Når to faste stoffer med forskellige fysiske tilstande kommer i kontakt og gnider mod hinanden, gennemgår deres respektive overflader ladningsomfordeling. Efter genadskillelse vil hver fast overflade bære et overskud af positiv (eller negativ) ladning sammenlignet med før kontakt, hvilket kaldes statisk elektricitet. For at karakterisere et materiales ledningsevne bruges begrebet resistivitet. Volumenresistivitet er forholdet mellem potentialgradienten parallelt med strømretningen på materialeoverfladen og strømmen pr. breddeenhed på overfladen. Generelt er polymerer højisolerende materialer med høj elektrisk resistivitet, så når de først er opladet, er det svært at fjerne dem. I dagligdagen, når man går på et plastikgulv, kan friktionen mellem skosålen og gulvet gøre menneskekroppen opladet. I alvorlige tilfælde, hvis hånden kommer i kontakt med et dørhåndtag eller en genstand, kan det også producere udflåd, hvilket forårsager en prikkende fornemmelse; En elektrisk stødulykke opstår under medicinsk operation. I den elektroniske industri kan menneskelig elektrificering nemt bryde igennem kredsløb og forårsage skade på integrerede kredsløb; Tekstilindustrien forårsager fiberaggregering og så videre.
Der er to metoder til at eliminere statisk elektricitet i polymerer
(1) Tilføj ledende fyldstoffer, såsom metal, kulfiber og kulstof. Denne metode kræver en stor mængde fyldstof. Det pludselige fald i ledningsevnen af fyldstoffet skal nå en vis procentdel for at opnå antistatisk effekt. Farven og kvaliteten af produkter med en stor mængde tilsætning vil være stærkt begrænset. For eksempel ændres ledningsevnen af carbon black fyldt PP kun væsentligt, når procentdelen når 15%. På dette tidspunkt kan farven på materialet ikke længere opfylde kravene til flere og smukke materialer. Metalfyldstoffer øger kvaliteten af materialer. Metalfiberfyldstoffer har lav kvalitet, men er tilbøjelige til at gå i stykker og oxidere under forarbejdning, hvilket gør dem dyrere.
(2) Tilføjelse af antistatiske midler for at aktivere overfladen og forbedre overfladens ledningsevne: 1. Overfladebelagte antistatiske midler har lav holdbarhed og går let tabt på grund af friktion og vask, hvilket kun giver midlertidige eller kortvarige antistatiske effekter. 2. Blandede antistatiske midler har høj holdbarhed, men kræver høje krav til antistatiske midler.
Antistatisk middel
Generering af statisk elektricitet på plastoverflader kan forårsage forskellige problemer, såsom at hæmme produktionen, gnister, der forårsager eksplosioner, og beskadigelse af integrerede kredsløb i elektroniske enheder. Den generelle metode til at fjerne statisk elektricitet er at bruge overfladeaktive stoffer, såsom antistatiske midler, til at reducere overflademodstanden af polymerer. På grund af sådanne tilsætningsstoffers hygroskopicitet absorberer de fugt fra atmosfæren på overfladen af polymeren og danner en tynd ledende film, der hurtigt eliminerer statisk elektricitet. Vand spiller en vigtig rolle i denne proces. Med stigningen i atmosfærisk luftfugtighed forbedres polymerens overfladeledningsevne også, hvilket forårsager hurtigt tab af statisk ladning og giver god antistatisk ydeevne.
Ifølge forskellig anvendelse er der to typer overfladeaktive antistatiske midler, nemlig eksterne og interne. Eksterne eller lokale antistatiske midler påføres overfladen af polymerer gennem sprøjtning, aftørring eller imprægnering. Selvom dette eksterne antistatiske middel er velegnet til forskellige polymerer, er dets effektivitet kun midlertidigt, og det er let at miste det efter kontakt med opløsningsmidler eller friktion med andre stoffer. Interne antistatiske midler tilsættes under polymerbearbejdning. Denne type overfladeaktivt antistatisk middel kan supplere den antistatiske funktion, der er blevet eroderet på grund af håndtering. Virkningen af dette interne antistatiske middel afhænger af frostsprøjtning. Betydningen af frostsprøjtning refererer her til den proces, hvor det interne antistatiske middel tilsat harpiksen delvist migrerer til overfladen af polymeren. Derfor har interne antistatiske midler en langsigtet antistatisk beskyttelseseffekt.
Overfladeaktive antistatiske midler kan opdeles i kationiske, anioniske og ikke-ioniske typer.
Kationiske antistatiske midler er sædvanligvis langkædede kvaternære alkylammonium-, fosfor- eller blysalte med chlorider som ligevægtsioner. De fungerer godt i polære matricer såsom stive polyvinylchlorid- og styrenbaserede polymerer, men har en negativ indvirkning på deres termiske stabilitet. Denne type antistatiske midler må normalt ikke bruges i genstande i kontakt med fødevarer; Og den antistatiske effekt er kun 1/5 til 1/10 af virkningen af interne antistatiske midler såsom ethoxylerede aminer.
Anioniske antistatiske midler er sædvanligvis alkalimetalsalte af alkylsulfonsyre, phosphorsyre eller dithiocarbamat, og de anvendes hovedsageligt i polyvinylchlorid- og styrenharpikser; Deres anvendelsesvirkning i polyolefinharpikser svarer til virkningen af kationiske antistatiske midler. Natriumalkylsulfonat er blevet meget brugt i styrenbaserede harpikser, polyvinylchlorid, polyethylenterephthalat og polycarbonat som et anionisk antistatisk middel.
Ikke-ioniske antistatiske midler såsom ethoxylerede alifatiske alkylaminer repræsenterer den største klasse af antistatiske midler. De er meget udbredt i polyethylen, polypropylen, ABS og andre styrenbaserede polymerer. Der er flere ethoxylerede alkylaminer i øjeblikket produceret og solgt, hvor forskellen er længden af alkylkæden og graden af umættethed. Ethoxyalkylamin er et yderst effektivt antistatisk middel, selv under forhold med lav relativ luftfugtighed, og er effektivt i lang tid. Denne type antistatisk middel er blevet godkendt af Federal Food and Drug Administration til brug i genstande, der kommer i indirekte kontakt med fødevarer. Andre kommercielt værdifulde ikke-ioniske antistatiske midler omfatter ethoxyleret alkylamin, såsom ethoxyleret lauroylamin og glycerolmonostearat (GMS). Ethoxylaurylamin er velegnet til polyethylen og polypropylen, der anvendes i miljøer med lav luftfugtighed, og kræver hurtige og langvarige antistatiske funktioner. GMS antistatiske midler tages kun i betragtning til elektrostatisk beskyttelse under behandlingen. Selvom GMS migrerer hurtigt til overfladen af polymerer, kan det ikke udøve langvarige antistatiske effekter som ethoxyleret alkylamin eller ethoxyleret alkylamin.
Op til 75 % flydende eller lavtsmeltende ethoxylerede alkylgrupper og polymerer kan blandes til en koncentreret masterbatch. Disse masterbatches er fritflydende sfæriske produkter, der er nemme at transportere, mens de let spredes under blanding. Fordelene ved ethoxyleret alkylamin masterbatch kan opsummeres som følger:
(1) God dispergerbarhed med tilsætning af prædispergerede aktive materialer.
(2) Et lille kugleformet produkt med god transportabilitet og frit flow, let at måle og blande.
(3) God forarbejdningsydelse med mindre skrueglidning i ekstruderen.
Valget og doseringen af antistatiske midler afhænger af polymerens egenskaber, forarbejdningsmetoder, forarbejdningsbetingelser, typer og mængder af andre additiver, relativ fugtighed og den endelige anvendelse af polymeren. Den tid, der kræves for at opnå tilstrækkelig antistatisk effekt, varierer, og hastigheden og varigheden af antistatisk beskyttelse kan øges ved at øge koncentrationen af det antistatiske middel. Overdreven brug af antistatiske midler kan dog resultere i en glat overflade på det endelige produkt, hvilket kan beskadige udskrivnings- eller limningsydelsen. Ubehandlede uorganiske fyldstoffer og pigmenter kan adsorbere antistatiske middelmolekyler på deres overflader og derved reducere effektiviteten af antistatiske midler. Dette fænomen kan kompenseres for ved at øge mængden af anvendt antistatisk middel. For produkter, der kommer i kontakt med fødevarer, skal mængden af tilsat antistatiske midler dog overholde reglerne fra Federal Food and Drug Administration (se Federal Regulations Code, 21 (21CFR)). (Code of Federal Regulations, Title21 (21CFR)).
Når du bruger polyethylen, bør valget af ethoxyleret alkylamin-antistatisk middel tage hensyn til deres fysiske form, såsom pasta, væske, små partikler eller fast stof. Hvis ethoxyleret talgamin ikke kan behandles på grund af dens pastaagtige natur, kan flydende ethoxyleret oleamin anvendes. Under højtemperaturbehandlingsbetingelser (over 180 grader) kan ethoxyleret stearphthalamin vælges. Hvis hurtigvirkende antistatisk effekt er påkrævet, kan ethoxyleret laurylamin vælges. De problemer, der skal overvejes, når du bruger polypropylen, ligner dem, du bruger polyethylen. Uanset hvilken type harpiks der anvendes, skal der tages hensyn til de regulatoriske grænser fra Federal Food and Drug Administration for forskellige anvendelser. Når det bruges til styrenbaserede polymerer, anbefales det at vælge ethoxyleret kokosnøddeamin eller en af dens passende masterbatches.
Blanding og forarbejdning
Generelt blandes antistatiske midler med pigmenter og andre tilsætningsstoffer i en mixer eller ekstruder. Rent teknisk set har rene antistatiske midler, såsom ethoxyleret alkylamin, en anden fordel, som er, at de kan smelte under væskesprøjtestøbning og derved fungere som dispergeringsmidler til pigmentmasterbatch. Antistatisk agent masterbatch kan føjes direkte til det endelige behandlingsudstyr. Effekten af interne antistatiske midler er tæt forbundet med produktions- og forarbejdningsbetingelserne for det endelige produkt. For eksempel afhænger den antistatiske ydeevne af sprøjtestøbte produkter af støbeformens temperatur. Normalt, når temperaturen i formen er lav, migrerer det antistatiske middel hurtigt og forbedrer derved den antistatiske ydeevne.
Der er to testmetoder til at evaluere effektiviteten af antistatiske midler: overflademodstandsmetode (hastighedsmetode) og elektrostatisk henfaldsmetode; Begge metoder er meget brugt.
Ifølge definitionen af ASTMD257-78 er overfladeresistiviteten af et materiale forholdet mellem potentialgradienten og strømmen, der passerer gennem enhedsbredden af materialeoverfladen, hvilket generelt er relateret til den geometriske form af prøven. Placer to elektroder på samme side af plastikprøveoverfladen og tilfør jævnstrøm til elektroderne; Mål strømmen, der passerer gennem prøven, og beregn modstanden; Repræsenter derefter måleresultaterne af overfladeresistivitet i ohm.
I henhold til definitionen af Federal Test Method 4046 refererer elektrostatisk henfald til afladningshastigheden af inducerede ladninger. Anbring prøven (normalt en tynd plade eller film) mellem to elektroder med en afstand på flere millimeter mellem elektroderne og prøvens overflade. Den ene elektrode er tilsluttet strømforsyningen, og den anden elektrode er forbundet til amperemeteret og optageren. Den elektriske feltændring forårsaget af ladningen induceret af en elektrode på prøveoverfladen måles af den anden elektrode. Antistatiske prøver vil udvise henfald af inducerede ladninger. Henfaldshalveringstiden (i sekunder) er den tid, det tager for en ladning at henfalde med det halve fra dens oprindelige værdi.
En anden udbredt standardtestmetode i industrien er den amerikanske standard, som bruges til emballering af elektroniske produkter. Valget af den passende metode afhænger af den endelige anvendelse af den plast, der skal testes.
Den elektriske resistivitet af plast i sig selv er 1014 ohm. Ved tilsætning af antistatiske midler i overensstemmelse med mængden vist i tabel A, kan den elektriske resistivitet falde til 1013 til 109 ohm. Hvis vi ønsker at reducere resistiviteten yderligere, kan vi kun stole på at forbedre ledningsevnen, såsom at bruge ledende kønrøg.
Antistatisk emballageteknologi udvikles for at understrege miljøhensyn. Den meget anvendte ethoxylerede alkylamin er nu pakket i genanvendelige bulkbeholdere. Leverandører har en tendens til at producere antistatiske midler med højere koncentration, som kan fortyndes i henhold til forarbejdningsbehov, efter at de er blevet leveret til brugerne. Formålet hermed er at reducere omkostningerne ved behandling af fast affald. Ved at udvikle antistatiske midler med høj koncentration kan producenterne sende flere antistatiske midler på én gang og reducere antallet af emballagebeholdere, der skal håndteres af brugerne.
Teknisk set drejer en del forsknings- og udviklingsarbejde sig stadig omkring emballagemarkedet for elektroniske produkter. Ethoxyleret laurylamid, der almindeligvis ses som et aminfrit antistatisk middel, er almindeligt anvendt i dette område. Mængden af ethoxyleret laurylamin, der anvendes til blæsestøbning af LDPE- og LLDPE-film, er også stigende, da dens antistatiske effekt også er bedre under forhold med lav luftfugtighed. Koncentratet og masterbatchen af dette produkt kan også købes. Ethoxyleret stearophthalamin (indeholdende fuldt mættede 18 carbonalkylkæder) er blevet anvendt i produktionen af biaksialt orienterede polypropylenfilm. I denne produktionsproces kræver høje forarbejdningstemperaturer antistatiske midler for at have høj termisk stabilitet.