Kad divas cietas vielas ar dažādiem agregātstāvokļiem saskaras un berzē viena pret otru, to attiecīgajās virsmās notiek lādiņa pārdalīšanās. Pēc atkārtotas atdalīšanas katrai cietajai virsmai būs lielāks pozitīvs (vai negatīvs) lādiņš, salīdzinot ar pirms kontakta, ko sauc par statisko elektrību. Lai raksturotu materiāla vadītspēju, tiek izmantots pretestības jēdziens. Tilpuma pretestība ir potenciālā gradienta, kas paralēli strāvas virzienam uz materiāla virsmas, attiecība pret strāvu uz virsmas platuma vienību. Parasti polimēri ir augstas izolācijas materiāli ar augstu elektrisko pretestību, tāpēc, kad tie ir uzlādēti, tos ir grūti likvidēt. Ikdienā, ejot pa plastmasas grīdu, berze starp apavu zoli un grīdu var padarīt cilvēka ķermeni uzlādētu. Smagos gadījumos, ja roka saskaras ar durvju rokturi vai priekšmetu, tā var izraisīt arī izdalīšanos, izraisot tirpšanas sajūtu; Medicīniskās operācijas laikā notiek elektriskās strāvas trieciena negadījums. Elektroniskajā rūpniecībā cilvēku elektrifikācija var viegli izlauzties cauri ķēdēm, izraisot integrālo shēmu bojājumus; Tekstilrūpniecība izraisa šķiedru agregāciju un tā tālāk.
Ir divas metodes statiskās elektrības novēršanai polimēros
(1) Pievienojiet vadošas pildvielas, piemēram, metālu, oglekļa šķiedru un oglekli. Šī metode prasa lielu pildvielas daudzumu. Pēkšņam pildvielas vadītspējas samazinājumam jāsasniedz noteikts procents, lai panāktu antistatisko efektu. Produktu krāsa un kvalitāte ar lielu piedevu daudzumu būs ievērojami ierobežota. Piemēram, ar ogļu pildīta PP vadītspēja būtiski mainās tikai tad, kad procentuālā daļa sasniedz 15%. Šajā laikā materiāla krāsa vairs nevar atbilst vairāku un skaistu materiālu prasībām. Metāla pildvielas paaugstina materiālu kvalitāti. Metāla šķiedru pildvielām ir zema kvalitāte, taču apstrādes laikā tās var salūzt un oksidēties, padarot tās dārgākas.
(2) Antistatisku līdzekļu pievienošana, lai aktivizētu virsmu un uzlabotu virsmas vadītspēju: 1. Antistatiskajiem līdzekļiem ar virsmas pārklājumu ir zema izturība un tie viegli pazūd berzes un mazgāšanas dēļ, nodrošinot tikai īslaicīgu vai īslaicīgu antistatisku efektu. 2. Jauktajiem antistatiskiem līdzekļiem ir augsta izturība, taču tiem ir nepieciešamas augstas prasības antistatiskiem līdzekļiem.
Antistatisks līdzeklis
Statiskās elektrības rašanās uz plastmasas virsmām var radīt dažādas problēmas, piemēram, kavēt ražošanu, izraisīt sprādzienus dzirksteles un sabojāt elektronisko ierīču integrālās shēmas. Vispārējā statiskās elektrības noņemšanas metode ir virsmaktīvās vielas, piemēram, antistatiskās vielas, lai samazinātu polimēru virsmas pretestību. Tā kā šādas piedevas ir higroskopiskas, tās absorbē mitrumu no atmosfēras uz polimēra virsmas, veidojot plānu vadošu plēvi, kas ātri novērš statisko elektrību. Ūdenim šajā procesā ir svarīga loma. Palielinoties atmosfēras mitrumam, uzlabojas arī polimēra virsmas vadītspēja, izraisot strauju statiskā lādiņa zudumu un labu antistatisko veiktspēju.
Atbilstoši dažādiem lietojumiem ir divu veidu virsmaktīvās antistatiskās vielas, proti, ārējie un iekšējie. Ārējus vai lokālus antistatiskus līdzekļus uzklāj uz polimēru virsmas, izsmidzinot, noslaukot vai impregnējot. Lai gan šis ārējais antistatiskais līdzeklis ir piemērots dažādiem polimēriem, tā efektivitāte ir tikai īslaicīga, un to var viegli zaudēt pēc saskares ar šķīdinātājiem vai berzes ar citām vielām. Polimēru apstrādes laikā tiek pievienoti iekšējie antistatiski līdzekļi. Šāda veida virsmaktīvās antistatiskās vielas var papildināt antistatisko funkciju, kas ir sabojāta apstrādes dēļ. Šī iekšējā antistatiskā līdzekļa iedarbība ir atkarīga no sala izsmidzināšanas. Smidzināšanas ar salnu nozīme šeit attiecas uz procesu, kurā iekšējais antistatiskais līdzeklis, kas pievienots sveķiem, daļēji migrē uz polimēra virsmu. Tāpēc iekšējiem antistatiskiem līdzekļiem ir ilgstoša antistatiskā aizsardzība.
Virsmas aktīvās antistatiskās vielas var iedalīt katjonu, anjonu un nejonu veidos.
Katjonu antistatiski līdzekļi parasti ir garas ķēdes alkilkvartārais amonija, fosfora vai svina sāļi ar hlorīdiem kā līdzsvara joniem. Tie labi darbojas polārās matricās, piemēram, cietos polivinilhlorīda un stirola polimēros, taču tiem ir negatīva ietekme uz to termisko stabilitāti. Šāda veida antistatiskos līdzekļus parasti nav atļauts izmantot priekšmetos, kas saskaras ar pārtiku; Un antistatiskais efekts ir tikai 1/5 līdz 1/10 no iekšējo antistatisko līdzekļu, piemēram, etoksilēto amīnu, efekta.
Anjonu antistatiski līdzekļi parasti ir alkilsulfonskābes, fosforskābes vai ditiokarbamāta sārmu metālu sāļi, un tos galvenokārt izmanto polivinilhlorīda un stirola sveķos; To pielietošanas efekts poliolefīna sveķos ir līdzīgs katjonu antistatisko līdzekļu iedarbībai. Nātrija alkilsulfonāts ir plaši izmantots stirola sveķos, polivinilhlorīds, polietilēntereftalāts un polikarbonāts kā anjonu antistatisks līdzeklis.
Nejonu antistatiskie līdzekļi, piemēram, etoksilētie alifātiskie alkilamīni, ir lielākā antistatisko līdzekļu klase. Tos plaši izmanto polietilēnā, polipropilēnā, ABS un citos polimēros uz stirola bāzes. Pašlaik tiek ražoti un pārdoti vairāki etoksilēti alkilamīni, kuru atšķirība ir alkilķēdes garums un nepiesātinājuma pakāpe. Etoksialkilamīns ir ļoti efektīvs antistatisks līdzeklis pat zema relatīvā mitruma apstākļos un ir efektīvs ilgu laiku. Šo antistatisko līdzekļu veidu ir apstiprinājusi Federālā pārtikas un zāļu pārvalde lietošanai priekšmetos, kas nonāk netiešā saskarē ar pārtiku. Citi komerciāli vērtīgi nejonu antistatiskie līdzekļi ietver etoksilēto alkilamīnu, piemēram, etoksilētu lauroilamīnu un glicerīna monostearātu (GMS). Etoksilaurilamīns ir piemērots polietilēnam un polipropilēnam, ko izmanto vidē ar zemu mitruma līmeni, un tam ir nepieciešamas ātras un ilgstošas antistatiskas funkcijas. GMS antistatiskie līdzekļi ir paredzēti tikai elektrostatiskajai aizsardzībai apstrādes laikā. Lai gan GMS ātri migrē uz polimēru virsmu, tai nevar būt ilgstoša antistatiska iedarbība, piemēram, etoksilētais alkilamīns vai etoksilētais alkilamīns.
Līdz 75% šķidru vai zemas kušanas temperatūras etoksilēto alkilgrupu un polimēru var sajaukt, veidojot koncentrētu galveno maisījumu. Šīs galvenās partijas ir brīvi plūstoši sfēriski izstrādājumi, kurus ir viegli transportēt, savukārt maisīšanas laikā tie ir viegli izkliedējami. Etoksilēta alkilamīna galvenā maisījuma priekšrocības var apkopot šādi:
(1) Laba disperģējamība, pievienojot iepriekš izkliedētas aktīvās vielas.
(2) Neliels lodveida izstrādājums ar labu transportējamību un brīvu plūsmu, viegli izmērāms un samaisāms.
(3) Laba apstrādes veiktspēja, ar mazāku skrūvju slīdēšanu ekstrūderī.
Antistatisko līdzekļu izvēle un dozēšana ir atkarīga no polimēra īpašībām, apstrādes metodēm, apstrādes apstākļiem, citu piedevu veidiem un daudzumiem, relatīvā mitruma un polimēra galīgā lietojuma. Laiks, kas nepieciešams, lai iegūtu pietiekamu antistatisko efektu, ir atšķirīgs, un antistatiskās aizsardzības ātrumu un ilgumu var palielināt, palielinot antistatiskā līdzekļa koncentrāciju. Tomēr pārmērīga antistatisko līdzekļu izmantošana var radīt slidenu gala produkta virsmu, kas var sabojāt drukāšanas vai līmēšanas veiktspēju. Neapstrādāti neorganiskie pildvielas un pigmenti var adsorbēt antistatisko vielu molekulas uz to virsmām, tādējādi samazinot antistatisko līdzekļu efektivitāti. Šo parādību var kompensēt, palielinot izmantotā antistatiskā līdzekļa daudzumu. Tomēr produktiem, kas nonāk saskarē ar pārtiku, pievienoto antistatisko līdzekļu daudzumam jāatbilst Federālās pārtikas un zāļu pārvaldes noteikumiem (sk. Federālo noteikumu kodeksu, 21 (21CFR)). (Federālo noteikumu kodekss, Title21 (21CFR)).
Lietojot polietilēnu, izvēloties etoksilēto alkilamīna antistatisko līdzekli, jāņem vērā to fiziskā forma, piemēram, pasta, šķidrums, mazas daļiņas vai cieta viela. Ja etoksilēto tauku amīnu nevar apstrādāt, jo tas ir līdzīgs pastai, var izmantot šķidru etoksilēto oleamīnu. Augstas temperatūras apstrādes apstākļos (virs 180 grādiem) var izvēlēties etoksilēto stearftalamīnu. Ja nepieciešama ātras darbības antistatiska iedarbība, var izvēlēties etoksilēto laurilamīnu. Problēmas, kas jāņem vērā, lietojot polipropilēnu, ir līdzīgas tām, kas jāņem vērā, izmantojot polietilēnu. Neatkarīgi no izmantotā sveķu veida ir jāņem vērā Federālās pārtikas un zāļu pārvaldes normatīvie ierobežojumi dažādiem lietojumiem. Lietojot polimēriem, kuru pamatā ir stirols, ieteicams izvēlēties etoksilēto kokosriekstu amīnu vai kādu no tā atbilstošām pamatsatikām.
Sajaukšana un apstrāde
Parasti antistatiskos līdzekļus sajauc ar pigmentiem un citām piedevām maisītājā vai ekstrūderī. Tehniski runājot, tīriem antistatiskiem līdzekļiem, piemēram, etoksilētam alkilamīnam, ir vēl viena priekšrocība, proti, tie var izkausēt šķidruma iesmidzināšanas formēšanas laikā, tādējādi darbojoties kā pigmenta pamatsavienojuma disperģētāji. Antistatiskā līdzekļa pamatsavienojumu var tieši pievienot gala apstrādes iekārtai. Iekšējo antistatisko līdzekļu iedarbība ir cieši saistīta ar galaprodukta ražošanas un apstrādes apstākļiem. Piemēram, iesmidzināšanas veidņu izstrādājumu antistatiskā veiktspēja ir atkarīga no veidnes temperatūras. Parasti, ja veidnes temperatūra ir zema, antistatiskais līdzeklis ātri migrē, tādējādi uzlabojot antistatisko veiktspēju.
Antistatisko līdzekļu efektivitātes novērtēšanai ir divas testēšanas metodes: virsmas pretestības (ātruma) metode un elektrostatiskās sabrukšanas metode; Abas metodes tiek plaši izmantotas.
Saskaņā ar ASTMD257-78 definīciju materiāla virsmas pretestība ir potenciālā gradienta attiecība pret strāvu, kas iet caur materiāla virsmas platuma vienību, kas parasti ir saistīta ar parauga ģeometrisko formu. Novietojiet divus elektrodus vienā plastmasas parauga virsmas pusē un pievienojiet elektrodiem līdzstrāvu; Izmēra strāvu, kas iet caur paraugu, un aprēķina pretestību; Pēc tam attēlojiet virsmas pretestības mērījumu rezultātus omos.
Saskaņā ar Federālās pārbaudes metodes 4046 definīciju elektrostatiskā samazināšanās attiecas uz inducēto lādiņu izlādes ātrumu. Novietojiet paraugu (parasti plānu plāksni vai plēvi) starp diviem elektrodiem ar vairāku milimetru attālumu starp elektrodiem un parauga virsmu. Viens elektrods ir pievienots barošanas avotam, bet otrs elektrods ir pievienots ampērmetram un reģistratoram. Elektriskā lauka izmaiņas, ko izraisa viena elektroda inducētais lādiņš uz parauga virsmas, mēra ar otru elektrodu. Antistatiskie paraugi uzrādīs izraisīto lādiņu samazināšanos. Sabrukšanas pusperiods (sekundēs) ir laiks, kas nepieciešams, lai lādiņš samazinās uz pusi no sākotnējās vērtības.
Vēl viena rūpniecībā plaši izmantotā standarta testēšanas metode ir amerikāņu standarts, ko izmanto elektronisko izstrādājumu iepakošanai. Atbilstošās metodes izvēle ir atkarīga no pārbaudāmās plastmasas galīgā lietojuma.
Pašas plastmasas elektriskā pretestība ir 1014 omi. Pievienojot antistatiskos līdzekļus atbilstoši A tabulā norādītajam daudzumam, elektriskā pretestība var samazināties līdz 1013 līdz 109 omiem. Ja mēs vēlamies vēl vairāk samazināt pretestību, mēs varam paļauties tikai uz vadītspējas uzlabošanu, piemēram, izmantojot vadošu ogļu.
Antistatiskā iepakojuma tehnoloģija tiek izstrādāta, lai uzsvērtu vides problēmas. Plaši izmantotais etoksilētais alkilamīns tagad ir iepakots atkārtoti lietojamos lielapjoma konteineros. Piegādātāji mēdz ražot antistatiskus līdzekļus ar augstāku koncentrāciju, ko pēc piegādes lietotājiem var atšķaidīt atbilstoši apstrādes vajadzībām. Tā mērķis ir samazināt cieto atkritumu apstrādes izmaksas. Izstrādājot augstas koncentrācijas antistatiskos līdzekļus, ražotāji var vienlaikus piegādāt vairāk antistatisko līdzekļu un samazināt iepakojuma konteineru skaitu, ar kuriem jārīkojas lietotājiem.
Tehniski runājot, liels pētniecības un izstrādes darbs joprojām ir saistīts ar elektronisko izstrādājumu iepakojuma tirgu. Šajā jomā parasti izmanto etoksilētu laurilamīdu, ko parasti uzskata par antistatisku līdzekli, kas nesatur amīnus. Palielinās arī LDPE un LLDPE plēvju izpūšanā izmantotā etoksilētā laurilamīna daudzums, jo tā antistatiskā iedarbība ir labāka arī zema mitruma apstākļos. Var iegādāties arī šī produkta koncentrātu un galveno maisījumu. Etoksilētais stearoftalamīns (satur pilnībā piesātinātas 18 oglekļa alkilķēdes) ir izmantots biaksiāli orientētu polipropilēna plēvju ražošanā. Šajā ražošanas procesā augstās apstrādes temperatūrās ir nepieciešami antistatiski līdzekļi, lai tiem būtu augsta termiskā stabilitāte.