L'elettricità statica è un fenomeno fisico comune, spesso osservato durante le attività quotidiane. Questo può essere manifestato, ad esempio, da una scintilla elettrica mentre si toccano vari oggetti (ad esempio un carrello della spesa, una maniglia, un'auto), o anche un essere umano, o mentre si pettina i capelli - quando si alzano in piedi.
L’elettricità statica può anche verificarsi su scala molto più ampia e causare gravi effetti negativi. La scintilla derivante dalle cariche elettriche può provocare un incendio o addirittura un’esplosione di materiali infiammabili, oltre a impedire il corso di molti processi di produzione e lavorazione. Quindi, vale sicuramente la pena saperne di più sulla specificità di questo fenomeno, nonché sui modi per contrastare il suo verificarsi.
Elettricità statica: di cosa si tratta?
L’elettricità statica è un accumulo di cariche elettriche su materiali con bassa conduttività e alta resistenza superficiale (10 14 – 10 18 Ω). Ciò si applica, tra l’altro, ai materiali polimerici, come:
• polietilene (PE),
• polipropilene (PP),
• cloruro di polivinile (PVC),
• polietilene tereftalato (PET),
• poliuretano (PUR),
• policarbonato (PC).
Le cariche elettriche accumulate provocano scariche di scintille che impediscono l’uso di prodotti in plastica. L’elettricità statica, tuttavia, ha un effetto negativo non solo sugli utenti finali dei polimeri. Colpisce anche la lavorazione e la produzione di polimeri. Questo fenomeno riduce la velocità del processo tecnologico, genera perdite di materiale, provoca una contaminazione del prodotto e accelera la sua decomposizione, a seguito del quale vengono rilasciati composti tossici. Può verificarsi una carica elettrica stazionaria mentre si versa liquido o si versano materiali sciolti non conduttivi, si srotolano nastri o fogli di alluminio da un tamburo, si cammina su una superficie elettrificata o si indossano e si tolgono i vestiti.
Come evitare l’elettricità statica?
L’elettricità statica può essere ridotta al minimo o addirittura completamente eliminata mediante l’uso di additivi antistatici appropriati, come i tensioattivi che riducono la polarizzazione della plastica . Gli agenti antistatici riducono la resistività superficiale dei materiali, che provocano la dissipazione della carica e di conseguenza riduce il verificarsi del fenomeno avverso.
Agenti antistatici esterni ed interni: come si differenziano?
Gli agenti antistatici possono essere suddivisi in base alla loro applicazione in due gruppi: agenti antistatici esterni e interni. Differiscono l’uno dall’altro nel metodo di applicazione, nel meccanismo d’azione e nella durata dell’azione antistatica. Gli agenti antistatici esterni vengono applicati sulla superficie della plastica finita. Qui vengono utilizzate come la spruzzatura e l’immersione. La durata dell’azione antistatica di questo tipo di composti è molto breve, a causa della loro abrasione sotto l’influenza dei fattori meccanici. Questi composti perdono la loro attività dopo appena 6 settimane e sotto questo aspetto non eguagliano le proprietà degli agenti antistatici interni. Gli agenti antistatici interni , che vengono aggiunti alla plastica durante la sua lavorazione, come altri tipi di additivi polimerici, funzionano in modo completamente diverso. Dopo 24-48 ore dal processo di estrusione, migrano sulla superficie del materiale, formando un film igroscopico che attrae l’acqua. Lo strato creato ha una funzione conduttiva, in quanto scarica l’elettricità statica e riduce il livello di carica plastica. L’effetto antistatico nel caso di agenti antistatici interni è di lunga durata (generalmente oltre un anno). È la migrazione degli agenti antistatici interni che garantisce un periodo più lungo della loro attività: gli strati che vengono abrasi dalla superficie del polimero vengono sostituiti.
Composti chimici con proprietà antistatiche
A seconda del tipo di plastica, nell’industria vengono utilizzati agenti antistatici con varie chimiche. Fondamentalmente, ci sono due gruppi: additivi ionici e non ionici. Il primo gruppo è consigliato per polimeri con polarità relativamente elevata o per materiali che non richiedono temperatura troppo elevata durante la lavorazione del film. Gli agenti antistatici ionici sono composti vengono:
• composti cationici, che includono sali di ammonio quaternario,
• composti anionici – si tratta principalmente di composti contenenti fosforo (derivati di acido fosforico (V), fosfati (V)) – utilizzati per il cloruro di polivinile, nonché composti contenenti zolfo (solfati (VI), solfonati) – utilizzati per polimeri come come polivinilcloruro e polistirene.
Il secondo gruppo sono gli additivi non ionici , che sono consigliati principalmente per le poliolefine. Gli agenti antistatici non ionici sono derivati ammidici (ammidi alcossilato), derivati amminici ( ammine grasse alcossilate ) ed esteri del glicerolo.
Quali sono le caratteristiche di un efficace agente antistatico?
Indipendentemente dal meccanismo d’azione, gli agenti antistatici dovrebbero avere diverse caratteristiche che ne garantiscano un’elevata efficienza. Queste caratteristiche sono principalmente:
• proprietà idrofile e igroscopiche,
• la capacità di ionizzazione in acqua – la presenza di ioni aumenta la conducibilità dell’acqua,
• la capacità di migrare verso la superficie del materiale.
Materie plastiche nell’industria alimentare
La principale materia prima utilizzata nella produzione di film da imballaggio nell’industria alimentare è il polietilene . Il polietilene (PE) è un polimero caratterizzato da resistenza alla trazione, mancanza di odore e sapore e una struttura cerosa dal colore lattiginoso. Grazie a queste proprietà, viene utilizzato, tra l’altro, nella produzione di: pellicole, imballaggi, contenitori, bottiglie e tubi per l’acqua potabile . La plastica ha una resistenza superficiale di circa 10 15 Ω, che rende evidenti i fenomeni elettrostatici in larga misura. Per questo motivo, durante la produzione di vari elementi in polietilene, è necessario utilizzare agenti che impediscano l’accumulo di cariche.
Quali tensioattivi possono essere utilizzati come agenti antistatici?
Gli agenti antistatici utilizzati nel polietilene sono composti applicati internamente. Il Portafoglio Prodotti del Gruppo PCC comprises prodotti Quali: Chemstat 122 , Chemstat PS-101 , Chemstat G118 / 9501 , Chemstat 3820 e Chemstat LD-100 / 60DC . Queste sostanze riducono efficacemente la resistenza superficiale anche al valore di 10 10 Ω, che garantiscono un ottimo effetto antistatico, eliminando così il problema dell’accumulo di cariche elettriche sulla superficie del materiale e scariche di scintille. Alcuni di essi possono essere utilizzati anche nella produzione di imballaggi per l’industria alimentare. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al prodotto specialistico, che è Roksol AZR . Questo agente antistatico è dedicato al film estensibile utilizzato nell’avvolgimento manuale di merci su pallet. Il prodotto ha eccellenti proprietà antistatiche, in quanto abbassa la resistenza superficiale a 10 8 Ω.
Agenti antistatici: aggiunta o necessità?
L’utilizzo di agenti antistatici nella produzione di materie plastiche è sicuramente una necessità. La loro presenza è fondamentale in quanto facilitano il processo produttivo e prevengono pericolose scariche di scintille. Offrono anche ulteriori vantaggi come limitare l’accumulo di polvere su oggetti in plastica che vengono attratti da troppe cariche elettriche. A causa dei vari meccanismi d’azione degli agenti antistatici, è possibile adattarli a condizioni specifiche del processo di produzione e massimizzare l’effetto finale.
Fatto interessante
Nel 1937 l’elettricità statica ha causato l’incendio del più grande dirigibile Hindenburg nella storia della Germania. Conteneva 200.000 m 3 di idrogeno infiammabile. Durante l’atterraggio, molto probabilmente a causa di una scintilla elettrica, il gas si è acceso, facendo bruciare completamente il dirigibile.
