1. Молекулярная структура, характерные групповые свойства и количество добавок [3]
Эффект антистатика в первую очередь зависит от его основного свойства как поверхностно-активного вещества – поверхностной активности. Поверхностная активность связана с типом гидрофильной группы, типом гидрофобной группы, формой молекулы и молекулярной массой. Когда молекулы антистатика направленно адсорбируются на границе раздела фаз, свободная энергия границы раздела фаз и критический угол контакта между водой и пластиком уменьшаются. Эта адсорбция связана не только со свойствами матрицы, но и со свойствами поверхностно-активного вещества. Согласно правилу сходства полярностей, часть углеводородной цепи молекулы ПАВ стремится к контакту с сегментом полимера, а часть полярной группы – к контакту с водой в воздухе. В качестве гидрофобного материала основная функция антистатика на поверхности полимерного материала заключается в формировании регулярного гидрофильного адсорбционного слоя, обращенного к воде в воздухе.
В случае одинаковой влажности воздуха антистатик с хорошей гидрофильностью будет связывать больше воды, так что поверхность полимера сможет поглощать больше воды, а условия для ионизации будут более достаточными, тем самым улучшая антистатический эффект.
Перенос заряда может также происходить путем замены протона. Антистатики, содержащие гидроксильные или аминогруппы, могут соединяться в цепи за счет водородных связей, а также могут работать при более низкой влажности. В условиях сухого воздуха, если требуется придание пластиковым изделиям антистатических свойств сразу после формования, очень эффективно использование полиолмоностеаратных антистатиков. Гидроксиэтилалкиламин в полипропилене проявляет наилучший антистатический эффект только после периода хранения при относительной влажности 50 % и сильно зависит от влажности. Моноглицерид стеариновой кислоты оказывает антистатический эффект сразу после добавления и не зависит от влажности, но его эффект заметно снижается с увеличением времени хранения.
Действие добавки-антистатика определяется скоростью миграции добавки на поверхность пластикового изделия. Когда поверхность пластикового изделия покрыта сплошным проводящим слоем, затухание заряда оптимально.
Молекулярная масса антистатика слишком высока, что не способствует его миграции на поверхность полимера; Молекулярная масса слишком мала, а устойчивость к стирке и сопротивление поверхностному трению не очень хорошие. Обычно молекулярная масса антистатика значительно меньше, чем у полимера. Добавление низкомолекулярных веществ может ухудшить физико-механические свойства высокомолекулярного материала. Чтобы уменьшить этот неблагоприятный эффект, антистатик обычно добавляют в очень небольшом количестве, как и поверхностно-активное вещество «одна точка свежести», обычно 1–1000 ppm, а также его можно добавлять после разбавления. Количество добавляемого антистатика также варьируется в зависимости от использования продукта.
Значение ККМ (критическая концентрация мицеллообразования) является мерой поверхностной активности поверхностно-активного вещества. Чем меньше значение ККМ, тем ниже концентрация ПАВ для достижения поверхностной (граничной) адсорбции или тем ниже концентрация, необходимая для образования мицелл, и, следовательно, тем ниже эффективная концентрация антистатических свойств. Количество добавляемого антистатика в разные составы различно и зависит от формы изделия. Сумма добавления имеет диапазон. Слишком низкий антистатический эффект не очевиден, слишком высокий - это повлияет на физические и механические свойства материала. Количество добавляемых тонких продуктов, таких как пленки и листы, невелико, а количество толстых продуктов относительно велико.
2. Совместимость антистатика и полимера основана на принципе совместимости одинаковой полярности. Все полимерные материалы имеют структуру с длинной углеродной цепью, большинство из которых представляют собой неполярные смолы, а некоторые имеют полярные концевые группы, которые усиливают полярность. Антистатики имеют как гидрофобные (неполярные), так и гидрофильные (полярные) группы. Обычно, чем длиннее углеродная цепь гидрофобной группы, тем лучше совместимость с полимером. Если гидрофильная группа очень полярна, совместимость с полимером плохая; если полярность слабая, гидрофильная адсорбция плохая. Совместимость слишком хорошая, антистатический агент нелегко удалить, и антистатический эффект не может быть достигнут; Совместимость плохая, удаление происходит слишком быстро, а период действия слишком короткий, что влияет на долгосрочное использование. Следовательно, вышеуказанные факторы необходимо учитывать при разработке и использовании антистатиков, а разновидности и оптимальное использование антистатиков следует проверять посредством экспериментов.
