Antystatyki

Antystatyki (antystatyczne substancje) substancje, które eliminują lub zmniejszają elektryzowanie się ciał stałych. A. są to środki powierzchniowo czynne, mające strukturę ambiwalentną, tj. zawierają część hydrofilową i hydrofobową. Rozróżnia się a. nanoszone zewnętrznie i a. wprowadzane do wnętrza materiału. A. zewnętrzne stosowane są głównie w przemyśle tekstylnym, gdzie nietrwałość preparacji antystatycznej nie jest szczególnie ważna, gdyż a. mogą być dodawane przy kolejnych praniach lub nanoszone podczas użytkowania. Wszechstronne zastosowanie mają a. wprowadzane do wnętrza materiału. A. dodane do tworzyw sztucznych wykazują trwałe działanie antystatyczne. W wyniku ograniczonej mieszalności z tworzywem substancje a. stale wędrują na powierzchnię materiału, gdzie w połączeniu z wilgocią atmosferyczną tworzą warstwę elektroprzewodzącą. Działanie środków a. nie jest dokładnie wyjaśnione; ich antystatyczność najczęściej polega na zwiększeniu przewodnictwa elektrycznego powierzchni danego ciała, chociaż znane są a., które nie zwiększając przewodnictwa, działają skutecznie [I. Duda (red.)., 1995, s. 22].

TL;DR

Antystatyki to substancje stosowane do eliminacji elektryzowania się ciał stałych. Mogą być nanoszone zewnętrznie lub wprowadzane do wnętrza materiału. Mają różne zastosowania w przemyśle tekstylnym i przetwórstwie tworzyw sztucznych. Działają poprzez zwiększanie przewodnictwa elektrycznego powierzchni materiału. Są również stosowane do zmniejszania liczby ładunków elektrycznych na powierzchni wyrobów i tworzyw sztucznych. Istnieją różne rodzaje antystatyków, takie jak sadza, sproszkowane metale, związki azotowe, fosforowe i siarkowe. Mają one różne mechanizmy działania, takie jak adsorpcja pary wodnej, tworzenie warstwy smaru lub zmniejszanie oporu powierzchniowego. Antystatyki mogą być stosowane zarówno zewnętrznie, jak i wewnętrznie, w zależności od potrzeb.

Antystatyki zapobiegają gromadzeniu się elektryczności statycznej na powierzchni tworzywa czy wyrobu. Spełniają również bardzo ważną funkcję w przetwórstwie, zwłaszcza przy formowaniu włókien syntetycznych i folii. Miesza się je z polimerem albo nanosi się na powierzchnię tworzywa wielkocząsteczkowego w postaci roztworu czy specjalnych preparacji antyelektrostatycznych [M. Dziewońska., 1995, s. 11-12]

Dodatek środków antystatycznych (antystatyków, przeciwstatyków) zmniejsza liczbę ładunków elektrycznych nagromadzonych na powierzchni polimerów. Usuwanie ładunku elektrostatycznego z powierzchni polimeru jest trudne. Można to osiągnąć przez dodatek sadzy lub sproszkowanego metalu. Najprostszym antystatykiem jest woda, która tworzy na powierzchni polimeru cienką warstewkę elektroprzewodzącą. Mechanizm tworzenia się ścieżek przewodzących polega na adsorpcji w cienkiej warstewce związków antystatycznych pochodzących z atmosfery.

Antystatyk musi mieć:

• właściwości hydrofilowe i higroskopijne,
• zdolność jonizacji w wodzie (obecność jonów zwiększa przewodnictwo wody),
• zdolność migracji w kierunku powierzchni (gromadzenie się na powierzchni próbki niezależnie od obecności w polimerze innych składników),

Antystatyk może być wprowadzany:

• zewnętrznie - nanoszenie na powierzchnie (napylanie, zanurzanie) wodnych lub alkoholowych roztworów, a następnie odparowanie rozpuszczalnika,
• wewnętrznie - dodatek 0,1-10% w czasie sporządzania mieszanek. Czas migracji ku powierzchni wynosi od kilku godzin do kilku dni.

Jako antystatyki przemysłowe stosuje się:

• sadzę,
• sproszkowane metale,
• związki zawierające azot (aminy i ich pochodne),
• związki zawierające fosfor (pochodne kwasu fosforowego (V), fosforany (V)) - stosowane do poli (chlorku winylu),
• związki zawierające siarkę (siarczany (VI), sulfoniany) - stosowane do poli (chlorku winylu) i polistyrenu [J. Rabek., 2008, s. 153-154]

Środki antystatyczne (antystatyki) zmniejszają liczbę ładunków elektrycznych nagromadzonych na powierzchni wyrobu. Są to związki, będące dobrymi przewodnikami elektryczności (np. grafit, sadza, proszek metalowy oraz środki antystatyczne kationowe), zmniejszające opór powierzchniowy. Znane są środki antystatyczne anionowe, których dodatek do tworzywa (nie powodując zmian oporu) zwiększa adsorpcję pary wodnej z otoczenia, można też w tym celu nacierać wyrób higroskopijnymi substancjami (np. roztworem mydła), których skuteczność maleje w czasie. Ponadto stosuje się środki antystatyczne, które migrując na powierzchnię wyrobu, tworzą tam mikroskopową warstwę smaru uniemożliwiającą wytwarzane ładunków elektrycznych podczas pocierania. Związki te powinny mieć odpowiednio dobraną masę cząsteczkową, aby były zdolne do migracji (mała M) i ulegały małemu ścieraniu (duża M). Do często stosowanych sposobów rozładowania ładunków zalicza się stosowanie taśm uziemiających (np. spirale metalowe na gumowych przewodach do benzyny), lub zjonizowanego powietrza (obniżenie oporu powietrza przez wyładowania iskrowe lub radioaktywne promieniowanie). [B. Łączyński.,1982, s. 92]

Jako antyelektrostatyki stosuje się substancje hydrofilowe (np. pochodne amin, estry polietylenoglikoli, mono - i di stearyniany gliceryny), które znacznie zmniejszają oporność powierzchniową tworzyw sztucznych z ponad 1015 Ω do poniżej 1011, a nawet do 1010 Ω. W wyniku tego nie następuje ani przyciąganie kurzu, ani inne zaburzenia wywołane elektrostatycznym ładowaniem się tworzyw sztucznych. Działanie "czasowych’’ antyelektrostatyków nanoszonych na powierzchnie tworzywa lub mających zdolność do migracji w kierunku tej powierzchni (Antistatic C, Statexon AN, Plexiklar) jest ograniczone w czasie. Antyelektrostatyki trwale inkorporowane do tworzywa zachowują swoje działanie bez ograniczenia w czasie. Przez zastosowanie dodatku sadz o dużym przewodnictwie elektrycznym do termoplastów (zwłaszcza do mieszanek poliolefin) osiąga się skrośne oporności właściwe od 102 do 105 Ω ∙ cm, co umożliwia wytwarzanie zarówno mas osłonowych, jak i powierzchniowych elementów grzejnych. Te antyelektrostatyki, które dodane już w niewielkich ilościach mogą zmniejszyć oporność właściwą do poniżej 1 Ω ∙ cm, mają ważne zastosowanie do wytwarzania osłon ekranujących emisje o wielkiej częstotliwości w urządzeniach elektronicznych i elektrycznych. Pokryte promotorami adhezji płatki aluminiowe, mikrowłókienka stalowe, posrebrzone włókna i kulki szklane, poniklowane cienkie włókienka grafitowe (średnica 8 µm + 0,5 µm warstwa niklu) - bardzo skutecznie już w niewielkich dodatkach, specjalne sadze i włókna węglowe są stosowane do urzędowo zalecanego tłumienia interferencji elektromagnetycznych (EMI) i częstotliwości radiowych (RFI) w zakresie 10 kHz-140 GHz ze średnią i dobrą skutecznością ekranowania powyżej 60 db. Wewnętrzne ściany obudów w celu ekranowania pokrywa się lakierami przewodzącymi, naparowaną próżniowo warstewką 5 µm aluminium (proces Elamet), natryskiem metali lub galwano chemicznie. Wytwarzanie tworzyw sztucznych samoistnie przewodzących prąd elektryczny ("dotowane’’ poliacetyleny i polipirole) znajduje się dopiero w fazie rozwojowej [H. Seachtling., 2000, s. 582-583]

Antystatyki — artykuły polecane

Biodegradacja — Flotacja — Polietylen — Koagulacja — Celuloid — Poliwęglany — Okowita — Odnowa biologiczna — Fracking

Bibliografia

• Duda I. (red.) (1995), Słownik pojęć towaroznawczych, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków
• Dziewońska M. (1995), Związki wielkocząsteczkowe – polimery, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków
• Łączyński B. (1982), Tworzywa wielkocząsteczkowe. Rodzaje i własności, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa
• Rabek J. (2008), Współczesna wiedza o polimerach, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Saechtling H. (2000), Tworzywa sztuczne - poradnik, Wydawnictwo Naukowo - Techniczne, Warszawa

Autor: Justyna Gryza