Aplikácia antistatických činidiel pri výrobe plastových výrobkov

Antistatické činidlá sú kľúčovými funkčnými prísadami pri výrobe plastov. Vytvárajú vodivé filmy adsorpciou vlhkosti zo vzduchu alebo priamym vedením nábojov, čím eliminujú hromadenie statickej elektriny spôsobené silnou izoláciou a trením v plastoch a zabraňujú problémom, ako je adsorpcia prachu, úraz elektrickým prúdom a požiar spôsobený statickou elektrinou. Pri výrobe plastov (ako je vstrekovanie plastov, extrúzia, vyfukovanie plastov) a následnom použití môže statické napätie dosiahnuť desiatky tisíc voltov, čo nielen ovplyvňuje efektivitu výroby (ako je priľnavosť filmu, náročná manipulácia s výrobkom), ale môže tiež ohroziť bezpečnosť v horľavých a výbušných prostrediach (ako sú chemické obaly, elektronické súčiastky). Sú kompatibilné s takmer všetkými plastmi, ako sú PE, PP, PVC, PET, ABS atď., a možno ich rozdeliť na typy vnútorných a vonkajších náterov podľa použitia. V súčasnosti sa vyvíjajú smerom k vysokej účinnosti, dlhodobému účinku a nízkej migrácii a stávajú sa dôležitým článkom pri zabezpečovaní hladkej výroby plastov a bezpečnosti výrobkov.

1. Základný mechanizmus účinku antistatických činidiel: cielené riešenie problému akumulácie statickej elektriny

Statická elektrina v plastoch vzniká prenosom náboja spôsobeným molekulárnym trením a antistatické činidlá dosahujú elimináciu náboja prostredníctvom dvoch základných mechanizmov, vhodných pre rôzne scenáre výroby a použitia:

1. Typ vonkajšieho povlaku: rýchlo sa tvoriaci vodivý tenký film

Externé antistatické činidlá priľnú k povrchu plastových výrobkov striekaním, namáčaním a inými metódami, pričom pomocou svojich hydrofilných skupín adsorbujú vlhkosť zo vzduchu a vytvárajú súvislý vodivý film, ktorý rýchlo odvádza nahromadené statické náboje do zeme:

Funkčné vlastnosti: rýchly nástup (okamžitý účinok po nanesení povlaku), nízke náklady, flexibilná prevádzka, nie je potrebné meniť receptúru výroby plastov;

Obmedzenia: Ľahko odpadáva v dôsledku trenia a čistenia, nízka dlhodobá účinnosť (zvyčajne vydrží 1 – 3 mesiace), vhodné na krátkodobé použitie alebo dočasné antistatické potreby;

Reprezentatívne produkty: katiónové (ako sú kvartérne amóniové soli), neiónové (ako sú estery mastných kyselín s polyetylénglykolom);

Adaptačný scenár: Dodatočné spracovanie plastových fólií a vstrekovaných dielov, ako sú nákupné tašky z PE a antistatický povrch hračiek z PP.

2. Typ vnútorného pridávania: Dlhodobo rozptýlený vodivý náboj

Vnútorné antistatické činidlá sa počas výroby plastov zmiešajú so surovinami, rovnomerne sa rozptýlia v plastovej matrici a migrujú na povrch, kde vytvárajú vodivú vrstvu alebo vodivé kanály vo vnútri, čím sa dosahuje dlhodobá antistatická úprava:

Funkčné vlastnosti: Silná dlhodobá trvanlivosť (v súlade s životnosťou produktu), rovnomerný antistatický účinok a žiadny vplyv na spracovateľský výkon produktu;

Obmedzenia: Pridávané množstvo je relatívne vysoké (zvyčajne 0,5 % – 3 %), náklady sú vyššie ako náklady na vonkajší náter a je potrebné ich prispôsobiť teplote spracovania plastov;

Reprezentatívne produkty: neiónové (ako sú glycerolové estery mastných kyselín, polyétery), iónové (ako sú sulfonátové soli);

Adaptačný scenár: Proces miešania surovín pri výrobe plastov, ako je výroba krytov elektronických súčiastok a sudov na chemické balenie.

2. Bežné typy antistatických činidiel a ich vhodnosť na výrobu plastov: vlastnosti a prispôsobenie sa scenérii

Medzi rôznymi antistatickými činidlami existujú významné rozdiely v tepelnej odolnosti, kompatibilite a dlhodobej účinnosti. Výber by mal byť založený na type plastu, technológii spracovania (ako je teplota, spôsob tvarovania) a použití produktu. Nasledujú štyri hlavné kategórie:

1. Neiónové antistatické činidlo: univerzálna nízka toxicita, vhodné pre výrobu plastov vo viacerých kategóriách

Neiónové antistatické činidlá majú dobrú kompatibilitu, nízku toxicitu a miernu tepelnú odolnosť (teplota spracovania ≤ 200 ℃), vďaka čomu sú najpoužívanejším typom pri výrobe plastov. Vnútorné aj vonkajšie nátery môžu:

Reprezentatívne produkty: Polyetylénglykol (PEG), glycerolmonostearát (GMS), polyéterové komplexy;

Kompatibilné plasty: PE, PP, PVC, ABS, PET;

Výrobné scenáre: extrúzia PE fólie, výroba PP vstrekovaním plastov, spracovanie PVC rúr, môže zabrániť priľnavosti produktu a zlepšiť efektivitu výroby.

2. Katiónové antistatické činidlo: účinné a rýchle, vhodné na vonkajšie nátery alebo spracovanie pri nízkych teplotách

Katiónové antistatické činidlá majú vysokú antistatickú účinnosť (povrchový odpor sa dá znížiť na 10⁶ -10⁸Ω), ale nízku tepelnú odolnosť (teplota spracovania ≤ 160 ℃) a používajú sa väčšinou ako vonkajšie nátery. Niektoré sa môžu pridávať vnútorne do plastov spracovaných pri nízkych teplotách:

Reprezentatívne produkty: Dodecyltrimetylamóniumchlorid, komplexy kvartérnych amóniových solí;

Kompatibilné s plastmi: PVC, PE, ABS;

Výrobný scenár: Vonkajšia úprava PVC fólie, antistatický nástrek na povrch hračky ABS, rýchly účinok a rýchle zníženie povrchového odporu.

3. Aniónové antistatické činidlo: Dobrá teplotná odolnosť, vhodné na spracovanie plastov pri vysokých teplotách

Aniónové antistatické činidlá majú vynikajúcu tepelnú odolnosť (teplota spracovania ≤ 250 ℃), mierne zlú kompatibilitu a je potrebné ich používať v kombinácii s kompatibilizátormi. Väčšinou ide o vnútorné prísady:

Reprezentatívne produkty: alkylsulfáty, fosfátové soli;

Kompatibilné plasty: PET, PC, PA (polyamid);

Výrobný scenár: vyfukovanie PET fliaš na nápoje, vstrekovanie plášťov elektronických súčiastok z PC, odoláva spracovaniu pri vysokých teplotách bez rozkladu.

4. Kompozitný antistatický prostriedok: multifunkčná synergia, vhodná pre potreby špičkovej výroby

Kompozitné antistatické činidlá sa skladajú z dvoch alebo viacerých typov zlúčenín (ako napríklad neiónový + iónový typ, antistatický + antioxidačný typ), ktoré sa vyznačujú vysokou účinnosťou, dlhodobým účinkom a teplotnou odolnosťou:

Reprezentatívne produkty: komplex polyéteru + kvartérnej amóniovej soli, komplex GMS + antioxidantu 1010;

Kompatibilné plasty: PP, PE, PET, ABS;

Výrobný scenár: Výroba špičkových elektronických obalových materiálov, chemické spracovanie PE sudov, môže súčasne riešiť problémy so statickou elektrinou a starnutím.

3. Prax aplikácie antistatických činidiel pri výrobe kľúčových plastových výrobkov: receptúra ​​a proces založený na scenári

Výrobné procesy a scenáre použitia rôznych plastových výrobkov sa značne líšia a výber antistatických činidiel je potrebné prispôsobiť na základe typu plastu, teploty spracovania použitého produktu. Nasledujú typické prípady:

1. Výroba polyolefínových produktov (PE, PP): Vyváženie efektívnosti výroby a bezpečnosti používania

PE a PP sú najčastejšie používané kategórie pri výrobe plastov, ktoré môžu ľahko generovať statickú elektrinu a spôsobiť priľnavosť filmu a adsorpciu prachu na produkt. Bežne používané vnútorné neiónové antistatické činidlá sú:

Výroba extrúziou PE nákupných tašiek:

Vzorec: PE surovina + 0,8 % ester mastnej kyseliny s polyetylénglykolom + 0,2 % antioxidant 1076;

Proces: Zmiešanie so surovinami v extrudéri pri teplote spracovania 150-180 ℃;

Účinok: Povrchový odpor fólie sa zníži na 10⁸ -10⁹ Ω bez priľnavosti a účinnosť výroby sa zvýši o 20 %. Počas používania neabsorbuje prach.

Výroba vstrekovacích foriem PP pre elektronické súčiastky:

Vzorec: PP surovina + 1,5 % polyéterové antistatické činidlo + 0,3 % kompatibilizátor;

Proces: Teplota vstrekovania plastov 180-200 ℃, teplota formy 50-60 ℃;

Účinok: Povrchový odpor misky je ≤ 10 ΩΩ, čo zabraňuje elektrostatickému poškodeniu elektronických súčiastok a má dlhodobú životnosť viac ako 2 roky.

2. Výroba technických plastových výrobkov (PET, PC): Vyváženie odolnosti voči vysokým teplotám a nízkej migrácie

Teploty spracovania PET a PC sú vysoké (260 – 320 ℃) ​​a niektoré sa používajú vo vysoko kvalitných scenároch, ako sú potraviny a elektronika. Preto je potrebné zvoliť teplotne odolné antistatické činidlá s nízkou migráciou:

Výroba PET fliaš na nápoje vyfukovaním:

Vzorec: PET surovina + 1,2 % antistatické činidlo na báze fosfátovej soli + 0,2 % hypofosfit 168;

Proces: Teplota sušenia 160 ℃, teplota vyfukovania 270-280 ℃;

Účinok: Povrchový odpor tela fľaše sa zníži na 10 Ω, čím sa zabráni elektrostatickej adsorpcii prachu počas plnenia. Migračné množstvo antistatického činidla je menšie ako 0,01 mg/kg, čo spĺňa normu pre kontakt s potravinami.

Výroba vstrekovania plastov do počítačového plášťa:

Vzorec: PC surovina + 2,0 % polyéter + antistatická zlúčenina kvartérnej amóniovej soli;

Proces: Teplota vstrekovania 280-300 ℃, doba výdrže 15-20 sekúnd;

Účinok: Povrchový odpor plášťa je ≤ 10 ΩΩ, nedochádza k statickému elektrickému šoku a neovplyvňuje priehľadnosť a mechanické vlastnosti produktu.

3. Výroba PVC výrobkov: prispôsobená rôznym procesom tvarovania

Techniky spracovania PVC sú rôznorodé (extrúzia, vstrekovanie plastov, valcovanie) a problémy so statickou elektrinou sú obzvlášť výrazné pri výrobe fólií a rúrok. Bežne používané interné alebo externé antistatické činidlá sú:

Výroba priehľadnej PVC fólie:

Vzorec: PVC živica + 1,0 % glycerolmonostearát + 2,0 % epoxidový sójový olej (synergický plastifikačný a antistatický účinok);

Proces: Teplota valcovania 160-180 ℃, teplota chladenia 40-50 ℃;

Účinok: Povrchový odpor filmu je 10⁸ -10⁹ Ω, bez priľnavosti alebo zahmlievania a s mierou zachovania priepustnosti svetla viac ako 90 %.

Výroba extrúziou PVC chemických potrubí:

Vzorec: PVC živica + 1,5 % alkylsulfonátový antistatický prostriedok + 3,0 % tepelný stabilizátor z kompozitu vápnika a zinku;

Proces: Teplota extrúzie 150-170 ℃, rýchlosť ťahu 5-8 m/min;

Účinok: Odpor vnútornej steny potrubia je ≤ 10 ΩΩ, čím sa zabráni bezpečnostným rizikám spôsobeným statickou elektrinou pri preprave horľavých a výbušných kvapalín.

4. Výroba plastových obalov pre elektronické zariadenia: vysoké požiadavky na antistatickú ochranu

Plastové obaly na elektroniku (ako napríklad antistatické vrecká z PE a tácky z ABS) majú extrémne vysoké požiadavky na elektrostatickú ochranu (povrchový odpor 10⁶ -10⁸Ω) a je potrebné zvoliť vysokoúčinné kompozitné antistatické činidlá:

Výroba PE antistatickej vreckovej vyfukovanej fólie:

Vzorec: PE surovina + 2,0 % polyéter + kvartérna amóniová soľ, antistatické činidlo + 0,3 % antioxidant 1010;

Proces: teplota vyfukovanej fólie 160-180 ℃, pomer vyfukovania 2,5-3,0;

Účinok: Povrchový odpor tela vrecka je 10 ΩΩ a elektrostatický polčas rozpadu je kratší ako 2 sekundy, čo môže účinne chrániť vnútorné elektronické súčiastky pred elektrostatickým poškodením.

4. Výzvy a vývojové trendy antistatických činidiel vo výrobe plastov

Hoci antistatické činidlá vyriešili kľúčový problém statickej elektriny pri výrobe plastov, v súčasných aplikáciách stále čelia výzvam v oblasti kompatibility, dlhodobej účinnosti, environmentálnej zhody a ďalších aspektov. V budúcnosti sa budú vyvíjať smerom k vysokej účinnosti, dlhodobej účinnosti a zelenej ekologii:

1. Aktuálna výzva: Vyváženie výkonnosti a výrobných požiadaviek

Kompatibilita a rozpor vzhľadu: Niektoré antistatické činidlá (napríklad iónový typ) majú zlú kompatibilitu s plastmi, ktoré sa môžu ľahko vyzrážať a spôsobiť, že povrch výrobku sa stane lepkavým a zahmleným, čo ovplyvňuje vzhľad;

Dlhodobá účinnosť a rovnováha nákladov: Vonkajší náter má nízke náklady, ale vyžaduje si sekundárne spracovanie, zatiaľ čo vnútorný náter má dlhodobú účinnosť, ale vysoké dávkovanie, čo zvyšuje výrobné náklady;

Tlak na dodržiavanie environmentálnych predpisov: Niektoré katiónové antistatické činidlá (ako napríklad niektoré kvartérne amóniové soli) majú vysokú toxicitu a nespĺňajú environmentálne normy pre obaly potravín a farmaceutických výrobkov.

2. Trend vývoja: Technologické inovácie poháňajú modernizáciu

Antistatické činidlo s vysokou molekulovou hmotnosťou: Vyvinúť antistatické činidlá s molekulovou hmotnosťou vyššou ako 1000 (ako sú kopolyméry polyéteramidu), zlepšiť kompatibilitu s plastmi prostredníctvom previazania molekulárnych reťazcov, znížiť zrážanie a prispôsobiť sa výrobe špičkových obalov pre potraviny a elektroniku;

Reaktívne antistatické činidlo: viažuce antistatické skupiny na molekulárne reťazce plastov s cieľom zásadne vyriešiť problémy s migráciou s dlhodobou účinnosťou zodpovedajúcou životnosti produktu. Bolo pilotne overené vo výrobe PET a PP;

Bioantistatický prostriedok: vyrobený z rastlinných extraktov (ako sú deriváty ricínového oleja a zlúčeniny na báze škrobu), nízka toxicita, biologicky odbúrateľný, v súlade s politikou dvojitého uhlíka "", vhodný na ekologickú výrobu plastov;

Multifunkčný integrovaný antistatický prostriedok: Vývoj kompozitnej prísady s obsahom antistatického + antioxidačného + poveternostných vplyvov, zjednodušenie receptúr na výrobu plastov, zníženie nákladov na spracovanie a prispôsobenie sa výrobe vonkajších a luxusných plastových výrobkov.

5. Súhrn: Antistatické činidlá – strážcovia bezpečnosti pri výrobe a používaní plastov

Od hladkého vytláčania PE nákupných tašiek, cez elektrostatickú ochranu zásobníkov s elektronickými súčiastkami až po bezpečnú výrobu chemických potrubí, antistatické činidlá zabezpečujú efektívnu a plynulé výrobu plastov a bezpečné používanie produktov tým, že presne eliminujú elektrostatické riziká. Nie sú len pomocnou prísadou na riešenie problémov vo výrobe, ale priamo ovplyvňujú aj použiteľnosť (napríklad elektronické obaly, chemické nádoby) a bezpečnosť (napríklad horľavé a výbušné scenáre) plastových výrobkov. V budúcnosti sa s prelomom vo výskume a vývoji antistatických činidiel s vysokou molekulovou hmotnosťou, na biologickej báze a multifunkčných antistatických činidiel ešte viac prispôsobia potrebám špičkového a ekologického rozvoja plastikárskeho priemyslu a podporia výrobu ďalších vysoko žiadaných plastových výrobkov.