоксилирани алкилни групи и полимери с ниска точка на топене могат да бъдат смесени, за да се образува концентрирана мастербач. Тези мастербачи са свободно течащи сферични продукти, които са лесни за транспортиране, докато лесно се диспергират по време на смесване. Предимствата на етоксилирания алкиламин мастербач могат да бъдат обобщени, както следва:
(1) Добра диспергируемост, с добавяне на предварително диспергирани активни материали.
(2) Малък продукт с форма на топка с добра транспортируемост и свободен поток, лесен за измерване и смесване.
(3) Добра производителност на обработка, с по-малко приплъзване на винта в екструдера.
Изборът и дозировката на антистатичните средства зависят от свойствата на полимера, методите на обработка, условията на обработка, видовете и количествата на другите добавки, относителната влажност и крайната употреба на полимера. Времето, необходимо за постигане на достатъчен антистатичен ефект, варира и скоростта и продължителността на антистатичната защита могат да бъдат увеличени чрез увеличаване на концентрацията на антистатичния агент. Въпреки това, прекомерната употреба на антистатични агенти може да доведе до хлъзгава повърхност на крайния продукт, което може да повреди ефективността на печата или залепването. Необработените неорганични пълнители и пигменти могат да адсорбират молекули антистатични агенти върху техните повърхности, като по този начин намаляват ефективността на антистатичните агенти. Това явление може да се компенсира чрез увеличаване на количеството на използвания антистатичен агент. Въпреки това, за продукти, които влизат в контакт с храна, количеството добавени антистатични агенти трябва да отговаря на разпоредбите на Федералната администрация по храните и лекарствата (вижте Кодекс на федералните разпоредби, 21 (21CFR)). (Кодекс на федералните разпоредби, дял 21 (21CFR)).
Когато се използва полиетилен, изборът на етоксилиран алкиламинов антистатичен агент трябва да вземе предвид тяхната физическа форма, като паста, течност, малки частици или твърдо вещество. Ако етоксилираният лоен амин не може да бъде обработен поради пастообразния му характер, може да се използва течен етоксилиран олеамин. При условия на високотемпературна обработка (над 180 градуса) може да бъде избран етоксилиран стеарфталамин. Ако се изисква бързо действащ антистатичен ефект, може да се избере етоксилиран лаурил амин. Въпросите, които трябва да имате предвид при използване на полипропилен, са подобни на тези при използване на полиетилен. Независимо от вида на използваната смола, трябва да се вземат предвид регулаторните ограничения на Федералната администрация по храните и лекарствата за различни употреби. Когато се използва за полимери на основата на стирен, се препоръчва да се избере етоксилиран кокосов амин или един от неговите подходящи мастербачи.
Смесване и обработка
По принцип антистатичните агенти се смесват с пигменти и други добавки в миксер или екструдер. Технически казано, чистите антистатични агенти, като етоксилиран алкиламин, имат друго предимство, което е, че те могат да се стопят по време на течно шприцване, като по този начин действат като диспергатори за пигментна мастербач. Антистатичният мастърбач може директно да се добави към крайното оборудване за обработка. Ефектът на вътрешните антистатични агенти е тясно свързан с условията на производство и обработка на крайния продукт. Например, антистатичните характеристики на шприцованите продукти зависят от температурата на формата. Обикновено, когато температурата на формата е ниска, антистатичният агент мигрира бързо, като по този начин подобрява антистатичните характеристики.
Има два метода за изпитване за оценка на ефективността на антистатичните агенти: метод на повърхностно съпротивление (скорост) и метод на електростатично разпадане; И двата метода са широко използвани.
Съгласно дефиницията на ASTMD257-78, повърхностното съпротивление на даден материал е съотношението на градиента на потенциала към тока, преминаващ през единицата ширина на повърхността на материала, което обикновено е свързано с геометричната форма на образеца. Поставете два електрода от една и съща страна на повърхността на пластмасовата проба и приложете постоянен ток към електродите; Измерете тока, преминаващ през пробата, и изчислете съпротивлението; След това представете резултатите от измерването на повърхностното съпротивление в ома.
Съгласно дефиницията на Федералния тестов метод 4046, електростатичното разпадане се отнася до скоростта на разреждане на индуцирани заряди. Поставете пробата (обикновено тънка плоча или филм) между два електрода, с разстояние от няколко милиметра между електродите и повърхността на пробата. Единият електрод е свързан към захранването, а другият електрод е свързан към амперметъра и записващото устройство. Промяната на електрическото поле, причинена от заряда, индуциран от единия електрод върху повърхността на пробата, се измерва от другия електрод. Антистатичните проби ще показват разпадане на индуцирани заряди. Времето на полуразпад (в секунди) е времето, необходимо на заряда да се разпадне наполовина от първоначалната си стойност.
Друг широко използван стандартен метод за изпитване в индустрията е американският стандарт, който се използва за опаковане на електронни продукти. Изборът на подходящ метод зависи от крайната употреба на пластмасата, която трябва да се тества.
Електрическото съпротивление на самата пластмаса е 1014 ома. При добавяне на антистатични агенти в съответствие с количеството, показано в таблица A, електрическото съпротивление може да намалее до 1013 до 109 ома. Ако искаме да намалим допълнително съпротивлението, можем да разчитаме само на подобряване на проводимостта, като например използването на проводими сажди.
Технологията за антистатично опаковане се разработва, за да подчертае загрижеността за околната среда. Широко използваният етоксилиран алкиламин сега се опакова в контейнери за многократна употреба. Доставчиците са склонни да произвеждат антистатични агенти с по-висока концентрация, които могат да бъдат разредени според нуждите на обработката, след като бъдат доставени на потребителите. Целта е да се намалят разходите за третиране на твърди отпадъци. Чрез разработването на антистатични агенти с висока концентрация, производителите могат да доставят повече антистатични агенти наведнъж и да намалят броя на опаковъчните контейнери, които трябва да бъдат обработвани от потребителите.
Технически погледнато, много изследователска и развойна работа все още се върти около пазара на опаковки на електронни продукти. Етоксилираният лауриламид, който обикновено се разглежда като антистатичен агент без амини, обикновено се използва в тази област. Количеството етоксилиран лаурил амин, използвано при формоване чрез раздуване на LDPE и LLDPE филми, също се увеличава, тъй като неговият антистатичен ефект също е по-добър при условия на ниска влажност. Концентратът и мастербачът на този продукт също могат да бъдат закупени. Етоксилиран стеарофталамин (съдържащ напълно наситени 18 въглеродни алкилови вериги) се прилага при производството на биаксиално ориентирани полипропиленови филми. В този производствен процес високите температури на обработка изискват антистатични агенти, за да имат висока термична стабилност.