Антистатики| Антистатики |
|
Антистатики понижают статическую электроизоляцию полимерных материалов (тканей, волокон, пленок, пластмасс и пр.) в результате повышения их электрической проводимости, обусловливающей утечку зарядов. В качестве антистатиков применяют высокодисперсные электропроводящие вещества, например, сажу, графит, оксиды металлов, некоторые полимеры, например, полиакриловую кислоту, полиакриламид, различные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Антистатики наносят на поверхность изделий из разбавленных (0,1-4 %-ных) растворов или дисперсий, либо вводят в состав материала. Большинство полимеров является диэлектриками и имеет склонность накапливать на поверхности электростатические заряды, которые образуются при переработке полимеров в изделия. Способность вещества накапливать поверхностные заряды определяется величиной удельного поверхностного сопротивления. Для того чтобы предотвратить накопление электростатических зарядов на поверхности изделий из ПМ, применяются антистатики, которые делятся на две большие группы: внутренние и наружные. Наружные антистатики наносятся на поверхность изделия. Они быстро уносятся с поверхности, тем самым требуя постоянного обновления покрытия. Все промышленно используемые внутренние антистатики представляют собой мигрирующие на поверхность добавки, которые, в свою очередь, подразделяются на 3 типа: анионные, катионные и неионогенные. Ионные антистатики используются в основном для полярных полимеров, таких как ПВХ. Их не рекомендуется применять в полиолефинах из-за низкой термостабильности. Неионные антистатики — это органические соединения дифильной структуры (содержащие в молекуле и гидрофобные, и гидрофильные части). Эти соединения мигрируют на поверхность и, образуя водородные связи с атмосферной влагой, создают тончайший слой воды на поверхности изделия, по которому стекают заряды, образующиеся при переработке полимеров в изделия. Таким образом, свойства антистатиков этого типа в значительной степени зависят от атмосферной влажности. В качестве внутренних антистатиков также могут применяться проводящие неорганические наполнители, например сажа, порошки металлов или углеродные волокна. Относительно недавно на рынке появились полимерные антистатики постоянного действия на основе РЕВА (блок сополимер полиэфира и полиамида), свойства которых не зависят от влажности. Эти антистатики образуют электро-проводящие мостики аналогично цепочкам сажи, поэтому требуется значительный процент введения этих соединений (10-20 %). Из-за дороговизны их рекомендуется применять для изделий, которым необходима постоянная и длительная защита от статического электричества. Преимущества этих антистатиков следующее:
Типы антистатиковВ качестве антистатиков может использоваться широкий спектр соединений:
При реакции глицерина с высшими жирными кислотами получают моно-, ди- и тризамещённые эфиры. Монозамещённые эфиры находят применение в качестве антистатиков. Данные соединения теплостойки (до 300 °С) и разрешены к применению в пищевой упаковке при любом количестве в плёнке, но они менее эффективны, чем этоксилированные амины и диэтаноламиды при использовании в полиолефинах. Антистатики этого типа действуют в течение 1-2 мес., что вполне удовлетворяет сроку службы большинства упаковочных плёнок. Этоксилированные аминыАнтистатики такого типа представляют собой третичные этоксилированные амины высших жирных кислот. Свойства антистатиков во многом зависят от исходного сырья; чем длиннее углеводородный радикал, тем медленнее антистатик мигрирует на поверхность изделия. Амины имеют ограничения к применению в пищевой упаковке. Амины менее термостабильны, чем GMS, и обладают раздражающим эффектом. Аминные антистатики более эффективны, чем GMS, и подходят для применения в условиях низкой влажности — 30-50 %. Аминные антистатики не могут быть использованы в упаковке электронных плат, так как взаимодействуют с поликарбонатами и вызывают образование крейзов (микротрещин). Этоксилированные амины считаются наиболее эффективными антистатиками для ПЭВП.ДиэтаноламидыДиэтаноламиды похожи по строению на этоксилированные амины, только к атому азота присоединена карбонильная группа, изменяющая полярность молекулы. Свойства таких антистатиков также зависят от длины углеводородного радикала. Проведённые исследования показывают, что диэтаноламиды не вызывают растрескивания изделий из поликарбоната. Некоторые типы диэтаноламидов работают даже при очень низкой влажности (до 12 %) и удовлетворяют очень жёстким тестам NFPA-99 и MIL-B-81705С.Синергические смесиОбычно глицерилмоностеараты и этоксилированные амины используются в виде синергических смесей в соотношении 2:1. Такие смеси намного более эффективны, чем отдельные компоненты, и разрешены к применению в пищевой упаковке. Эффективность таких смесей наглядно представлена на графике, иллюстрирующем зависимость удельного поверхностного сопротивления от времени и типа антистатика.АлкилсульфонатыВ пищевой упаковке также широко используются изделия из полистирола. Для таких изделий применяются другие типы антистатиков, например алкилсульфонаты. Алкилсульфонаты щелочных металлов — это высокоэффективные антистатики для полистирола и его сополимеров, ПВХ и ТПУ. Они разрешены к применению в пищевой упаковке, но основное применение они находят в производстве одноразовой посуды и товаров народного потребления из ПС, АБС и т. д. Антистатики позволяют предотвратить притягивание пыли, что особенно заметно на белой посуде. Алкилсульфонаты — это антистатики длительного действия: до полугода и более они сохраняют свою эффективность.Свойства большинства антистатиков зависят от влажности атмосферного воздуха; при влажности менее 30 % эффективность традиционных антистатиков значительно падает. На скорость миграции антистатиков влияют плотность и степень кристалличности полимера, поэтому для высококристаллического ПЭВП требуется больше антистатика, чем для ПЭНП. На скорость миграции антистатиков влияет полярность полимерной матрицы — чем выше полярность, тем больше совместимость антистатика и полимера, следовательно, медленнее миграция, поэтому для ЭВА требуется большее количество антистатика по сравнению с неполярными полиолефинами. Аминные и амидные антистатики обладают основными свойствами и могут взаимодействовать с кислыми добавками (например галоген-содержащими антипиренами и вспенивающими добавками). В присутствии скользящих добавок эффективность антистатиков немного снижается, так как места на поверхности изделия становится меньше. |