När två fasta ämnen med olika fysiska tillstånd kommer i kontakt och gnider mot varandra, genomgår deras respektive ytor laddningsomfördelning. Efter återseparering kommer varje fast yta att bära ett överskott av positiv (eller negativ) laddning jämfört med före kontakt, vilket kallas statisk elektricitet. För att karakterisera konduktiviteten hos ett material används begreppet resistivitet. Volymresistivitet är förhållandet mellan potentialgradienten parallell med strömriktningen på materialytan och strömmen per breddenhet på ytan. I allmänhet är polymerer högisolerande material med hög elektrisk resistivitet, så när de väl är laddade är det svårt att eliminera dem. I det dagliga livet, när man går på ett plastgolv, kan friktionen mellan skosulan och golvet göra människokroppen laddad. I svåra fall, om handen kommer i kontakt med ett dörrhandtag eller föremål, kan det också ge utsläpp, vilket orsakar en stickande känsla; En elektrisk stötolycka inträffar under medicinsk operation. I den elektroniska industrin kan mänsklig elektrifiering lätt bryta igenom kretsar och orsaka skada på integrerade kretsar; Textilindustrin orsakar fiberaggregation och så vidare.
Det finns två metoder för att eliminera statisk elektricitet i polymerer
(1) Lägg till ledande fyllmedel, såsom metall, kolfiber och kol. Denna metod kräver en stor mängd fyllmedel. Den plötsliga minskningen av konduktiviteten hos fyllmedlet måste nå en viss procent för att uppnå antistatisk effekt. Färgen och kvaliteten på produkter med en stor mängd tillsatser kommer att vara mycket begränsade. Till exempel ändras konduktiviteten hos kimröksfylld PP endast avsevärt när procentandelen når 15 %. Vid denna tidpunkt kan materialets färg inte längre uppfylla kraven för flera och vackra material. Metallfyllmedel ökar kvaliteten på materialen. Metallfiberfyllmedel har låg kvalitet men är benägna att gå sönder och oxidera under bearbetningen, vilket gör dem dyrare.
(2) Lägga till antistatiska medel för att aktivera ytan och förbättra ytkonduktiviteten: 1. Ytbelagda antistatiska medel har låg hållbarhet och går lätt förlorade på grund av friktion och tvätt, vilket endast ger tillfälliga eller kortvariga antistatiska effekter. 2. Blandade antistatiska medel har hög hållbarhet, men kräver höga krav på antistatiska medel.
Antistatiskt medel
Generering av statisk elektricitet på plastytor kan orsaka olika problem, som att hindra produktionen, gnistor som orsakar explosioner och skador på integrerade kretsar i elektroniska enheter. Den allmänna metoden för att avlägsna statisk elektricitet är att använda ytaktiva ämnen, såsom antistatiska medel, för att minska polymerernas ytmotstånd. På grund av hygroskopiciteten hos sådana tillsatser absorberar de fukt från atmosfären på polymerens yta och bildar en tunn ledande film som snabbt eliminerar statisk elektricitet. Vatten spelar en viktig roll i denna process. Med ökningen av luftfuktigheten förbättras också polymerens ytledningsförmåga, vilket orsakar snabb förlust av statisk laddning och ger god antistatisk prestanda.
Enligt olika användningsområden finns det två typer av ytaktiva antistatiska medel, nämligen externa och interna. Externa eller lokala antistatiska medel appliceras på ytan av polymerer genom sprayning, avtorkning eller impregnering. Även om detta externa antistatiska medel är lämpligt för olika polymerer, är dess effektivitet bara tillfällig, och det är lätt att förlora det efter kontakt med lösningsmedel eller friktion med andra ämnen. Interna antistatiska medel tillsätts under polymerbearbetning. Denna typ av ytaktivt antistatiskt medel kan komplettera den antistatiska funktionen som har eroderats på grund av hanteringen. Effekten av detta interna antistatiska medel beror på frostsprutning. Betydelsen av frostsprutning avser här den process där det inre antistatiska medlet som tillsätts till hartset delvis migrerar till polymerens yta. Därför har interna antistatiska medel en långvarig antistatisk skyddseffekt.
Ytaktiva antistatiska medel kan delas in i katjoniska, anjoniska och nonjoniska typer.
Katjoniska antistatiska medel är vanligtvis långkedjiga alkylkvartära ammonium-, fosfor- eller blysalter, med klorider som jämviktsjoner. De fungerar bra i polära matriser som stela polyvinylklorid och styrenbaserade polymerer, men har en negativ inverkan på deras termiska stabilitet. Denna typ av antistatiska medel är vanligtvis inte tillåtet att användas i föremål som kommer i kontakt med livsmedel; Och den antistatiska effekten är bara 1/5 till 1/10 av den hos interna antistatiska medel som etoxylerade aminer.
Anjoniska antistatiska medel är vanligtvis alkalimetallsalter av alkylsulfonsyra, fosforsyra eller ditiokarbamat, och används huvudsakligen i polyvinylklorid- och styrenhartser; Deras appliceringseffekt i polyolefinhartser liknar den hos katjoniska antistatiska medel. Natriumalkylsulfonat har använts i stor utsträckning i styrenbaserade hartser, polyvinylklorid, polyetylentereftalat och polykarbonat som ett anjoniskt antistatiskt medel.
Icke-joniska antistatiska medel såsom etoxylerade alifatiska alkylaminer representerar den största klassen av antistatiska medel. De används ofta i polyeten, polypropen, ABS och andra styrenbaserade polymerer. Det finns flera etoxylerade alkylaminer som för närvarande produceras och säljs, med skillnaden är längden på alkylkedjan och graden av omättnad. Etoxialkylamin är ett mycket effektivt antistatiskt medel, även under förhållanden med låg relativ luftfuktighet, och är effektivt under lång tid. Denna typ av antistatiska medel har godkänts av Federal Food and Drug Administration för användning i föremål som kommer i indirekt kontakt med livsmedel. Andra kommersiellt värdefulla nonjoniska antistatiska medel inkluderar etoxylerad alkylamin, såsom etoxylerad lauroylamin och glycerolmonostearat (GMS). Etoxylaurylamin är lämplig för polyeten och polypropen som används i miljöer med låg luftfuktighet och kräver snabba och långvariga antistatiska funktioner. GMS antistatiska medel beaktas endast för elektrostatiskt skydd under bearbetningen. Även om GMS migrerar snabbt till ytan av polymerer, kan det inte utöva långvariga antistatiska effekter som etoxylerad alkylamin eller etoxylerad alkylamin.
Upp till 75 % etoxylerade alkylgrupper och polymerer i flytande eller låg smältpunkt kan blandas för att bilda en koncentrerad masterbatch. Dessa masterbatches är fritt flytande sfäriska produkter som är lätta att transportera, samtidigt som de lätt sprids under blandning. Fördelarna med etoxylerad alkylamin masterbatch kan sammanfattas enligt följande:
(1) God dispergerbarhet, med tillsats av fördispergerade aktiva material.
(2) En liten bollformad produkt med god transportbarhet och fritt flöde, lätt att mäta och blanda.
(3) Bra bearbetningsprestanda, med mindre skruvglidning i extrudern.
Valet och doseringen av antistatiska medel beror på polymerens egenskaper, bearbetningsmetoder, bearbetningsförhållanden, typer och kvantiteter av andra tillsatser, relativ fuktighet och den slutliga användningen av polymeren. Den tid som krävs för att erhålla tillräcklig antistatisk effekt varierar, och hastigheten och varaktigheten av antistatiskt skydd kan ökas genom att öka koncentrationen av det antistatiska medlet. Däremot kan överdriven användning av antistatiska medel resultera i en hal yta på slutprodukten, vilket kan skada utskrifts- eller limningsprestandan. Obehandlade oorganiska fyllmedel och pigment kan adsorbera antistatiska medel på sina ytor och därigenom minska effektiviteten hos antistatiska medel. Detta fenomen kan kompenseras genom att öka mängden antistatiskt medel som används. För produkter som kommer i kontakt med livsmedel måste dock mängden antistatiska medel som tillsätts följa bestämmelserna från Federal Food and Drug Administration (se Federal Regulations Code, 21 (21CFR)). (Code of Federal Regulations, Title21 (21CFR)).
När du använder polyeten bör valet av etoxylerat alkylamin antistatiskt medel beakta deras fysiska form, såsom pasta, vätska, små partiklar eller fasta partiklar. Om etoxylerad talgamin inte kan behandlas på grund av dess pastaliknande natur, kan flytande etoxylerad oleamin användas. Under bearbetningsförhållanden vid hög temperatur (över 180 grader) kan etoxylerad stearftalamin väljas. Om snabbverkande antistatisk effekt krävs kan etoxylerad laurylamin väljas. Problemen att tänka på när du använder polypropen liknar dem när du använder polyeten. Oavsett vilken typ av harts som används måste hänsyn tas till de regulatoriska gränserna för Federal Food and Drug Administration för olika användningsområden. När det används för styrenbaserade polymerer, rekommenderas det att välja etoxylerad kokosnötsamin eller en av dess lämpliga masterbatches.
Blandning och bearbetning
I allmänhet blandas antistatiska medel med pigment och andra tillsatser i en mixer eller extruder. Rent tekniskt har rena antistatiska medel, såsom etoxylerad alkylamin, en annan fördel, som är att de kan smälta under vätskeformsprutning och därigenom fungera som dispergeringsmedel för pigmentförråd. Antistatiskt medel masterbatch kan läggas direkt till den slutliga bearbetningsutrustningen. Effekten av interna antistatiska medel är nära relaterad till produktions- och bearbetningsförhållandena för slutprodukten. Till exempel beror den antistatiska prestandan hos formsprutade produkter på formens temperatur. Vanligtvis, när temperaturen på formen är låg, migrerar det antistatiska medlet snabbt, vilket förbättrar den antistatiska prestandan.
Det finns två testmetoder för att utvärdera effektiviteten av antistatiska medel: ytresistans (hastighet) metod och elektrostatisk sönderfallsmetod; Båda metoderna används flitigt.
Enligt definitionen av ASTMD257-78 är ytresistiviteten hos ett material förhållandet mellan potentialgradienten och strömmen som passerar genom enhetsbredden på materialytan, vilket i allmänhet är relaterat till provets geometriska form. Placera två elektroder på samma sida av plastprovytan och applicera likström på elektroderna; Mät strömmen som passerar genom provet och beräkna resistansen; Representera sedan mätresultaten för ytresistiviteten i ohm.
Enligt definitionen av Federal Test Method 4046 avser elektrostatiskt sönderfall urladdningshastigheten för inducerade laddningar. Placera provet (vanligtvis en tunn platta eller film) mellan två elektroder, med ett avstånd på flera millimeter mellan elektroderna och provets yta. En elektrod är ansluten till strömförsörjningen och den andra elektroden är ansluten till amperemetern och brännaren. Den elektriska fältförändringen som orsakas av laddningen som induceras av en elektrod på provytan mäts av den andra elektroden. Antistatiska prover kommer att uppvisa sönderfall av inducerade laddningar. Halveringstiden för sönderfall (i sekunder) är den tid det tar för en laddning att sjunka till hälften från dess initiala värde.
En annan allmänt använd standardtestmetod inom industrin är den amerikanska standarden, som används för förpackning av elektroniska produkter. Valet av lämplig metod beror på den slutliga användningen av plasten som måste testas.
Den elektriska resistiviteten för själva plasten är 1014 ohm. När antistatiska medel tillsätts enligt mängden som visas i Tabell A, kan den elektriska resistiviteten minska till 1013 till 109 ohm. Om vi vill minska resistiviteten ytterligare kan vi bara lita på att förbättra konduktiviteten, som att använda ledande kimrök.
Antistatisk förpackningsteknik utvecklas för att betona miljöhänsyn. Den allmänt använda etoxylerade alkylaminen är nu förpackad i återanvändbara bulkbehållare. Leverantörer tenderar att producera antistatiska medel med högre koncentration, som kan spädas ut efter bearbetningsbehov efter att ha levererats till användarna. Syftet med detta är att minska kostnaderna för behandling av fast avfall. Genom att utveckla antistatiska medel med hög koncentration kan tillverkare skicka fler antistatiska medel på en gång och minska antalet förpackningsbehållare som behöver hanteras av användarna.
Tekniskt sett kretsar fortfarande mycket forsknings- och utvecklingsarbete kring förpackningsmarknaden för elektroniska produkter. Etoxylerad laurylamid, vanligen ses som ett aminfritt antistatiskt medel, används ofta inom detta område. Mängden etoxylerad laurylamin som används vid formblåsning av LDPE- och LLDPE-filmer ökar också, eftersom dess antistatiska effekt också är bättre under förhållanden med låg luftfuktighet. Koncentratet och masterbatchen av denna produkt kan också köpas. Etoxylerad stearoftalamin (innehållande helt mättade alkylkedjor med 18 kol) har använts vid framställning av biaxiellt orienterade polypropenfilmer. I denna produktionsprocess kräver höga bearbetningstemperaturer antistatiska medel för att ha hög termisk stabilitet.