Statische elektriciteit is een veel voorkomend natuurkundig fenomeen, dat vaak wordt waargenomen tijdens dagelijkse activiteiten. Dit kan zich bijvoorbeeld manifesteren door een elektrische vonk bij het aanraken van verschillende voorwerpen (bijvoorbeeld een winkelwagentje, een handvat, een auto), of zelfs een mens, of tijdens het kammen van haar - wanneer ze opstaan.
Statische elektriciteit kan ook op veel grotere schaal voorkomen en ernstige, negatieve effecten veroorzaken. De vonk als gevolg van elektrische ladingen kan leiden tot brand of zelfs 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 over manieren om het optreden ervan tegen te gaan.
Statische elektriciteit – waar gaat het over?
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 plastic producten 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 materiaalverliezen, veroorzaakt een verontreiniging van het product en versnelt de afbraak ervan, waardoor giftige verbindingen vrijkomen. Stationaire elektrische lading kan optreden tijdens het gieten van vloeistof of het gieten van niet-geleidende losse materialen, het afwikkelen van tape of folie van een trommel, het lopen op een geëlektrificeerd oppervlak of het aan- en uittrekken van kleding.
Hoe statische elektriciteit te vermijden?
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 resultaat vermindert het optreden van het nadelige fenomeen.
Externe en interne antistatische middelen – hoe verschillen ze?
Antistatische middelen kunnen volgens hun toepassing in twee groepen worden verdeeld: externe en interne antistatische middelen. Ze verschillen van elkaar in de wijze van aanbrengen, 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 als sproeien en dippen gebruikt. De duur van de antistatische werking van dit type verbindingen is zeer 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 heel 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 de 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 zijn geschuurd, 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 te hoge temperaturen vereisen 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 zoals polyvinylchloride en polystyreen.
De tweede groep zijn niet-ionische additieven , die vooral 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 kenmerken hebben die hun hoge efficiëntie garanderen. Deze kenmerken zijn voornamelijk:
• hydrofiele en hygroscopische eigenschappen,
• het vermogen van ionisatie 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 voedingsindustrie
De belangrijkste grondstof voor de productie van verpakkingsfolie in de voedingsindustrie is polyethyleen . Polyethyleen (PE) is een polymeer dat wordt gekenmerkt door treksterkte, gebrek aan geur en smaak en een wasachtige structuur met een melkachtige kleur. Dankzij deze eigenschappen wordt het gebruikt bij de productie van onder meer: folies, verpakkingen, containers, flessen, maar ook drinkwaterleidingen . De kunststof heeft een oppervlakteweerstand van ongeveer 10 15 , waardoor de elektrostatische verschijnselen voor een groot deel duidelijk zijn. Om deze reden is het tijdens de productie van verschillende polyethyleenelementen noodzakelijk om middelen te gebruiken die de accumulatie van ladingen voorkomen.
Welke oppervlakteactieve stoffen kunnen als antistatische middelen worden gebruikt?
Antistatische middelen die vaak worden gebruikt in polyethyleen zijn inwendig aangebrachte verbindingen. Het productportfolio van de PCC Group omvat producten als: Chemstat 122 , Chemstat PS-101 , Chemstat G118/9501 , Chemstat 3820 en Chemstat LD-100/60DC . Deze stoffen verminderen effectief de oppervlakteweerstand, zelfs tot de waarde van 10 10 Ω, wat een uitstekend antistatisch effect garandeert, waardoor het probleem van de opbouw van elektrische ladingen op het oppervlak van het materiaal en vonkontladingen wordt geëlimineerd. Een deel ervan kan ook worden gebruikt bij de productie van verpakkingen voor de voedingsindustrie. Bijzondere aandacht moet worden besteed aan het specialistische product,Roksol AZR . Dit antistatische middel is bestemd voor rekfolie die wordt gebruikt bij het handmatig verpakken van goederen op pallets. Het product heeft uitstekende antistatische eigenschappen, omdat het de oppervlakteweerstand verlaagt tot 108 Ω.
Antistatische middelen – toevoeging of noodzaak?
Het gebruik van antistatische middelen bij de productie van kunststoffen is zeker 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 die worden aangetrokken door te veel elektrische lading. Door 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 van het grootste Hindenburg-luchtschip in de geschiedenis van Duitsland. Het bevatte 200.000 m 3 ontvlambare waterstof. Tijdens de landing, hoogstwaarschijnlijk door een elektrische vonk, ontbrandde het gas, waardoor het luchtschip volledig afbrandde.
