Antistatische middelen – additieven voor kunststoffen die de effecten van statische elektriciteit verminderen

Statische elektriciteit kan ook op veel grotere schaal voorkomen en ernstige, negatieve effecten veroorzaken. De vonk die ontstaat door elektrische ladingen kan leiden tot brand of zelfs een explosie van brandbare materialen en kan het verloop van veel productie- en verwerkingsprocessen belemmeren. Daarom is het zeker de moeite waard om meer te leren over de specificiteit van dit fenomeen, evenals manieren om het optreden ervan tegen te gaan.

Statische elektriciteit – waar gaat het over?

Statische elektriciteit is een opbouw van elektrische ladingen op materialen met een lage geleidbaarheid en een hoge oppervlakteweerstand (10 ¹⁴ – 10 ¹⁸ Ω). Dit geldt onder meer voor polymere materialen, zoals:

• polyethyleen (PE) ,

• polypropyleen (PP) ,

• polyvinylchloride (PVC) ,

• polyethyleentereftalaat (PET),

• polyurethaan (PUR) ,

• polycarbonaat (PC).

Opgehoopte elektrische ladingen resulteren in vonkontladingen die het gebruik van plastic producten belemmeren. Statische elektriciteit heeft echter niet alleen negatieve gevolgen voor de eindgebruikers van polymeren. Het heeft ook invloed op de verwerking en productie van polymeren. Dit fenomeen vermindert de snelheid van het technologische proces, veroorzaakt materiaalverliezen, veroorzaakt een vervuiling van het product en versnelt de afbraak ervan, waardoor giftige verbindingen vrijkomen. Stationaire elektrische lading kan optreden tijdens het gieten van vloeistof of het gieten van niet-geleidende losse materialen, het afwikkelen van tapes of folie van een trommel, het lopen op een geëlektrificeerd oppervlak, of het aan- en uittrekken van kleding.

Hoe statische elektriciteit vermijden?

Statische elektriciteit kan worden geminimaliseerd of zelfs volledig geëlimineerd door het gebruik van geschikte antistatische additieven , zoals oppervlakteactieve stoffen die de polarisatie van kunststoffen verminderen . Antistatische middelen verminderen de oppervlakteweerstand van materialen, waardoor de lading verdwijnt, en als gevolg daarvan vermindert het optreden van het nadelige fenomeen.

Externe en interne antistatische middelen – hoe verschillen ze?

Antistatische middelen kunnen, afhankelijk van hun toepassing, in twee groepen worden verdeeld: externe en interne antistatische middelen. Ze verschillen van elkaar in de wijze van toepassing, het werkingsmechanisme en de duur van de antistatische werking. De externe antistatische middelen worden op het oppervlak van het afgewerkte plastic aangebracht. Hierbij worden technieken als spuiten en dompelen toegepast. De duur van de antistatische werking van dit soort verbindingen is zeer kort vanwege hun slijtage onder invloed van mechanische factoren. Deze verbindingen verliezen hun activiteit al na 6 weken en in dit opzicht kunnen ze niet tippen aan de eigenschappen van interne antistatische middelen. De interne antistatische middelen , die tijdens de verwerking aan het plastic worden toegevoegd, werken net als andere soorten polymeeradditieven totaal anders. 24-48 uur na het extrusieproces migreren ze naar het oppervlak van het materiaal en vormen een hygroscopische film die water aantrekt. De gecreëerde laag heeft een geleidende functie, omdat deze statische elektriciteit ontlaadt en de plastic lading vermindert. Het antistatische effect bij interne antistatische middelen is langdurig (meestal meer dan een jaar). Het is de migratie van interne antistatische middelen die een langere periode van hun activiteit garandeert: de lagen die van het oppervlak van het polymeer zijn afgeschuurd, worden vervangen.

Chemische verbindingen met antistatische eigenschappen

Afhankelijk van het type kunststof worden in de industrie antistatische middelen met verschillende chemische structuren gebruikt. Kortom, er zijn twee groepen: ionische en niet-ionische additieven. De eerste groep wordt aanbevolen voor polymeren met een relatief hoge polariteit of voor materialen die geen te hoge temperaturen vereisen bij het verwerken van de film. De ionische antistatische middelen zijn verbindingen als:

• kationische verbindingen, waaronder quaternaire ammoniumzouten,

• anionische verbindingen – dit zijn voornamelijk verbindingen die fosfor bevatten (derivaten van fosforzuur (V), fosfaten (V)) – gebruikt voor polyvinylchloride, evenals zwavelhoudende verbindingen (sulfaten (VI), sulfonaten) – gebruikt voor polymeren zoals zoals polyvinylchloride en polystyreen .

De tweede groep zijn niet-ionische additieven , die vooral worden aanbevolen voor polyolefinen. Niet-ionische antistatische middelen zijn amidederivaten (gealkoxyleerde amiden), aminederivaten ( gealkoxyleerde vetaminen ) en glycerolesters.

Wat zijn de kenmerken van een effectief antistatisch middel?

Ongeacht het werkingsmechanisme moeten antistatische middelen verschillende kenmerken hebben die hun hoge efficiëntie garanderen. Deze kenmerken zijn voornamelijk:

• hydrofiele en hygroscopische eigenschappen,

• het vermogen tot ionisatie in water – de aanwezigheid van ionen verhoogt de geleidbaarheid van het water,

• het vermogen om naar het oppervlak van het materiaal te migreren.

Kunststoffen in de voedingsmiddelenindustrie

De belangrijkste grondstof die wordt gebruikt bij de productie van verpakkingsfolie in de voedingsmiddelenindustrie is polyethyleen . Polyethyleen (PE) is een polymeer dat zich kenmerkt door treksterkte, geur- en smaakgebrek en een wasachtige structuur met een melkachtige kleur. Dankzij deze eigenschappen wordt het gebruikt bij de productie van onder meer: ​​folies, verpakkingen, containers, flessen, maar ook drinkwaterleidingen . De kunststof heeft een oppervlakteweerstand van circa 10 ¹⁵ Ω, waardoor de elektrostatische verschijnselen voor een groot deel zichtbaar zijn. Om deze reden is het tijdens de productie van verschillende polyethyleenelementen noodzakelijk om middelen te gebruiken die de accumulatie van ladingen voorkomen.

Welke oppervlakteactieve stoffen kunnen als antistatische middelen worden gebruikt?

Antistatische middelen die vaak in polyethyleen worden gebruikt, zijn intern aangebrachte verbindingen. Het productportfolio van de PCC Group omvat producten als: Chemstat 122 , Chemstat PS-101 , Chemstat G118/9501 , Chemstat 3820 en Chemstat LD-100/60DC . Deze stoffen verminderen effectief de oppervlakteweerstand, zelfs tot een waarde van 10 ¹⁰ Ω, wat een uitstekend antistatisch effect garandeert en zo het probleem van de opbouw van elektrische ladingen op het oppervlak van het materiaal en vonkontladingen elimineert. Een deel ervan kan ook worden gebruikt bij de productie van verpakkingen voor de voedingsmiddelenindustrie. Er moet bijzondere aandacht worden besteed aan het specialistische productRoksol AZR . Dit antistatische middel is bedoeld voor rekfolie die wordt gebruikt bij het handmatig wikkelen van goederen op pallets. Het product heeft uitstekende antistatische eigenschappen, omdat het de oppervlakteweerstand verlaagt tot 10 ⁸ Ω.

Antistatische middelen: toevoeging of noodzaak?

Het gebruik van antistatische middelen bij de productie van kunststoffen is absoluut een noodzaak. Hun aanwezigheid is essentieel omdat ze het productieproces vergemakkelijken en gevaarlijke vonkontladingen voorkomen. Ze bieden ook extra voordelen, zoals het beperken van de ophoping van stof op plastic voorwerpen dat wordt aangetrokken door te veel elektrische lading. Door de verschillende werkingsmechanismen van antistatische middelen is het mogelijk om deze aan te passen aan specifieke omstandigheden van het productieproces en het uiteindelijke effect te maximaliseren.

Interessant feit

In 1937 veroorzaakte statische elektriciteit de brand van het grootste Hindenburg-luchtschip in de geschiedenis van Duitsland. Hierin zat 200.000 m ³ brandbare waterstof. Tijdens de landing ontbrandde het gas, hoogstwaarschijnlijk door een elektrische vonk, waardoor het luchtschip volledig afbrandde.