Tổng quan về phụ gia chống tĩnh điện

Nội dung bài viết

expand_more
Antistatic Agents Overview (2020)
EuP EM EDS 2050 - Antistatistic additive

I. Nhựa có cách điện không?

Nhựa vốn có tính cách điện (điện trở suất bề mặt điển hình trong khoảng 1012 đến 1014 om/vuông) và không thể dễ dàng tiêu tán điện tích tĩnh. Vai trò chính của phụ gia chống tĩnh điện là ngăn chặn sự tích tụ điện tích tĩnh do sự chuyển điện tử lên bề mặt.
 
Tĩnh điện này có thể được tạo ra trong quá trình gia công, vận chuyển, hoặc sử dụng sản phẩm nhựa. Ma sát giữa hai hoặc nhiều vật thể (ví dụ: giấy copy chạy qua trục lăn) thường là nguyên nhân gây ra tĩnh điện. Điện áp tĩnh điện điển hình có thể nằm trong khoảng từ 6000 đến 35.000 V.
 
Khi nhựa không được bảo vệ tiếp xúc với vật liệu khác, các electron liên kết lỏng lẻo sẽ đi qua bề mặt. Khi những vật liệu này sau đó được tách ra, một bề mặt có điện tích dư thừa, trong khi bề mặt kia thiếu điện tích. Trong hầu hết các loại nhựa, điện tích dư thừa sẽ kéo dài hoặc phóng điện, gây ra các vấn đề sau:
- Nguy cơ cháy nổ
- Tháo khuôn kém
- Hư hỏng linh kiện điện
- Hút của bụi
 

II. Phụ gia chống tĩnh điện cho nhựa

Phụ gia chống tĩnh điện có chức năng tiêu tan hoặc thúc đẩy quá trình phân rã tĩnh điện. Các lợi ích thứ cấp của việc kết hợp phụ gia chống tĩnh điện vào nhựa bao gồm cải thiện khả năng xử lý và tháo khuôn, cũng như bôi trơn bên trong và bên ngoài tốt hơn.

Do đó, trong một số ứng dụng nhất định, phụ gia chống tĩnh điện cũng có thể hoạt động như chất bôi trơn, chất chống trượt và chất giúp tháo khuôn.

Hôm nay, chúng ta sẽ tập trung vào phụ chống tĩnh điện hóa học vì nó là một phần quan trọng trong phụ gia chống tĩnh điện.

Các phụ gia chống tĩnh điện hóa học có thể được phân loại theo phương pháp ứng dụng (bên ngoài và bên trong) và tính chất hóa học của chúng. Hầu hết các chất chống tĩnh điện là vật liệu hút ẩm và hoạt động chủ yếu bằng cách hút nước lên bề mặt. Quá trình này cho phép điện tích tiêu tan nhanh chóng.

Do đó, độ ẩm xung quanh đóng một vai trò quan trọng trong cơ chế này. Khi độ ẩm tăng lên, độ dẫn điện bề mặt của polyme được xử lý tăng lên, dẫn đến dòng điện tích nhanh hơn và đặc tính chống tĩnh điện tốt hơn. Ngược lại, trong điều kiện môi trường khô ráo, thuốc chống thống kê dựa vào độ ẩm để có hiệu quả có thể mang lại hiệu suất thất thường.

III. Phụ gia chống tĩnh điện bên ngoài

Phụ gia chống tĩnh điện bên ngoài hoặc tại chỗ được áp dụng cho bề mặt của bộ phận nhựa đã hoàn thiện thông qua các kỹ thuật như phun, lau hoặc nhúng. Vì chúng không chịu nhiệt độ và ứng suất của hợp chất dẻo, nên có thể sử dụng nhiều loại hóa chất.

Các chất phụ gia chống tĩnh điện bên ngoài phổ biến nhất là muối amoni bậc bốn, hoặc “quats”, được sử dụng từ dung dịch nước hoặc cồn.

Do tính ổn định ở nhiệt độ thấp và khả năng phân hủy nhựa, quat thường không được sử dụng làm chất chống tĩnh điện bên trong. Tuy nhiên, khi được áp dụng tại chỗ, quats có thể đạt được điện trở suất bề mặt thấp và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngắn hạn như ngăn ngừa tích tụ bụi trên các bộ phận màn hình bằng nhựa.

Các ứng dụng lâu bền hơn thường không khả thi vì lớp phủ chống tĩnh điện quat có thể dễ dàng được loại bỏ khỏi nhựa trong quá trình xử lý, làm sạch hoặc các quy trình khác.
Để bảo vệ lâu dài hơn, người ta sẽ sử dụng phụ gia chống tĩnh điện bên trong.

IV. Phụ gia chống tĩnh điện bên trong

Phụ gia chống tĩnh điện bên trong được kết hợp vào ma trận nhựa trong quá trình xử lý. Hai loại phụ gia chống tĩnh điện bên trong là Migratory antistats, là loại phổ biến nhất, và Permanent antistats.

V. Migratory antistats (MAS)

MAS có cấu trúc hóa học bao gồm các thành phần ưa nước và kỵ nước. Những vật liệu này có khả năng tương thích hạn chế với nhựa nền và di chuyển hoặc nở ra bề mặt của sản phẩm đúc.
Phần kỵ nước cung cấp khả năng tương thích trong polyme và phần ưa nước có chức năng liên kết các phân tử nước trên bề mặt của bộ phận đúc.
Nếu bề mặt của bộ phận bị lau, MAS tạm thời bị loại bỏ, làm giảm các đặc tính chống tĩnh điện trên bề mặt. Vật liệu bổ sung sau đó di chuyển lên bề mặt cho đến khi chất phụ gia cạn kiệt. Các chất phụ gia chống tĩnh điện hoạt động bề mặt này có thể là các hợp chất cation, anion và không ion.

1. Cationic antistatic

Chất chống tĩnh điện cation nói chung là các muối amoni bậc bốn alkyl, phosphonium hoặc sulfonium, ví dụ, các phản ứng clorua. Chúng hoạt động tốt nhất trong các chất nền phân cực, chẳng hạn như PVC cứng và styren, nhưng thường có ảnh hưởng xấu đến độ ổn định nhiệt của nhựa. Các sản phẩm chống tĩnh điện này thường không được phép sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm.

Hơn nữa, các hiệu ứng chống tĩnh điện có thể so sánh với các hiệu ứng thu được từ các chất chống tĩnh điện bên trong khác chẳng hạn như các amin ethoxyl hóa chỉ đạt được với mức độ cao hơn đáng kể, điển hình là từ năm đến mười lần.

2. Anionic antistats

Chất chống tĩnh điện anion nói chung là muối kiềm của axit alkyl sulfonic, phosphonic hoặc dithiocarbamate. Chúng cũng chủ yếu được sử dụng trong PVC và styrenics. Hiệu suất của chúng trong polyolefin có thể so sánh với chất chống tĩnh điện cation. Trong số các chất chống tĩnh điện anion, natri alkyl sulfonate đã tìm thấy các ứng dụng rộng rãi nhất trong styrenics, PVC, polyetylen terephthalate và polycarbonate.

3. Nonionic antistats

Các chất chống tĩnh điện không ion, chẳng hạn như các alkylamine béo ethoxyl hóa, đại diện cho loại MAS. Các chất phụ gia này được sử dụng rộng rãi trong PE, PP, ABS và các polyme styren khác. Có sẵn một số loại alkyl amin etoxyl hóa khác nhau về độ dài chuỗi alkyl và mức độ không bão hòa.

Các alkylamine etoxyl hóa là chất chống tĩnh điện rất hiệu quả, ngay cả ở mức độ ẩm tương đối thấp và vẫn hoạt động trong thời gian dài. Các chất phụ gia chống tĩnh điện này được FDA chấp thuận rộng rãi cho các ứng dụng tiếp xúc gián tiếp với thực phẩm.

Các chất chống thống kê không ion khác có tầm quan trọng thương mại là các alkylamine ethoxyl hóa như lauramide ethoxyl hóa và glycerol monostearate (GMS). Lauramide ethoxyl hóa được khuyến nghị sử dụng trong PE và PP, nơi cần có tác dụng chống tĩnh điện ngay lập tức và lâu dài trong môi trường có độ ẩm thấp.

Phụ gia chống tĩnh điện dựa trên GMS chỉ nhằm mục đích bảo vệ tĩnh trong quá trình xử lý. Mặc dù GMS di chuyển nhanh chóng lên bề mặt polyme, nhưng nó không mang lại hiệu quả chống tĩnh điện bền vững có được từ các alkyl amin ethoxyl hóa hoặc alkylamide ethoxyl hóa.
Sự lựa chọn tối ưu và mức bổ sung cho các chất phụ gia MAS phụ thuộc vào bản chất của polyme, loại xử lý, điều kiện xử lý, sự có mặt của các chất phụ gia khác, độ ẩm tương đối và mục đích sử dụng cuối cùng của polyme.

Thời gian cần thiết để đạt được mức hiệu suất chống tĩnh điện khác nhau. Tốc độ tích tụ và thời gian bảo vệ chống tĩnh điện có thể tăng lên bằng cách tăng nồng độ của chất phụ gia.
Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều chất chống tĩnh điện có thể dẫn đến bề mặt nhờn trên các sản phẩm cuối cùng và ảnh hưởng xấu đến khả năng in hoặc các ứng dụng kết dính. Các chất độn và bột màu vô cơ chưa được xử lý như TiO2 có thể hấp thụ các phân tử chống tĩnh điện lên bề mặt của chúng và do đó làm giảm hiệu quả của chúng. Điều này thường có thể được bù đắp bằng cách tăng mức độ chống chỉ định. Mức độ chống tĩnh điện cho các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm được quy định bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA).

Chất chống tĩnh điện vĩnh viễn. Sự ra đời của chất chống tĩnh điện vĩnh viễn là một trong những bước phát triển quan trọng nhất trên thị trường thuốc chống thống kê. Đây là những vật liệu polyme được kết hợp thành một ma trận nhựa. Chúng không dựa vào sự di cư lên bề mặt và sự thu hút nước sau đó để có hiệu quả. Ưu điểm chính của các vật liệu này là
- Không nhạy cảm với độ ẩm Hiệu suất lâu dài
- Cơ hội tối thiểu cho ô nhiễm bề mặt
- Khí thải thấp
- Màu sắc và khả năng minh bạch 

Có hai loại chất chống tĩnh điện vĩnh viễn chung: polyme ưa nước và polyme dẫn điện vốn có. Các polyme ưa nước hiện đang là chất chống tĩnh điện vĩnh viễn chiếm ưu thế trên thị trường.
Các loại nhựa phổ biến nhất là ABS và poly styrene tác động cao (HIPS).
Một cách tiếp cận khác để đạt được các đặc tính chống tĩnh điện vĩnh viễn là thông qua việc sử dụng các polyme dẫn điện vốn có (ICP). Công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu.

Những lợi thế tiềm năng của ICP bao gồm đạt được độ dẫn điện cao hơn trong nhựa chủ ở mức tải phụ gia thấp hơn mức có thể đạt được với polyme ưa nước. Công nghệ ICP chính cho đến nay là polyaniline của Zipperling-Kessler và Neste.

Vật liệu này là polyme liên hợp bao gồm các monome anilin liên kết oxy hóa được chuyển đổi thành muối cation với axit hữu cơ và thường được mô tả là kim loại hữu cơ.

Các cách tiếp cận khác đối với ICP bao gồm neoalkoxy zirconate từ Kenrich Petrochemical và polythiophenes từ Bayer. Các vấn đề cần giải quyết để đạt được thành công thương mại với các vật liệu này bao gồm cải thiện độ ổn định ở nhiệt độ cao và giảm chi phí tương đối cao của chúng. ICP dự kiến sẽ không cạnh tranh với các chất phụ gia hóa học khác mà chủ yếu là với muội than hoặc các chất độn dẫn điện khác.

Đặc tính chống tĩnh điện vĩnh viễn có thể dễ dàng đạt được với các vật liệu dạng hạt như muội than. Tuy nhiên, những vật liệu này không phù hợp với các ứng dụng mà màu sắc và/hoặc khả năng trong suốt là quan trọng. Ngoài ra, các chất phụ gia dạng hạt có thể ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính vật lý của bộ phận cuối cùng và góp phần gây nhiễm bẩn trong các ứng dụng điện tử còn được gọi là bong tróc.

 
 
Tin tức khác
Tại sao nhựa lạnh tốt cho các ngành công nghiệp?
Ứng dụng của nhựa lạnh là gì? Tại sao nhựa lạnh được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp? Hãy tìm kiếm câu trả lời trong bài viết này.
Sự khác biệt giữa đúc quay và định hình nhiệt

Đúc quay và định hình nhiệt là hai quy trình sản xuất phổ biến. Nhưng phương pháp nào phù hợp cho quy trình sản xuất của bạn? Hãy cùng tìm hiểu!

Những sản phẩm nào được sản xuất bằng phương pháp đúc thổi?

Các ứng dụng đúc thổi xuất hiện ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta, từ chai lọ gia dụng đến linh kiện ô tô. Hãy cùng tìm hiểu thêm về phương pháp này!

Chi phí ép đùn nhựa là bao nhiêu
Bài viết này hé lộ chi phí ép đùn nhựa chính xác nhất cho từng hạng mục, giúp bạn dự trù ngân sách hiệu quả.
Các loại nhựa phù hợp cho quá trình ép đùn
Khám phá tính năng và ứng dụng của các loại nhựa lý tưởng trong quá trình ép đùn để tối ưu hóa quy trình sản xuất!
arrow_upward