Phụ gia chống tĩnh điện là gì?

Phụ gia chống tĩnh điện hay còn gọi là chất chống tĩnh điện còn được gọi là chất phụ gia chống tĩnh điện, để loại bỏ tác hại của tĩnh điện, một lượng nhỏ hóa chất được trộn vào vật liệu cách điện để tăng độ dẫn điện và tính ưa nước của vật liệu, giảm điện trở thể tích và điện trở bề mặt, đồng thời thúc đẩy rò rỉ điện tích. Chất hóa học được thêm vào này gọi là chất chống tĩnh điện (còn gọi là chất dẫn điện, chất khử tĩnh điện…).

Sản phẩm này là một tác nhân hóa học có thể làm tăng độ dẫn bề mặt và độ dẫn thể tích của chất điện môi và ngăn chúng tạo ra tĩnh điện. Nguy cơ tĩnh điện rất phổ biến ở nhiều doanh nghiệp công nghiệp và khai thác mỏ, nó không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn tạo ra tia lửa điện do cường độ điện trường quá cao, đốt cháy hỗn hợp hơi, khí hoặc bụi và không khí dễ cháy, gây ra tai nạn nổ lớn. Khi tĩnh điện do chất điện môi tạo ra đạt đến mật độ điện tích nhất định, lực tương tác sẽ xuất hiện ở các phần khác nhau của vật liệu điện môi đang được xử lý, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất thông thường. Đây là hiện tượng nhiễu quá trình do lực tĩnh điện gây ra.

Xem thêm: Túi chống tĩnh điện

Dòng điện yếu do tĩnh điện gây ra sẽ gây hại cho sức khỏe con người nếu nó chạy qua cơ thể con người trong thời gian dài hoặc phóng điện tức thời vào cơ thể con người. Các chất chống tĩnh điện có thể được chia thành các loại hút ẩm và hoạt động bề mặt theo tính chất của chúng. Các chất chống tĩnh điện hút ẩm có đặc tính hút ẩm hoặc giữ ẩm và có thể tạo thành màng nước trên bề mặt chất điện môi; ví dụ về loại này bao gồm polysiloxan, polyol amin, ethylene glycol, glycerol, sorbitol và muối vô cơ (Canxi clorua, sách hóa học lithium clorua, magie clorua ).

Chất chống tĩnh điện loại chất hoạt động bề mặt, phần lipophilic của phân tử của nó được gắn chắc chắn vào bề mặt chất điện môi và phần ưa nước hấp thụ độ ẩm từ không khí, từ đó tạo thành một lớp dẫn điện mỏng trên bề mặt nhựa để loại bỏ tĩnh điện. Theo phương pháp sử dụng, chất chống tĩnh điện có thể được chia thành chất chống tĩnh điện bên ngoài và chất chống tĩnh điện bên trong. Trong các ngành công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản và luyện kim, để ngăn chặn tác động tĩnh điện do chế biến bột khoáng và bột kim loại, người ta thường sử dụng các chất chống tĩnh điện bên ngoài; các chất chống tĩnh điện phủ bề mặt được sử dụng trong quá trình sản xuất sợi tổng hợp cũng là các chất bên ngoài.

Công dụng phụ gia chất chống tĩnh điện

Các chất chống tĩnh điện được thêm vào trong quá trình sản xuất màng nhựa tổng hợp và các sản phẩm đúc khuôn là các chất chống tĩnh điện bên trong. Khi phun chất chống tĩnh điện lên bề mặt vật liệu (sử dụng bên ngoài), sau khi lớp dẫn điện hình thành trên bề mặt bị loại bỏ do ma sát hoặc giặt, tác dụng chống tĩnh điện sẽ giảm đáng kể.

Trong khi lớp dẫn điện bề mặt được hình thành bởi lớp chống tĩnh điện bên trong tác nhân cũng có thể bị mất đi, nhưng do các phân tử chất chống tĩnh điện mới sớm di chuyển từ bên trong ra bề mặt nên vẫn có thể tạo ra tác dụng chống tĩnh điện nên tác dụng chống tĩnh điện có thể được duy trì trong thời gian dài. Các chất chống tĩnh điện bên ngoài bao gồm chất hoạt động bề mặt, hợp chất silicon, v.v. Ngoài chất hoạt động bề mặt, chất chống tĩnh điện bên trong còn bao gồm các chất vô cơ khác, chẳng hạn như bột kim loại, muội than và các chất khác trong chất điện môi rắn, có thể làm tăng độ dẫn thể tích và đạt được hiệu quả chống tĩnh điện.

Các chất chống tĩnh điện bề mặt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay có thể được chia thành cation, anion, không ion, v.v. theo dạng ion của chúng. Các sản phẩm đại diện của chất chống tĩnh điện anion bao gồm muối sunfat rượu cao hơn, sulfonate béo và muối photphat rượu cao hơn. Ngoài việc sử dụng các ion kim loại như natri và kali làm phần cation trong phản ứng của loại chất chống tĩnh điện này, các alkylamine như trietanolamine cũng có thể được sử dụng. Chất chống tĩnh điện anion được đặc trưng bởi sự ổn định nhiệt tốt. Các chất chống tĩnh điện cation được đại diện bởi muối amoni bậc bốn và muối alkyl amin của sách hóa học với 8 đến 22 nguyên tử carbon.

Ngoài các ion halogen, axit nitric, axit sulfuric, axit perchloric, v.v. có thể được sử dụng làm ion đối của anion phần. Loại chất hoạt động bề mặt này có đặc tính chống tĩnh điện tốt nhất nhưng độ ổn định nhiệt của nó kém hơn một chút so với các loại khác. Các chất chống tĩnh điện không ion bao gồm các dẫn xuất polyvinyl clorua và các sản phẩm polyol được este hóa một phần, có độ ổn định nhiệt tốt và có thể được sử dụng làm chất chống tĩnh điện bên trong cho màng bao bì thực phẩm, v.v. Ngoài ra, còn có chất chống tĩnh điện polymer dùng trong phun xịt, có ưu điểm là bền và có thể giặt được.

Chất chống tĩnh điện SN, còn được gọi là chất chống tĩnh điện SN và Catanac SN (CatanacSN), là một chất chống tĩnh điện cation có bề ngoài nhớt màu nâu đỏ. Giá trị pH 6 ~ 8. Dễ dàng hòa tan trong nước, benzen, axit axetic, axeton, cloroform, ethylene glycol, n-butanol, dimethylformamide, dioxane glycol, v.v. ở nhiệt độ phòng, hòa tan trong carbon tetrachloride ở 50 ° C, dichloroethane, styrene, v.v. Phân hủy trên 180oC. Ổn định ở mức 5% axit và kiềm. Nó không chịu được nhiệt độ cao và sẽ phân hủy khi nhiệt độ tăng trên 180 ° C. Nó có thể được trộn với chất hoạt động bề mặt cation và chất hoạt động bề mặt không ion, nhưng không nên trộn với chất hoạt động bề mặt anion. Sản phẩm này có tác dụng khử tĩnh điện tuyệt vời.

Sách hóa học: Nó thu được bằng cách hòa tan octadecyldimethyl amin bậc ba trong rượu isopropyl, thêm axit nitric, làm kín phản ứng, sau đó thêm ethylene oxit để phản ứng. Chất chống tĩnh điện SN thích hợp để sử dụng làm chất khử tĩnh điện trong quá trình kéo sợi và dệt các loại sợi tổng hợp như polyester, rượu polyvinyl, polyvinyl clorua, nylon, polyester và polyvinyl clorua.

Khi sử dụng, sản phẩm này có thể được sử dụng một mình hoặc có thể trộn với các chất nhũ hóa khác để tạo thành nhũ tương nước, các sợi xơ có thể đi qua nhũ tương trên. Thông thường, liều lượng là 0,2 ~ 0,5% (đối với trọng lượng sợi) để đạt được kết quả tốt. Sau khi xử lý bằng sản phẩm này, điện trở gần như giảm xuống khoảng 106Ω, đạt hoặc vượt chỉ số xuất sắc.Ví dụ: thêm 0,2% sản phẩm này đến sợi polyvinyl clorua, có thể giảm điện áp ban đầu từ điện áp thấp 600V xuống 20V.

Chất chống tĩnh điện sợi tổng hợp dùng để chỉ chất phụ trợ in và nhuộm dệt được sử dụng trong sản xuất sợi tổng hợp.Ví dụ, các sản phẩm sợi acrylic được ngâm tẩm và đệm bằng dung dịch chất chống tĩnh điện này, sau đó sấy khô ở 80 đến 100 ° C trong 2 đến 15 phút. Cảm ứng ma sát điện tích tĩnh điện là 50 ~ 100V (sau khi sấy khô và hoàn thiện bằng không khí), 1000 ~ 1100V sau 20 lần giặt và 800 ~ 900V sau 20 lần giặt khô, cho thấy đặc tính chống tĩnh điện tuyệt vời của Chemicalbook.

Phương pháp điều chế:

Thêm axit acrylic, 2-hydroxyethyl methacrylate, (dimethylamino)ethyl methacrylate, butyl acrylate, stearyl acrylate và ethyl acrylate vào isopropyl trong ấm phản ứng.Trong rượu, với sự có mặt của azobisisobutyronitrile, polyme hóa ở 80-85°C trong 5 giờ, sau đó trộn đều với triethylamine, nước và ete polyhydroxyglycidyl để thu được chất chống tĩnh điện sợi tổng hợp.

Chất chống tĩnh điện cho giấy là chất phụ gia hóa học được thêm vào bột giấy hoặc bôi lên bề mặt giấy để khử tĩnh điện trong quá trình sản xuất giấy. Nó có thể làm giảm điện trở bề mặt của giấy, tăng vừa phải độ dẫn điện của giấy, đẩy nhanh quá trình rò rỉ điện tích, từ đó ngăn ngừa sự tích tụ điện tích tĩnh. Nó có thể được chia thành loại lớp phủ bên ngoài và loại lớp phủ bên trong. Nó cũng có thể được chia thành loại sách hóa học anion (như axit béo sulfon hóa, photphat rượu béo, v.v.); loại cation (như amin béo, muối amoni bậc bốn và oxit hoặc dẫn xuất của amin béo, v.v.); loại không ion ( alkanolamit, rượu béo polyoxyetylen, axit béo polyoxyetylen ete); loại lưỡng tính (loại betaine, loại imidazolin và loại axit amin).

Chất chống tĩnh điện nhiên liệu là các hóa chất có thể cải thiện độ dẫn điện của nhiên liệu và loại bỏ các mối nguy hiểm của tĩnh điện. Trong quá trình vận chuyển, lọc, trộn và đẩy các hydrocacbon lỏng có độ dẫn điện rất thấp trong đường ống sẽ tạo ra các điện tích tĩnh điện trong dầu, khi tích tụ sẽ thải ra dưới dạng tia lửa điện. Nếu nồng độ hơi dầu nhiên liệu trong pha khí nằm trong phạm vi nổ bên trong có thể xảy ra tai nạn cháy nổ. Đặc biệt đối với máy bay phản lực cần bổ sung một lượng lớn nhiên liệu trong thời gian ngắn và sử dụng bộ lọc vi mô thì việc vận chuyển tốc độ cao này càng nguy hiểm hơn.

Các vụ cháy nổ sách hóa học do tĩnh điện đã xảy ra nhiều lần trong và ngoài nước. Để cải thiện độ dẫn điện của nhiên liệu động cơ tuabin hàng không và ngăn ngừa nguy hiểm, cần phải thêm chất chống tĩnh điện vào nhiên liệu. Hiện nay, các chất có thể được sử dụng làm chất chống tĩnh điện hàng ngày trong nhiên liệu bao gồm các chất hoạt động bề mặt anion, cation và lưỡng tính. Các chất được sử dụng phổ biến nhất là hỗn hợp crom alkyl salicylate và canxi alkyl sulfonate. Liều lượng chung là 1 đến 3 mg/L, trong đó có thể tăng độ dẫn của nhiên liệu lên hơn 200ps/m, vượt quá phạm vi an toàn 50ps/m. Gần đây, các chất chống tĩnh điện không tro đã xuất hiện, chẳng hạn như muối polyamine, chất lỏng chống tĩnh điện được bán trên thị trường.

Có bốn cách chính để chất chống tĩnh điện loại bỏ tĩnh điện:

(1)Nhóm ưa nước của chất chống tĩnh điện làm tăng khả năng hút ẩm của bề mặt sản phẩm và tạo thành màng dẫn điện đơn phân tử.
(2)Chất chống tĩnh điện ion làm tăng nồng độ ion trên bề mặt sản phẩm, từ đó làm tăng độ dẫn điện.
(3)Các chất chống tĩnh điện có hằng số điện môi lớn có thể làm tăng độ điện môi giữa các khe hở giữa các vật ma sát.
(4)Tăng độ mịn của bề mặt sản phẩm và giảm hệ số ma sát.

Trong số bốn phương thức hoạt động trên, (1) và (2) có thể làm giảm điện trở của sản phẩm, tăng độ dẫn điện và đẩy nhanh quá trình rò rỉ điện tích. (3) và (4) có thể làm giảm sự sinh ra điện tích khi ma sát. Người ta thường tin rằng hai chức năng đầu tiên là chức năng chính của chất chống tĩnh điện. Tất nhiên, chất chống tĩnh điện có thể không có tất cả các chức năng trên.

Một chất chống tĩnh điện lý tưởng phải đáp ứng các điều kiện sau:

(1)Hiệu quả chống tĩnh điện lớn và lâu dài.
(2)Nó có khả năng chịu nhiệt tốt và không bị phân hủy ở nhiệt độ cao (120 đến 300°C) trong quá trình đúc hoặc xử lý nhiệt lặp đi lặp lại.
(3)Khả năng tương thích với nhựa ở mức vừa phải, vừa có khả năng tương thích nhất định vừa có khả năng không tương thích nhất định, có thể tương thích tốt với nhựa trong quá trình trộn và nấu chảy và sẽ không có hiện tượng nở hoa rõ ràng sau khi đúc kết tủa, nhưng chất chống tĩnh điện và nhựa phải có một mức độ không tương thích nhất định để đảm bảo rằng khi lớp phân tử chất chống tĩnh điện bề mặt bị hư hỏng, chất chống tĩnh điện bên trong có thể thấm ra ngoài kịp thời để hình thành lớp phân tử mới và khôi phục hiệu suất chống điện.
(4)Nó không ảnh hưởng đến các đặc tính xử lý của nhựa (như điểm nóng chảy, độ nhớt, độ hòa tan, v.v.) và các đặc tính của sản phẩm (như độ trong suốt, khả năng tạo màu, khả năng in, khả năng hàn nhiệt và tính chất cơ học, v.v.).
(5)Nó có khả năng tương thích tốt với các chất phụ gia khác và không có tác dụng đối kháng.
(6)Không độc hại, không mùi và không gây kích ứng da.
(7)Giá thấp.

Hầu hết nhựa và các vật liệu polymer khác đều có khả năng cách nhiệt và chống nước tuyệt vời, giúp chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành điện và điện tử. Tuy nhiên, khả năng cách nhiệt cao cũng gây ra nguy cơ tĩnh điện cho nhựa. Khi sản phẩm nhựa tạo ra tĩnh điện do ma sát, do có điện trở cao và khả năng hút nước thấp nên tĩnh điện hình thành khó bị loại bỏ. Sự tích tụ điện áp và công suất tĩnh tăng lên khiến sản phẩm nhựa dễ hút bụi, ảnh hưởng đến độ trong suốt, độ sạch và vẻ đẹp bề mặt của sản phẩm, đồng thời cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm.

Những năm gần đây, sản phẩm nhựa ngày càng được sử dụng rộng rãi, sản phẩm nhựa có khả năng cách điện rất tốt nhưng khó tránh khỏi việc phát sinh tĩnh điện, khi cọ xát sẽ sinh ra tĩnh điện.Trong quá trình sử dụng, điện tích tích tụ trên bề mặt của sản phẩm, dễ bám trên bề mặt nhựa, bụi làm giảm chất lượng sản phẩm, thậm chí có thể dễ gây phóng điện, dẫn đến cháy nổ, ví dụ sản phẩm nhựa dùng trong mỏ than phải chống tĩnh điện.

Vì vậy, phải bổ sung thêm chất chống tĩnh điện có thể gây rò rỉ điện tích. Polyvinyl clorua là một polyme phân cực, khả năng cách điện của nó thấp hơn so với polyolefin nên tĩnh điện tạo ra tương đối nhỏ và yêu cầu đối với chất chống tĩnh điện cũng thấp hơn. Sản phẩm nhựa PVC mềm tạo ra ít tĩnh điện hơn sản phẩm cứng. Các chất chống tĩnh điện thường được sử dụng chủ yếu là cation, chẳng hạn như muối amoni bậc bốn và không ion, chẳng hạn như alkyl amit.