3. Обзор антистатиков, применяемых в резиновой промышленности

3.1. Основные термины и определения

Вследствие высоких диэлектрических свойств полимерных материалов на их поверхностях скапливаются электростатические заряды, возникающие при трении или при разрыве контакта между полимером и проводниками или диэлектриками []. Статическая электризация – способность материалов накапливать и сохранять электрические заряды в процессе переработки и эксплуатации. Статическая электризация складывается из двух процессов: накапливания (генерации) статических зарядов и спада зарядов во времени. Обычно генерация статических зарядов – это ступенчатый процесс. Непрерывно же генерация статических зарядов происходит, например, при перематывании волокон и пленок, при экструзии. Спад зарядов происходит непрерывно []. Наиболее простой и самой распространенной является контактная электризация (при соприкосновении двух различных материалов всегда происходит перераспределение электронов или ионов через границу раздела материалов). Хотя при определенных условиях заряды могут накапливаться в объеме полимерного образца, наиболее подвержена этому его поверхность. Электризация может иметь электронный или ионный механизм [].

Устранение зарядов, возникающих при переработке полимерных материалов и эксплуатации изделий, имеет большое значение, так как электростатические помехи являются причиной брака продукции, резко снижают скорости работы машин и аппаратов. Кроме того, искровые разряды статического электричества могут вызывать взрывы и воспламенение горючих жидкостей, огнеопасных газовых смесей, пыли. Электризация полимерных материалов приводит к сильному загрязнению их поверхности и может также увеличивать скорость деструкции полимеров, сопровождающейся выделением токсичных веществ []. Для предотвращения этих нежелательных в производстве процессов используют специальные добавки – антистатики.

Антистатики (antistatic agents) – вещества, понижающие статическую электризацию полимерных материалов при введении их в состав материала или нанесении на поверхность изделий. Действие антистатика основано в большинстве случаев на повышении электрической проводимости полимерных материалов, обусловливающей утечку зарядов за счет более высокой ионной проводимости [, ]. Собственную ионную проводимость полимера чаще всего обеспечивают загрязнения, остатки катализаторов, продукты диссоциации и деструкции. Создаваемая ими концентрация ионов исключительно низка: так, если молекулярная масса мономерного звена 100, число мономерных звеньев в 1 м³ 10²⁸, то на 1 миллиард мономерных звеньев приходится только один ион! Антистатические материалы имеют сопротивление достаточно низкое, чтобы статические заряды быстро спадали, но достаточно высокое, чтобы электроизоляционные свойства сохранились. Часто для ускорения спада статических зарядов снижают только поверхностное сопротивление, обрабатывая поверхность полимерных изделий; удельное объемное сопротивление при этом остается прежним [].

3.2. Показатели, характеризующие эффективность действия антистатиков

Эффективность действия антистатика оценивают по уменьшению после их введения в полимерный материал следующих показателей:

• удельного поверхностного ρ_s и объемного ρ_v электрического сопротивления,

• электростатического потенциала трения φ,

• полупериода утечки электростатических зарядов τ или среднеквадратичного полупериода утечки , где τ₊ и τ_- - полупериоды утечки соответственно положительного и отрицательного статического электричества.

Значения полупериода утечки электростатических зарядов τ и удельного поверхностного сопротивления ρ_s полимерных материалов, содержащих антистатики, приведены в

[].

Таблица 10. Значения полупериода утечки электростатических зарядов τ и удельного поверхностного сопротивления ρ_s полимерных материалов, содержащих антистатики

Оценка действия антистатика	τ, сек	ρs, Ом
Отлично	< 0,5	≤10^10
Хорошо	0,5-2,0	10^12
Умеренно	2,0-10,0	10^14
Плохо	10,0-100,0	10^15
Отсутствует	> 100	≥10^16

По значению удельного объемного сопротивления полимеры и полимерные материалы можно разделить на три группы:

• проводники с ρ_v < 10³ Ом×м,

• антистатические материалы с ρ_v от 10³ до 10⁹ Ом×м

• изоляторы с ρ_v > 10⁹ Ом×м [].

Практически не электризующимися и, следовательно, не нуждающимися в защите от статического электричества считают материалы, ρ_v которых не превышает 10 кОм×м (10⁶ Ом×см) []. При ρ_v = 10⁹ Ом×м достаточно концентрации ионов порядка 10¹⁹ м^-3, а их подвижности 10^-9 м²/(В×с) (значение, типичное для углеводородных жидкостей при комнатной температуре), чтобы обеспечить проводимость. Электрические свойства некоторых полимеров и полимерных материалов приведены в Таблица 11 [].

Таблица 11. Электрические свойства некоторых полимеров и полимерных материалов

Наименование полимера	ρv, Ом×см	ρs, Ом
1	2	3
Полиэтилен высокого давления	10^17 ÷ 10^18	10^15
Полиэтилен низкого давления	10^17 ÷ 10^18	10^15
Полипропилен (пленка)	10^17	-
Поливинилхлорид	10^15 ÷ 10^17	10^13 ÷ 10^14
Винипласт (ПВХ со стабилизатором и 10 % (масс.) пластификатора)	10^14 ÷ 10^15	10^14
Полистирол	10^16 ÷ 10^18	10^15 ÷ 10^17
Политетрафторэтилен	10^17 ÷ 10^20	10^17
Поливинилиденфторид	2·10^14	-
Полиэтилентерефталат (пленка, степень кристалличности 60 %)	10^16 ÷ 10^17	10^14
Полибутилентерефталат	10^16 ÷ 10^17	10^15
Поликарбонат
- аморфный	(1,5 ÷ 6)·10^16	(1,5 ÷ 8)·10^15
- пленка (степень кристалличности 26 %)	(1 ÷ 2)·10^17	-
Полиамид 6 (поли-ε-капроамид)	10^14 ÷ 10^15	-
Полиамид 12 (полидодеканамид)	(5 ÷ 7)·10^15	-
Полиамид 6,6 (полигексаметиленадипамид)	-	-
Полиметиленоксид	6·10^14	2·10^15
Полипиромеллитимидная пленка (сухая)	4·10^16	-
Эпоксидная смола	10^14 ÷ 10^15	10^12 ÷ 10^14
Меламиноформальдегидная смола	-	-
Полисульфон	10^16	10^15

Продолжение Таблица 11

1	2	3
Эбонит	10^14 ÷ 10^15	10^10 ÷ 10^14
Вулканизаты ненаполненные из каучуков:
- натурального	2·10^16	-
- хлоропренового	5·10^11	-
- бутадиен-стирольного	-	-
- бутадиен-нитрильного (28 % АН)	3·10^9	-
Полиорганосилоксаны (силиконы)	10^17	-