Når to faste stoffer med forskjellige fysiske tilstander kommer i kontakt og gni mot hverandre, gjennomgår deres respektive overflater ladningsomfordeling. Etter re separasjon vil hver fast overflate bære et overskudd av positiv (eller negativ) ladning sammenlignet med før kontakt, som kalles statisk elektrisitet. For å karakterisere ledningsevnen til et materiale, brukes begrepet resistivitet. Volumresistivitet er forholdet mellom potensialgradienten parallelt med strømretningen på materialoverflaten og strømmen per breddeenhet på overflaten. Vanligvis er polymerer høyisolasjonsmaterialer med høy elektrisk resistivitet, så når de først er ladet, er det vanskelig å eliminere dem. I dagliglivet, når man går på et plastgulv, kan friksjonen mellom skosålen og gulvet gjøre menneskekroppen ladet. I alvorlige tilfeller, hvis hånden kommer i kontakt med et dørhåndtak eller en gjenstand, kan det også gi utflod som forårsaker en prikkende følelse; En elektrisk sjokkulykke oppstår under medisinsk kirurgi. I den elektroniske industrien kan menneskelig elektrifisering lett bryte gjennom kretser og forårsake skade på integrerte kretser; Tekstilindustrien forårsaker fiberaggregering og så videre.
Det er to metoder for å eliminere statisk elektrisitet i polymerer
(1) Legg til ledende fyllstoffer, som metall, karbonfiber og karbon. Denne metoden krever en stor mengde fyllstoff. Den plutselige reduksjonen i ledningsevnen til fyllstoffet må nå en viss prosentandel for å oppnå antistatisk effekt. Fargen og kvaliteten på produkter med en stor mengde tillegg vil være sterkt begrenset. For eksempel endres konduktiviteten til sotfylt PP bare betydelig når prosentandelen når 15%. På dette tidspunktet kan fargen på materialet ikke lenger oppfylle kravene til flere og vakre materialer. Metallfyllstoffer øker kvaliteten på materialene. Metallfiberfyllstoffer har lav kvalitet, men er utsatt for brudd og oksidasjon under bearbeiding, noe som gjør dem dyrere.
(2) Tilsetning av antistatiske midler for å aktivere overflaten og forbedre overflatens ledningsevne: 1. Overflatebelagte antistatiske midler har lav holdbarhet og går lett tapt på grunn av friksjon og vask, og gir kun midlertidige eller kortsiktige antistatiske effekter. 2. Blandede antistatiske midler har høy holdbarhet, men krever høye krav til antistatiske midler.
Antistatisk middel
Generering av statisk elektrisitet på plastoverflater kan forårsake ulike problemer, som å hindre produksjon, gnister som forårsaker eksplosjoner, og skade på integrerte kretser av elektroniske enheter. Den generelle metoden for å fjerne statisk elektrisitet er å bruke overflateaktive midler, for eksempel antistatiske midler, for å redusere overflatemotstanden til polymerer. På grunn av hygroskopisiteten til slike tilsetningsstoffer absorberer de fuktighet fra atmosfæren på overflaten av polymeren, og danner en tynn ledende film som raskt eliminerer statisk elektrisitet. Vann spiller en viktig rolle i denne prosessen. Med økningen i atmosfærisk fuktighet forbedres også polymerens overflateledningsevne, noe som forårsaker raskt tap av statisk ladning og gir god antistatisk ytelse.
I henhold til forskjellig bruk er det to typer overflateaktive antistatiske midler, nemlig eksterne og interne. Eksterne eller lokale antistatiske midler påføres overflaten av polymerer gjennom spraying, avtørking eller impregnering. Selv om dette eksterne antistatiske midlet er egnet for forskjellige polymerer, er dets effektivitet bare midlertidig, og det er lett å miste det etter kontakt med løsemidler eller friksjon med andre stoffer. Interne antistatiske midler tilsettes under polymerbehandling. Denne typen overflateaktive antistatiske midler kan supplere den antistatiske funksjonen som har blitt erodert på grunn av håndtering. Effekten av dette interne antistatiske midlet avhenger av frostsprøyting. Betydningen av frostsprøyting refererer her til prosessen der det interne antistatiske middelet tilsatt harpiksen delvis migrerer til overflaten av polymeren. Derfor har interne antistatiske midler en langsiktig antistatisk beskyttelseseffekt.
Overflateaktive antistatiske midler kan deles inn i kationiske, anioniske og ikke-ioniske typer.
Kationiske antistatiske midler er vanligvis langkjedede alkylkvartære ammonium-, fosfor- eller blysalter, med klorider som likevektsioner. De fungerer godt i polare matriser som stive polyvinylklorid og styrenbaserte polymerer, men har en negativ innvirkning på deres termiske stabilitet. Denne typen antistatiske midler er vanligvis ikke tillatt å brukes i gjenstander i kontakt med mat; Og den antistatiske effekten er bare 1/5 til 1/10 av den til interne antistatiske midler som etoksylerte aminer.
Anioniske antistatiske midler er vanligvis alkalimetallsalter av alkylsulfonsyre, fosforsyre eller ditiokarbamat, og brukes hovedsakelig i polyvinylklorid og styrenharpikser; Deres påføringseffekt i polyolefinharpikser ligner på kationiske antistatiske midler. Natriumalkylsulfonat har blitt mye brukt i styrenbaserte harpikser, polyvinylklorid, polyetylentereftalat og polykarbonat som et anionisk antistatisk middel.
Ikke-ioniske antistatiske midler som etoksylerte alifatiske alkylaminer representerer den største klassen av antistatiske midler. De er mye brukt i polyetylen, polypropylen, ABS og andre styrenbaserte polymerer. Det er flere etoksylerte alkylaminer som for tiden produseres og selges, hvor forskjellen er lengden på alkylkjeden og graden av umettethet. Etoksyalkylamin er et svært effektivt antistatisk middel, selv under forhold med lav relativ fuktighet, og er effektivt i lang tid. Denne typen antistatiske midler er godkjent av Federal Food and Drug Administration for bruk i gjenstander som kommer i indirekte kontakt med mat. Andre kommersielt verdifulle ikke-ioniske antistatiske midler inkluderer etoksylert alkylamin, slik som etoksylert lauroylamin og glyserolmonostearat (GMS). Ethoxylaurylamin er egnet for polyetylen og polypropylen brukt i miljøer med lav luftfuktighet, og krever raske og langvarige antistatiske funksjoner. GMS antistatiske midler vurderes kun for elektrostatisk beskyttelse under behandlingen. Selv om GMS migrerer raskt til overflaten av polymerer, kan det ikke utøve langvarige antistatiske effekter som etoksylert alkylamin eller etoksylert alkylamin.
Opptil 75 % flytende eller lavsmeltende etoksylerte alkylgrupper og polymerer kan blandes for å danne konsentrert masterbatch. Disse masterbatchene er frittflytende sfæriske produkter som er enkle å transportere, samtidig som de lett spres under blanding. Fordelene med etoksylert alkylamin masterbatch kan oppsummeres som følger:
(1) God dispergerbarhet, med tilsetning av forhåndsdispergerte aktive materialer.
(2) Et lite kuleformet produkt med god transportbarhet og fri flyt, lett å måle og blande.
(3) God prosessytelse, med mindre skruglidning i ekstruderen.
Valget og doseringen av antistatiske midler avhenger av egenskapene til polymeren, prosesseringsmetoder, prosessforhold, typer og mengder av andre tilsetningsstoffer, relativ fuktighet og den endelige bruken av polymeren. Tiden som kreves for å oppnå tilstrekkelig antistatisk effekt varierer, og hastigheten og varigheten av antistatisk beskyttelse kan økes ved å øke konsentrasjonen av det antistatiske middelet. Imidlertid kan overdreven bruk av antistatiske midler føre til en glatt overflate på sluttproduktet, noe som kan skade utskrifts- eller limytelsen. Ubehandlede uorganiske fyllstoffer og pigmenter kan adsorbere antistatiske midler på overflaten, og reduserer dermed effektiviteten til antistatiske midler. Dette fenomenet kan kompenseres for ved å øke mengden antistatisk middel som brukes. Imidlertid, for produkter som kommer i kontakt med mat, må mengden av antistatiske midler som tilsettes samsvare med forskriftene til Federal Food and Drug Administration (se Federal Regulations Code, 21 (21CFR)). (Code of Federal Regulations, Title21 (21CFR)).
Når du bruker polyetylen, bør valget av etoksylert alkylamin-antistatisk middel vurdere deres fysiske form, som pasta, væske, små partikler eller faste stoffer. Hvis etoksylert talgamin ikke kan behandles på grunn av sin pastalignende natur, kan flytende etoksylert oleamin brukes. Under høytemperaturbehandlingsforhold (over 180 grader), kan etoksylert stearftalamin velges. Hvis hurtigvirkende antistatisk effekt er nødvendig, kan etoksylert laurylamin velges. Problemene du bør vurdere når du bruker polypropylen er lik de når du bruker polyetylen. Uavhengig av hvilken type harpiks som brukes, må det tas hensyn til de regulatoriske grensene til Federal Food and Drug Administration for ulike bruksområder. Når det brukes til styrenbaserte polymerer, anbefales det å velge etoksylert kokosnøttamin eller en av dets passende masterbatcher.
Blanding og bearbeiding
Generelt blandes antistatiske midler med pigmenter og andre tilsetningsstoffer i en mikser eller ekstruder. Rent teknisk sett har rene antistatiske midler, slik som etoksylert alkylamin, en annen fordel, som er at de kan smelte under flytende sprøytestøping, og dermed fungere som dispergeringsmidler for pigmentmasterbatch. Antistatisk agent masterbatch kan legges direkte til det endelige prosessutstyret. Effekten av interne antistatiske midler er nært knyttet til produksjons- og prosessforholdene til sluttproduktet. For eksempel avhenger den antistatiske ytelsen til sprøytestøpte produkter av temperaturen på formen. Vanligvis, når temperaturen på formen er lav, migrerer det antistatiske midlet raskt, og forbedrer dermed den antistatiske ytelsen.
Det er to testmetoder for å evaluere effektiviteten til antistatiske midler: overflatemotstandsmetode (rate) og elektrostatisk nedbrytningsmetode; Begge metodene er mye brukt.
I henhold til definisjonen av ASTMD257-78 er overflateresistiviteten til et materiale forholdet mellom potensialgradienten og strømmen som går gjennom enhetsbredden til materialoverflaten, som vanligvis er relatert til den geometriske formen til prøven. Plasser to elektroder på samme side av plastprøveoverflaten og tilfør likestrøm til elektrodene; Mål strømmen som går gjennom prøven og beregn motstanden; Representer deretter måleresultatene av overflateresistivitet i ohm.
I henhold til definisjonen av Federal Test Method 4046, refererer elektrostatisk henfall til utladningshastigheten til induserte ladninger. Plasser prøven (vanligvis en tynn plate eller film) mellom to elektroder, med en avstand på flere millimeter mellom elektrodene og overflaten av prøven. Den ene elektroden er koblet til strømforsyningen, og den andre elektroden er koblet til amperemeteret og opptakeren. Den elektriske feltendringen forårsaket av ladningen indusert av en elektrode på prøveoverflaten måles av den andre elektroden. Antistatiske prøver vil vise henfall av induserte ladninger. Halveringstiden for forfall (i sekunder) er tiden det tar før en ladning forfaller til halvparten fra den opprinnelige verdien.
En annen mye brukt standard testmetode i industrien er den amerikanske standarden, som brukes til pakking av elektroniske produkter. Valget av riktig metode avhenger av den endelige bruken av plasten som må testes.
Den elektriske resistiviteten til selve plasten er 1014 ohm. Ved tilsetning av antistatiske midler i henhold til mengden vist i tabell A, kan den elektriske resistiviteten reduseres til 1013 til 109 ohm. Hvis vi ønsker å redusere resistiviteten ytterligere, kan vi bare stole på å forbedre ledningsevnen, for eksempel å bruke ledende sot.
Antistatisk emballasjeteknologi utvikles for å understreke miljøhensyn. Det mye brukte etoksylerte alkylaminet er nå pakket i gjenbrukbare bulkbeholdere. Leverandører har en tendens til å produsere antistatiske midler med høyere konsentrasjon, som kan fortynnes i henhold til behandlingsbehov etter å ha blitt levert til brukerne. Hensikten med dette er å redusere kostnadene ved behandling av fast avfall. Ved å utvikle antistatiske midler med høy konsentrasjon, kan produsenter sende flere antistatiske midler på en gang og redusere antall emballasjebeholdere som må håndteres av brukerne.
Teknisk sett dreier mye forskning og utviklingsarbeid fortsatt rundt emballasjemarkedet for elektroniske produkter. Etoksylert laurylamid, ofte sett på som et aminfritt antistatisk middel, brukes ofte i dette området. Mengden etoksylert laurylamin som brukes til blåsestøping av LDPE- og LLDPE-filmer øker også, da dens antistatiske effekt også er bedre under forhold med lav luftfuktighet. Konsentratet og masterbatchen til dette produktet kan også kjøpes. Etoksylert stearoftalamin (som inneholder fullstendig mettede 18 karbon alkylkjeder) har blitt brukt i produksjonen av biaksialt orienterte polypropylenfilmer. I denne produksjonsprosessen krever høye prosesstemperaturer antistatiske midler for å ha høy termisk stabilitet.