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 een 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 weten te komen over de specificiteit van dit fenomeen, evenals manieren om het optreden ervan tegen te gaan.

Statische elektriciteit, wat is dat?

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).

Geaccumuleerde elektrische ladingen resulteren in vonkontladingen die het gebruik van kunststofproducten belemmeren. Statische elektriciteit heeft echter niet alleen een nadelig effect op eindgebruikers van polymeren. Het beïnvloedt ook de verwerking en productie van polymeren. Dit fenomeen vermindert de snelheid van het technologische proces, genereert materiaalverlies, veroorzaakt een verontreiniging van het product en versnelt de ontleding ervan, waardoor giftige stoffen vrijkomen. Stationaire elektrische lading kan optreden bij het gieten van vloeistof of het gieten van niet-geleidende losse materialen, het afwikkelen van tapes of folie van een vat, het lopen op een geëlektrificeerd oppervlak of het aan- en uittrekken van kleding.

Hoe voorkom je statische elektriciteit?

Statische elektriciteit kan worden geminimaliseerd of zelfs volledig worden 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 het optreden van het ongunstige fenomeen wordt verminderd.

Externe en interne antistatische middelen: wat is het verschil?

Antistatische middelen kunnen worden onderverdeeld in twee groepen op basis van hun toepassing: externe en interne antistatische middelen. Ze verschillen van elkaar in de methode van hun toepassing, het werkingsmechanisme en de duur van de antistatische werking.

De externe antistatische middelen worden aangebracht op het oppervlak van het afgewerkte plastic. Hierbij worden technieken zoals spuiten en dompelen gebruikt. De duur van de antistatische werking van dit type verbindingen is erg kort, vanwege hun slijtage onder invloed van mechanische factoren. Deze verbindingen verliezen hun activiteit na slechts 6 weken en in dit opzicht evenaren ze niet 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. Na 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 het statische elektriciteit ontlaadt en het niveau van plastische lading vermindert.

Het antistatische effect in het geval van interne antistatische middelen is langdurig (meestal meer dan een jaar). Het is de migratie van interne antistatische middelen die zorgt voor een langere periode van hun activiteit – de lagen die van het oppervlak van het polymeer worden afgesleten, worden vervangen.

Chemische verbindingen met antistatische eigenschappen

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

• 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 polyvinylchloride en polystyreen .

De tweede groep zijn niet-ionische additieven , die voornamelijk 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 eigenschappen hebben die hun hoge efficiëntie garanderen. Deze eigenschappen zijn voornamelijk:

• hydrofiele en hygroscopische eigenschappen,

• het ionisatievermogen 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 voedingsindustrie is polyethyleen . Polyethyleen (PE) is een polymeer dat wordt gekenmerkt door treksterkte, geur- en smaakloosheid en een wasachtige structuur met een melkachtige kleur. Dankzij deze eigenschappen wordt het gebruikt bij de productie van onder andere: folies, verpakkingen, containers, flessen en drinkwaterleidingen . Het plastic heeft een oppervlakteweerstand van ongeveer 10 ¹⁵ Ω, waardoor de elektrostatische verschijnselen in grote mate zichtbaar zijn. Om deze reden is het tijdens de productie van verschillende polyethyleenelementen noodzakelijk om middelen te gebruiken die de ophoping van ladingen voorkomen.

Welke oppervlakteactieve stoffen kunnen worden gebruikt als antistatisch middel?

Antistatische middelen die gewoonlijk in polyethyleen worden gebruikt, zijn intern aangebrachte verbindingen. Het productportfolio van de PCC Group omvat producten zoals: 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. Sommige van hen kunnen ook worden gebruikt bij de productie van verpakkingen voor de voedingsindustrie.

Bijzondere aandacht moet worden besteed aan het specialistische product, namelijkRoksol AZR . Dit antistatische middel is bedoeld voor rekfolie die wordt gebruikt bij het handmatig inpakken van goederen op pallets. Het product heeft uitstekende antistatische eigenschappen, omdat het de oppervlakteweerstand verlaagt tot 10 ⁸ Ω.

Antistatische middelen – aanvulling 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. Vanwege de verschillende werkingsmechanismen van antistatische middelen is het mogelijk om ze aan te passen aan specifieke omstandigheden van het productieproces en het uiteindelijke effect te maximaliseren.

Interessant feit

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