IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Description. Plastics are inherently insulative (typical surface resistivities in the range of 1012 to 1014 /square) and cannot readily dissipate a static charge. The primary role of an antistatic agent or antistat is to prevent the buildup of static electrical charge resulting from the transfer of electrons to the surface. This static electricity can be generated during processing, transportation, handling, or in final use. Friction between two or more objects (for example, the passage of copy paper over a roller) is usually the cause of static electricity. Typical electrostatic

voltages can range from 6000 to 35,000 V.

When the unprotected plastic is brought into contact with another material, loosely bound electrons pass across the interface. When these materials are then separated, one surface has an excess charge, while the other has a deficiency of electrons. In most plastics the excess charge will linger or discharge, causing the following problems:

- Fire and explosion hazards

- Poor mold release

- Damage to electrical components

- Attraction of dust

Antistats function to either dissipate or promote the decay of static electricity. Secondary benefits of antistat incorporation into polymer systems include improved processability and mold release, as well as better internal and external lubrication. Therefore, in certain applications, antistatic agents can also function as lubricants, slip agents, and mold release agents.

This discussion will focus on chemical antistats and excludes inorganic conductive additives such as carbon black, metal-coated carbon fiber, and stainless steel wire. Chemical antistatic additives can be categorized by their method of application (external and internal) and their chemistry. Most antistats are hydroscopic materials and function primarily by attracting water to the surface. This process allows the charge to dissipate rapidly. Therefore, the ambient humidity level plays a vital role in this mechanism. With an increase in humidity, the surface conductivity of the treated polymer is increased, resulting in a rapid flow of charge and better antistatic properties. Conversely, in dry ambient conditions, antistats which rely on humidity to be effective may offer erratic performance.

External antistats. External, or topical, antistats are applied to the surface of the finished plastic part through techniques such as spraying, wiping, or dipping. Since they are not subjected to the temperatures and stresses of plastic compounding, a broad range of chemistries is possible. The most common external antistatic additives are quaternary ammonium salts, or “quats,” applied from a water or alcohol solution. Because of low temperature stability and potential resin degradation, quats are not normally used as internal antistats. However, when topically applied, quats can achieve low surface resistivities and are widely used in such short-term applications as the prevention of dust accumulation on plastic display parts. More durable applications are not generally feasible because of the ease with which the quat antistat coating can be removed from the plastic during handling, cleaning, or other processes. For longer-term protection internal antistats are used.

Migratory antistats (MAS). Migratory antistats have chemical structures that are composed of hydrophilic and hydrophobic components. These materials have limited compatibility with the host plastic and migrate or bloom to the surface of the molded product. The hydrophobic portion provides compatibility within the polymer and the hydrophilic portion functions to bind water molecules onto the surface of the molded part.

If the surface of the part is wiped, the MAS is temporarily removed, reducing the antistat characteristics at the surface. Additional material then migrates to the surface until the additive is depleted. These surface-active antistatic additives can be cationic, anionic, and nonionic compounds.

Cationic antistats are generally long-chain alkyl quaternary ammonium, phosphonium, or sulfonium salts with, for example, chloride counterions. They perform best in polar substrates, such as rigid PVC and styrenics, but normally have an adverse effect on the resin’s thermal stability. These antistat products are usually not approved for use in food-contact applications. Furthermore, antistatic effects comparable to those obtained from other internal antistats such as ethoxylated amines are only achieved with significantly higher levels, typically, five- to tenfold.

Anionic antistats are generally alkali salts of alkyl sulfonic, phosphonic, or dithiocarbamic acids. They are also mainly used in PVC and styrenics. Their performance in polyolefins is comparable to cationic antistats. Among the anionic antistats, sodium alkyl sulfonates have found the widest applications in styrenics, PVC, polyethylene terephthalate, and polycarbonate.

Nonionic antistats, such as ethoxylated fatty alkylamines, represent by far the largest class of migratory antistatic additives. These additives are widely used in PE, PP, ABS, and other styrenic polymers. Several types of ethoxylated alkylamines that differ in alkyl chain length and level of unsaturation are available. Ethoxylated alkylamines are very effective antistatic agents, even at low levels of relative humidity, and remain active over prolonged periods. These antistatic additives have wide FDA approval for indirect food contact applications. Other nonionic antistats of commercial importance are ethoxylated alkylamides such as ethoxylated lauramide and glycerol monostearate (GMS). Ethoxylated lauramide is recommended for use in PE and PP where immediate and sustained antistatic action is needed in a low-humidity environment. GMS-based antistats are intended only for static protection during processing. Even though GMS migrates rapidly to the polymer surface, it does not give the sustained antistatic performance that is obtainable from ethoxylated alkylamines or ethoxylated alkylamides.

The optimum choice and addition level for MAS additives depends upon the nature of the polymer, the type of processing, the processing conditions, the presence of other additives, the relative humidity, and the end use of the polymer. The time needed to obtain a sufficient level of antistatic performance varies. The rate of buildup and the duration of the antistatic protection can be increased by raising the concentration of the additive. Excessive use of antistats can, however,

lead to greasy surfaces on the end products and adversely affect printability or adhesive applications. Untreated inorganic fillers and pigments like TiO2 can absorb antistat molecules to their surface, and thus lower their efficiency. This can normally be compensated for by increasing the level of the antistat. The levels of antistat for foodcontact applications are regulated by the U.S. Food and Drug Administration (FDA).

Definitions

Additives. Plastic additives are comprised of an extremely diverse group of materials. Some are complex organic molecules (antioxidants and light stabilizers for example) designed to achieve dramatic results at very low loadings. At the opposite extreme are a few commodity materials (talc and glyceryl monostearate) which also can impart significant property improvements.

Adding to this complexity is the fact that many varied chemical materials can, and frequently do, compete in the same function. Also, the same material type may perform more than one function in a host plastic. An example would include the many surfactant type materials based on fatty acid chemistry which could impart lubricant, antistatic, mold release, and/or slip properties to a plastic matrix, depending upon the materials involved, loading level, processing conditions, and

application. Given the range of materials used, plastic additives are generally classified by their function rather than chemistry.

Plastics. Plastics denotes the matrix thermoplastic or thermoset materials in which additives are used to improve the performance of the total system. There are many different types of plastics that use large volumes of chemical additives including (in order of total additive consumption): polyvinyl chloride (PVC), the polyolefins [polyethylene (PE) and polypropylene (PP)], the styrenics —[polystyrene (PS) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS)], and engineering resins such as polycarbonate and nylon.

Antiblock and Slip Agents

Antiblocking agents. Antiblocking agents function by roughening the surface of film to give a spacing effect. The inherent tack of linear lowdensity polyethylene (LLDPE) and low-density polyethylene (LDPE) is a detriment when used in film where self-adhesion is undesirable. An antiblock additive is incorporated by the compounder to cause a slight surface roughness which prevents the film from sticking to itself.

Years ago, efforts were made to prevent this by dusting the surface with corn starch or pyrogenic silica. This process was abandoned because of potential health concerns. Antiblocking agents are now melt-incorporated into the thermoplastic either via direct addition or by use of a master batch.

Antiblocking agents are used in polyolefin films in conjunction with slip agents in such consumer items as trash bags, shipping bags, and a variety of packaging applications. The most common polymers extruded into film include LLDPE and LDPE. Lesser amounts of highdensity polyethylene (HDPE) are used for these as well as other film applications. PE resins are used in film for their toughness, low cost and weight, optical properties, and shear sealability.

While both organic and inorganic materials are used as antiblocking agents, the inorganics make up the bulk of the market. The four major types of antiblocking agents are:

- Diatomaceous earth

- Talc

- Calcium carbonate

- Synthetic silicas and silicates

The suppliers of inorganic additives to the plastics industry market their products primarily as fillers and extenders. While many of these products can also be used as antiblocking agents in polyethylene films, only a few suppliers actively market their products for this end use.

Slip agents. Slip agents or slip additives are the terms used by industry for those modifiers that impart a reduced coefficient of friction to the surface of finished products. Slip agents can significantly improve the handling qualities of polyolefins and, to a lesser extent, PVC, in film and bag applications. They help speed up film production and ensure final product quality. Fatty acid amides, the primary chemical type used as slip agents, are similar to migratory antistatic agents

and some lubricants with a molecule which has both a polar and nonpolar portion. These additives migrate to the surface and form a very thin molecular layer that reduces surface friction. Slip agents are typically employed in applications where surface lubrication is desired—either during or immediately after processing. To accomplish this, the materials must exude quickly to the surface of the film. To function properly they should have only limited compatibility with the resin. Slip agents, in addition to lowering surface friction, can also impart the following characteristics:

- Lower surface resistivity (antistatic properties)

- Reduce melt viscosity

- Mold release

Slip agents are often referred to as lubricants. However, they should not be confused with the lubricants which act as processing aids. While most slip agents can be used as lubricants, many lubricants cannot be used as slip agents since they do not always function externally.

The major types of slip agents include:

- Fatty acid amides (primarily erucamide and oleamide

- Fatty acid esters

- Metallic stearates

- Waxes

- Proprietary amide blends

Antiblock and slip agents can be incorporated together using combination master batches which give the film extruder greater formulation control.

Антистатики

Описание. Пластмассы по своей природе изолирующие (типичные поверхностные сопротивления в диапазоне от 1012 до 1014 / квадрат) и не может легко рассеивать статический заряд. Основная роль антистатика - предотвратить накопление статического электрического заряда в результате переноса электронов к поверхности. Это статическое электричество может образовываться в процессе переработки, транспортировки, обработки, или в окончательном использовании. Трение между двумя или более объектами (например, прохождение через копировальную бумагу ролика), как правило, является причиной статического электричества. Типичная электростатическое. Напряжение может быть в диапазоне от 6000 до 35000 В.

Когда незащищенный пластик вводится в контакт с другим материалом, слабо связанные электроны проходят через интерфейс. Когда эти материалы затем разделены, одна поверхность имеет избыточный заряд, в то время как другой имеет недостаток электронов. В большинстве пластмасс избыточный заряд будет задерживаться или разряда, вызывая следующие проблемы:

- опасность пожара и взрыва

- Плохо релиз пресс-формы

- Повреждение электрических компонентов

- Привлечение пыли

Антистатики функционировать либо рассеивать или способствовать распаду статического электричества. Вторичные преимущества Antistat включения в полимерные системы включают в себя улучшенную технологичность и выпуск пресс-форм, а также лучшую внутреннюю и внешнюю смазку. Таким образом, в некоторых применениях, антистатики могут также функционировать в качестве смазочных материалов, добавки, понижающие трение, а также смазки для форм.

Это обсуждение будет сосредоточено на химических антистатики и исключает неорганические проводящие добавки, такие как сажа, с металлическим покрытием из углеродного волокна и проволоки из нержавеющей стали. Химические добавки антистатическими можно классифицировать по способу их применения (внешних и внутренних) и их химии. Большинство антистатики являются гигроскопической материалы и функционировать в первую очередь за счет привлечения воды на поверхность. Этот процесс позволяет заряд быстро рассеиваться. Таким образом, уровень влажности окружающей среды играет важную роль в этом механизме. При увеличении влажности, поверхностную проводимость обработанного полимера увеличивается, что приводит к быстрому потоку заряда и лучше антистатическими свойствами. И наоборот, в сухих условиях окружающей среды, антистатики, которые полагаются на влажность, чтобы быть эффективным может предложить неустойчивую работу.

Внешние антистатики. Внешнее, или местное применение, антистатики наносят на поверхности готового пластмассовой детали с помощью таких методов, как распыление, обтирания, или окунанием. Так как они не подвергаются температур и напряжений пластического рецептуре, широкий спектр химических возможно. Наиболее распространенные внешние антистатическими добавками являются соли четвертичного аммония, или "четв", применяемые из водного или спиртового раствора. Из-за низкой температурной стабильности и потенциальной деградации смолы, четвертичные соединения, как правило, не используются в качестве внутренних антистатиков. Тем не менее, при местном применении, четвертичные может достичь низких поверхностных сопротивлениями и широко используются в таких краткосрочных применений, как предотвращение накопления пыли на пластмассовых деталей дисплея. Более прочные приложения обычно не представляется возможным из-за легкости, с которой антистатик покрытие четв может быть удален из пластика во время обработки, очистки или других процессов. Для долгосрочной защиты используются внутренние антистатики.

Миграционные антистатики (MAS). Миграционные антистатики имеют химические структуры, которые состоят из гидрофильных и гидрофобных компонентов. Эти материалы имеют ограниченную совместимость с хост-пластика и мигрируют или матовость поверхности формованного изделия. Гидрофобная часть обеспечивает совместимость внутри полимера и гидрофильного функций части, чтобы связывать молекулы воды на поверхности отлитой детали.

Если поверхность части вытирается, то MAS временно удалены, уменьшая антистатика характеристики на поверхности. Дополнительный материал затем мигрирует к поверхности, пока добавка не будет исчерпан. Эти поверхностно-активные добавки, антистатики могут быть катионными, анионными и неионных соединений.

Катионные антистатические вещества, как правило, с длинной цепью алкил четвертичного аммония, фосфония или сульфония соли с, например, хлорид противоионы. Они наиболее эффективны в полярных субстратах, таких как жесткого ПВХ и стиролов, но как правило, имеют негативное влияние на термическую стабильность в Ресина. Эти Antistat продукты, как правило, не утверждены для использования в пищевой контакт приложений. Кроме того, антистатический эффекты, сравнимые с результатами, полученными из других внутренних антистатики, такие как этоксилированные амины достигается только при значительно более высоких уровней, как правило, пяти- до десятикратного.

Анионные антистатики, как правило, щелочные соли алкилсульфоновых, фосфиновой дитиокарбаминовых кислот. Кроме того, они в основном используются в ПВХ и стиролов. Их производительность в полиолефины сравнима с катионных антистатиков. Среди анионных антистатики, алкильными натрия сульфонатов нашли самое широкое применение в стиролов, ПВХ, полиэтилентерефталат, и поликарбоната.

Неионные антистатики, такие как этоксилированные жирные алкиламины, представляют самый крупный класс мигрирующих антистатических добавок. Эти добавки широко используются в ПЭ, ПП, АБС и других стирольных полимеров. Существует несколько типов этоксилированные алкиламины, которые различаются в алкильной длины цепи и степени ненасыщенности доступны. Этоксилированные алкиламины являются очень эффективными антистатики, даже при низких уровнях относительной влажности, и остаются активными в течение продолжительных периодов времени. Эти антистатики добавки имеют широкое одобрение FDA для косвенного контакта с пищевыми продуктами. Другие неионные антистатики коммерческого значения являются этоксилированные алкиламиды, такие как этоксилированный лаурамид и моностеарат глицерина (GMS). Этоксилированный лаурамид рекомендуется для использования в ПЭ и ПП, где непосредственный и устойчивый антистатический действие необходимо в среде с низкой влажностью. антистатики ГМС на основе предназначены только для защиты от статического электричества во время обработки. Несмотря на то, ГМС быстро мигрирует к поверхности полимера, она не дает устойчивый антистатический производительность, которая может быть получена из этоксилированных алкиламинов или этоксилированные алкиламиды.

Оптимальный выбор и уровень добавления для MAS добавок зависит от природы полимера, типа обработки, условия обработки, присутствие других добавок, относительная влажность, и конечное использование полимера. Время, необходимое для получения достаточного уровня антистатических производительность меняется. Скорость нарастания и длительность антистатической защиты может быть увеличена за счет повышения концентрации добавки. Чрезмерное использование антистатики может, однако, приводят к засаленных поверхностей на конечные продукты и отрицательно влияют на пригодность для печатания или клейких приложения. Необработанные неорганические наполнители и пигменты, такие как TiO2, могут поглощать молекулы антистатика на их поверхности, и тем самым снижают их эффективность. Обычно это можно компенсировать путем повышения уровня антистатика. Уровни антистатиком для foodcontact применения регулируются продуктами и лекарствами США (FDA).

Антиблок, сшивающий агент.

Антиадгезивы. Антиадгезивы функционируют путем придания шероховатости поверхности пленки, чтобы дать эффект Spacing. Присущая липкость линейного полиэтилена lowdensity (LLDPE) и полиэтилена низкой плотности (LDPE) является вредом, когда используется в фильме, где самослипание нежелательно. Антиблокировочной добавка вводится с помощью компаундов, чтобы вызвать незначительное шероховатость поверхности, которая предотвращает прилипание пленки к себе.

Несколько лет назад, были предприняты усилия, чтобы предотвратить это опылением поверхность с кукурузным крахмалом или пирогенного диоксида кремния. Этот процесс был заброшен из-за возможных проблем со здоровьем. Антиадгезивы в настоящее время в расплаве включены в термопластичный либо посредством непосредственного добавления или с использованием маточной смеси.

Антиадгезивы используются в полиолефиновых пленок в сочетании с скольжения агентов в таких потребительских товаров, как мешки для мусора, мешки, доставку и различных упаковочных материалов. Наиболее распространенные полимеры экструдированные в виде пленки включают LLDPE и LDPE. Меньшие количества полиэтилена высокой плотности, (HDPE) используются для этих, а также других применений пленки. PE смолы используются в пленке для их ударной вязкостью, низкой стоимости и веса, оптические свойства и уплотняющей сдвига.

В то время как органические и неорганические материалы используются в качестве антиблокировочной агенты, неорганические вещества составляют основную часть рынка. Четыре основных типа антиадгезивы являются:

- Кизельгур

- Тальк

- Карбонат кальция

- Синтетические диоксиды кремния и силикаты

Поставщики неорганических добавок к индустрии пластмасс рынке их продукции, прежде всего, как наполнители и наполнители. В то время как многие из этих продуктов также могут быть использованы в качестве антиадгезивы в полиэтиленовых пленок, только несколько поставщиков активно продавать свою продукцию для этого конечного использования.

Слип агент. Слип агенты или добавки скольжения термины, используемые в промышленности для тех модификаторов, которые придают пониженный коэффициент трения на поверхности готовой продукции. Слип агенты могут значительно улучшить обработку качества полиолефинов и, в меньшей степени, ПВХ, в кино- и рукавных приложений. Они помогают ускорить производство пленки и обеспечить качество конечного продукта. Амиды жирных кислот, первичный химический тип, используемый в качестве добавки, понижающие трение, подобны мигрирующие антистатики

и некоторые смазки с молекулой, которая имеет как полярной и неполярной части. Эти добавки мигрируют на поверхность и образуют очень тонкий молекулярный слой, который уменьшает поверхностное трение. Слип агенты обычно используют в тех случаях, когда желательно-либо поверхность смазки во время или сразу же после обработки. Для достижения этой цели, материалы должны быстро проступать на поверхности пленки. Для того, чтобы функционировать должным образом, они должны иметь ограниченную совместимость со смолой. Скольжение агенты, в дополнение к снижению поверхностного трения, могут также придавать следующие характеристики:

- Нижняя поверхностное сопротивление (антистатическими свойствами)

- Снижение вязкости расплава

- Выпуск пресс-форм

Слип агенты часто называют в качестве смазочных материалов. Тем не менее, они не должны быть перепутаны с смазочными материалами, которые действуют в качестве технологических добавок. В то время как большинство агентов скольжения могут быть использованы в качестве смазочных материалов, многие смазочные материалы не могут быть использованы в качестве добавки, понижающие трение, так как они не всегда функционируют внешне.

Основные типы агентов скольжения включают:

- Амиды жирных кислот (в основном эрукамид и олеамид)

- Жирные кислоты эфиры

- металлические стеараты

- Воски

- Собственные амидные смеси.

Код для цитирования: Скопировать