Zjawisko elektryzacji statycznej występujące w dużej skali może powodować poważne niebezpieczeństwo. Powstająca iskra może być przyczyną pożaru, eksplozji materiałów łatwopalnych oraz zatrzymania lub utrudnienia procesów przetwórczych i produkcyjnych. Ze względu na powszechność występowania tego zjawiska i negatywnych jego skutków, warto wiedzieć więcej na temat elektryzacji i sposobów zapobiegania jej

Ciekawostka W 1937 r. zjawisko elektryczności statycznej było powodem pożaru największego w historii sterowca Hindenburg. Przewoził on 200 tys. m3 wodoru, który w wyniku przeskoku iskry elektrycznej zapalił się i spowodował doszczętne spalenie sterowca.

Na czym polega elektryzacja statyczna?

Elektryzacja statyczna dotyczy materiałów o niskim przewodnictwie elektrycznym i dużym oporze (około 1014-1018 Ω). Zjawisko to polega na nadmiernym gromadzeniu się ładunków elektrycznych na takich materiałach jak tworzywa sztuczne. Elektryzacji ulegają przedmioty wykonane między innymi z:

• Poliwęglanu
• Poliuretanu
• Politereftalanu etylenu
• Polichlorku winylu
• Polipropylenu
• Polietylenu

Skutkiem nadmiernie zgromadzonych ładunków elektrycznych są wyładowania iskrowe, powodujące dyskomfort podczas użytkowania oraz utrudniające posługiwanie się przedmiotami wykonanymi z materiałów polimerowych. Oprócz niekorzystnego wpływu elektryzacji statycznej na ostatecznych użytkowników tworzyw sztucznych, zjawisko to negatywnie wpływa na procesy wytwarzania i przetwarzania polimerów. Ogranicza ono szybkość procesu produkcyjnego, generuje straty materiału oraz przyspiesza rozkład wyrobu, w wyniku którego powstają toksyczne związki.

Do elektryzacji statycznej dochodzi podczas:

• Przesypywania nieprzewodzących materiałów sypkich
• Przelewania cieczy
• Chodzenia po naelektryzowanej powierzchni
• Odwijania z bębna taśmy lub folii
• Zdejmowania i ubierania odzieży

W jaki sposób uniknąć elektryzacji?

W celu zminimalizowania lub całkowitego wyeliminowania zjawiska elektryzacji statycznej można zastosować odpowiednie dodatki antystatyczne. Są to surfaktanty, które obniżają polaryzowalność tworzyw sztucznych. Ich działanie polega na zmniejszeniu oporu właściwego powierzchni materiału. W efekcie ładunek elektryczny zostaje rozproszony, więc wyładowania wywołujące niekorzystne zjawiska nie występują.

Czym się różnią antystatyki zewnętrzne i wewnętrzne?

Antystatyki, pod względem aplikacyjnym, można podzielić na dwie grupy: wewnętrzne i zewnętrzne. Głównymi różnicami występującymi między nimi jest mechanizm działania, sposób aplikacji oraz czas aktywności dodatku.

Środki antystatyczne zewnętrzne są nanoszone na powierzchnię produktu gotowego, wykonanego z tworzywa sztucznego. Techniką stosowaną do nakładania dodatków antyelektrostatycznych jest natryskiwanie i zanurzanie. Efektywność zewnętrznych środków antystatycznych jest mniejsza niż wewnętrznych, co wynika z działania czynników mechanicznych, które powodują ścieranie naniesionej warstwy po około 6 tygodniach.

Działanie antystatyków wewnętrznych jest zupełnie inne. Substancje te dodawane są wraz z pozostałymi dodatkami do materiału polimerowego podczas jego przetwarzania. Po około 2 dniach od wytłaczania antyelektrostatyki wewnętrzne migrują do wierzchniej warstwy materiału, gdzie tworzą hydrofilową powierzchnię przyciągającą wodę. Pełni ona funkcję przewodzącą, powodując rozproszenie i odprowadzenie ładunku przez co zmniejsza stopień naładowania tworzywa sztucznego. Antystatyki wewnętrzne zapewniają ochronę przed elektryzowaniem przez około rok. Czas ten może być wydłużony, jeśli w wyniku migracji, cząsteczki dodatku będą zastępowały te, które zostaną starte z powierzchni tworzywa sztucznego.

Jakie związki chemiczne mają właściwości antystatyczne?

W przemyśle wykorzystywane są różnorodne dodatki antystatyczne. Dobór odpowiedniej substancji zależy od rodzaju tworzywa sztucznego, do którego dodatek ma zostać wprowadzony lub na który ma zostać naniesiony.

Wyróżniane są dwie grupy dodatków antystatycznych. Pierwszą z nich są jonowe dodatki antystatyczne stosowane do polimerów o dużej polarności oraz do tworzyw sztucznych, które przetwarzane są w stosunkowo niskich temperaturach, tj. polichlorek winylu lub polistyren. Do jonowych dodatków antystatycznych należą związki:

• Kationowe, takie jak czwartorzędowe sole amoniowe
• Anionowe, takie jak związki fosforopochodne (głównie fosforany (V)) i siarkopochodne (głównie siarczany (VI)).

Drugą grupą są niejonowe dodatki antystatyczne, dedykowane głównie poliolefinom. Przedstawicielami niejonowych związków zapobiegających elektryzowaniu są estry gliceryny oraz pochodne aminowe i amidowe, takie jak alkoksylowane aminy tłuszczowe i alkoksylowane amidy.

Jakie środki antystatyczne stosować?

Jednym z najpowszechniej występujących tworzyw sztucznych jest polietylen. Polimer ten chętnie wykorzystywany jest w przemyśle spożywczym do produkcji folii opakunkowych, butelek, pojemników i opakowań z kilku powodów. Charakteryzuje się dużą zdolnością do rozciągania. Nie posiada smaku ani zapachu, jest nietoksyczny i podatny na przetwarzanie. Cechy te czynią z niego materiał niemalże doskonały. Jednak ze względu na rezystancję powierzchniową tego polimeru wynoszącą 1015Ω, ulega on elektryzacji statycznej, co jest niekorzystnym zjawiskiem utrudniającym posługiwanie się nim. Konieczne jest zatem stosowanie środków, które będą zapobiegały gromadzeniu się ładunków elektrycznych na powierzchni tego tworzywa. W celu zabezpieczenia polietylenu przed zjawiskiem elektryzacji statycznej można stosować odpowiednie surfaktanty. Środki antystatyczne wewnętrzne można znaleźć w katalogu produktowym Grupy PCC. Są to między innymi:

• Chemstat 122,
• Chemstat PS-101,
• Chemstat G118/9501,
• Chemstat 3820
• Chemstat LD-100/60DC

Dodatki te skutecznie zapobiegają przed elektryzowaniem polietylenu, poprzez obniżanie oporu powierzchniowego do wartości 1010Ω. Sprawdzą się one w produkcji opakowań wykorzystywanych w przemyśle spożywczym. Dodatkiem dedykowanym do folii typu stretch jest Roksol AZR, czyli specjalistyczny surfaktant obniżający opór powierzchniowy do wartości 108Ω.

Jakie są cechy skutecznego środka antyelektrostatycznego?

Cechami antystatyków zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych, które zapewniają efektywność działania, są:

• Migracja do wierzchniej warstwy tworzywa sztucznego
• Zdolność do zwiększania przewodnictwa elektrycznego powierzchni materiału
• Charakter hydrofilowy
• Higroskopijność

Czy stosowanie antystatyków to konieczność?

W produkcji tworzyw sztucznych stosowanie środków antystatycznych jest konieczne. Dodatki te są niezbędne, ponieważ pozwalają ułatwić proces produkcyjny, a także późniejsze używanie wyrobu gotowego. Dzięki nim można uniknąć niebezpiecznych wyładowań iskrowych, powodujących dyskomfort użytkowania. Dodatkową korzyścią antystatyków jest ograniczenie kumulowania się kurzu na powierzchni tworzyw sztucznych. Atutem dodatków antystatycznych jest również elastyczność zastosowań wynikająca z różnorodności mechanizmów działania tych substancji. Stwarzają one możliwość dopasowania ich do warunków procesu produkcyjnego i zintensyfikowanie efektu końcowego.