Anti-estático permanente
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Polímeros no migratorios como antiestáticos permanentes / ESD
Los antiestáticos migratorios son soluciones satisfactorias en muchos casos, pero los polímeros disipadores inherentes (IDP) o polímeros conductores agregados a las poliolefinas inducen propiedades antiestáticas / ESD permanentes.
- Los IDP son moléculas grandes que no se consumen, por lo que proporcionan propiedades antiestáticas/ESD estables a lo largo del tiempo
- Los IDP no florecen en la superficie, por lo que no pueden " limpiado "y no afecta a otras propiedades de la superficie
También suelen ser transparentes, térmicamente estables, y algunos se ven mucho menos afectados por la humedad que los antiestáticos migratorios. Los antiestáticos poliméricos permanentes suelen ser copolímeros de bloques conductores que forman redes conductoras continuas cuando se agregan a una matriz polimérica. Muchas PDI no son compatibles con las poliolefinas cuando se mezclan con ellas. Los IDP no inmigrantes se pueden usar en la mayoría de las aplicaciones de poliolefina, si no todas, que requieren un antiestático. Por ejemplo, el ionómero de etileno , es una resina ionomérica extremadamente higroscópica que se suministra como gránulos de flujo libre, usado en envases de alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos, productos eléctricos y envases moldeados por inyección y moldeados por soplado. El uso efectivo requiere una carga del 10 al 20% del material del ionómero de etileno , pero en las películas y botellas de embalaje multicapa, por ejemplo, solo la capa externa delgada obviamente requiere el IDP para la efectividad del producto. Sin embargo, al igual que con los antiestáticos migratorios, la resistividad depende de la humedad relativa, y la resistividad generalmente disminuye sustancialmente cuando la HR está por encima del 40%.
Polímeros no migratorios como aditivos antiestáticos / ESD permanentes
Los antiestáticos migratorios son soluciones satisfactorias en muchos casos, pero los polímeros inherentemente disipadores (IDP) o los polímeros conductores añadidos a los polimeros inducen propiedades antiestáticas / ESD permanentes. Las ventajas principales de estos materiales son:
- Los desplazados internos son moléculas grandes que no se consumen, por lo que proporcionan propiedades antiestáticas / ESD estables a lo largo del tiempo
- Los desplazados internos no florecen en la superficie, por lo que no pueden ser "limpiado" y no afectar otras propiedades de la superficie. También suelen ser transparentes, térmicamente estables y algunos se ven mucho menos afectados por la humedad que los antiestáticos migratorios.
Los antiestáticos poliméricos permanentes suelen ser copolímeros de bloques conductores que forman redes conductoras continuas cuando se añaden a una matriz de polímero. Muchos desplazados internos no son compatibles con las poliolefinas cuando se mezclan con ellas; los que se discuten a continuación son. Algunos están disponibles en forma de masterbatch. Los desplazados internos no migratorios se pueden utilizar en la mayoría, si no en todas, las aplicaciones de poliolefinas que requieren un antiestático. Por ejemplo, el ionómero de etileno ha sido evaluado en envases de alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos, productos eléctricos y envases moldeados por inyección y soplado. El uso efectivo requiere una carga del 10 al 20%, pero en frascos y películas de empaque de múltiples capas, por ejemplo, solo la capa externa delgada requiere el IDP para la efectividad del producto. Sin embargo, al igual que con los antiestáticos migratorios, la resistividad depende de la humedad relativa, y la resistividad suele disminuir sustancialmente cuando la HR es superior al 40%. Pero los nuevos desplazados internos, pueden disipar la estática a una HR tan baja como del 12%. Otros IDP permanentes en envases electrónicos proporcionan una disipación de carga que no es ni demasiado rápida ni demasiado lenta. Una superficie excesivamente conductora (resistividad superficial, 10⁵ ohmios /cuadrado) puede dañar las partes electrónicas; La resistividad por encima de los rangos ESD comunes (10¹²) puede causar acumulación de polvo y descargas aleatorias. Una familia de polímeros antiestáticos que se dice que proporciona estas propiedades ESD intermedias son las amidas de bloque de poliéter. Según se informa, estos materiales se ven menos afectados por la humedad relativa que otros antiestáticos y proporcionan una resistividad superficial de alrededor de 10⁹ ohmios/m². Con puntos de fusión de aproximadamente 150-200°C, se mezclan en seco con poliolefinas en cargas de aproximadamente el 15 al 25% (normalmente también se requiere un agente compatibilizante cargado al 3-5%). Los antiestáticos permanentes se adaptan a diversas aplicaciones. En el envasado de películas de PE de polvos, gránulos o fluidos industriales, los aditivos previenen la descarga incontrolada con una carga de aproximadamente 12-15%. Para los contenedores intermedios a granel de HDPE moldeados por soplado, se dice que una capa exterior de PE que contiene este tipo de aditivo proporciona un manejo seguro de sustancias inflamables. Estos recipientes pueden adquirir cargas estáticas por la fricción de ser llenados, lo que puede provocar cargas de chispas accidentales, a menos que una capa exterior antiestática permita que la carga se disipe gradualmente cuando el recipiente está conectado a tierra. En el extremo de los polímeros antiestáticos permanentes se encuentran los polímeros inherentemente conductores (ICP), algunos de los cuales se dice que han superado recientemente los problemas de procesamiento en su uso. Los ICP, que incluyen polianilina, polipirrol y politiofeno, pueden reducir la resistividad bien en el rango ESD o conductivo (10⁸). Típicamente "dopado" con un agente reductor u oxidante, las cadenas de polímero ICP proporcionan una ruta directa para la conducción de electrones a una resistividad de 10⁴ ohmios/m². Sin embargo, los ICP pueden causar una descarga rápida y "dura" en uso, al igual que los CB y los rellenos conductores que se describen a continuación.
Antiestáticos permanente aplicaciones
Los antiestáticos permanentes se adaptan en diversas aplicaciones. En los envases de película de PE de polvos, gránulos o fluidos industriales, los aditivos previenen la descarga incontrolada con una carga de aproximadamente 12-15%. Para los contenedores a granel intermedios de HDPE moldeados por soplado, se dice que una capa exterior de PE que contiene este tipo de aditivo proporciona un manejo seguro de sustancias inflamables. Estos contenedores pueden adquirir cargas estáticas debido a la fricción del llenado, lo que puede generar cargas de chispas accidentales, a menos que una capa externa antiestática permita que la carga se disipe gradualmente cuando el contenedor esté conectado a tierra. Otros usos reportados del aditivo incluyen el empaque de partes electrónicas. En el extremo de los polímeros antiestáticos permanentes se encuentran los polímeros inherentemente conductores (ICP), algunos de los cuales se dice que recientemente han superado los problemas de procesamiento en su uso. Los ICP, que incluyen polianilina, polipirrol y politiofeno, pueden reducir la resistividad dentro del rango de ESD o conductivo. Típicamente "dopadas" con un agente reductor u oxidante, las cadenas de polímero ICP proporcionan una ruta directa para la conducción de electrones a una resistencia de 10⁴ ohm/sq. Sin embargo, los ICP pueden causar una descarga rápida "dura" en uso, al igual que los CB y los rellenos conductores que se analizan a continuación. Otros tipos de cargas conductoras incluyen polvos y pigmentos metálicos y óxido de estaño dopado con antimonio.
Antiestáticos químicos migratorios
Los antiestáticos químicos migratorios internos se pueden separar en agentes iónicos (catiónicos o aniónicos) o agentes no iónicos, que se usan con mayor frecuencia en poliolefinas. Los polímeros de disipación estática también se pueden agregar a las poliolefinas como agentes permanentes no migratorios; estos compiten más por aplicaciones que requieren niveles de protección ESD a largo plazo, como el empaquetado electrónico, en lugar de los antiestáticos migratorios no permanentes. Los rellenos conductivos como el negro de humo (CB) también pueden reducir la resistividad en la poliolefina por debajo de 105 cuando se usa a altas cargas, ofreciendo protección ESD y EMI.
Rellenos conductores como aditivos antiestáticos/ESD
Las partículas de relleno inherentemente conductoras en un polímero, a una concentración adecuada, pueden crear una red estable y conductora en todo el volumen del polímero que permite que fluya la electricidad. Sin embargo, deben tener el grado correcto de dispersión; Pequeñas "islas" o conglomerados de partículas conductoras en la matriz aislada, o partículas demasiado dispersas, agregan poco o nada a la conductividad debido a la falta de conexiones de red. La conductividad útil también requiere niveles de carga adecuados hasta un nivel de umbral de percolación (por encima del cual las cargas adicionales no aumentan significativamente la conductividad. Obviamente, la conductividad de un material de relleno es un factor clave, así como su forma. Rellenos que son mucho más largos que anchos (en otras palabras, que tienen una alta relación de aspecto) tienen más probabilidades de contactarse entre sí y, por lo tanto, de resistividad más baja.Estos aditivos son típicamente metales en forma de escamas o fibras conductoras, que son más útiles en el blindaje EMI de conductividad más alta. Al ser polímeros semicristalinos no polares con distintas regiones amorfas, las poliolefinas tienen algunas ventajas cuando se usan cargas conductoras de baja relación de aspecto, ya que las partículas tienden a concentrarse dentro de la fase amorfa en lugar de distribuirse uniformemente en todo el material a granel, lo que ayuda a crear las rutas de conductividad necesarias y minimizando el umbral de percolación. Carbon Black (CB) es un material de relleno relativamente estandarizado, económico y fácilmente procesable que puede proporcionar propiedades ESD. Los CB se forman al quemar hidrocarburos en un ambiente de oxígeno limitado, dejando un residuo de 98% de partículas finas de carbono. Las partículas pueden tener 10 - 70 nm de diámetro, agrupadas en agregados de 60-500 nm. Para la conductividad, los compuestos que contienen CB deben cargarse para alcanzar un umbral de percolación suficientemente alto con un nivel de carga volumétrica y dispersión de CB que permita que la carga eléctrica pase a través del material. Las cargas de CB requeridas para la filtración pueden ser tan bajas como 5-6% en peso, pero las cargas a menudo deben ser más altas, dependiendo del procesamiento. La estructura de los agregados de CB puede crear diferentes umbrales de percolación (al igual que la modificación de la superficie de CB, que crea diferentes resistencias entre partículas). Las partículas de lo que se denominan grados CB "conductores" o "extraconductores" se agregan en estructuras de ramificación tridimensionales, lo que permite la conductividad eléctrica a bajas cargas. Un equilibrio de las propiedades eléctricas necesarias, otras propiedades deseadas y los costos determinan si se elige un grado de CB altamente cargado y fácil de dispersar frente a una carga más baja de un CB "extraconductor" altamente estructurado y altamente disperso. En general, CB es un relleno de diseño flexible con múltiples formas y usos, y los grados CB para ESD están disponibles en varios grados para cubrir varios costos y criterios de rendimiento compuestos. CB se distinguen segun estos criterios; conductividad, dispersabilidad, suavidad de la superficie, rigidez a la flexión y resistencia al impacto. La alta conductividad en el CB tiende a deprimir las últimas tres propiedades en esta lista. Algunos grados maximizan solo una calidad, como su nivel más alto, y las otras propiedades son solo equivalentes o peores que las CB estándar. O, por ejemplo, el CB de gama alta optimiza los cinco criterios a la vez. La resistividad con CB puede alcanzar desde niveles antiestáticos hasta incluso por debajo de lo que generalmente se requiere para el rendimiento de ESD hasta niveles casi conductivos (104 ohm/sq), pero las opciones de coloración para un alto CB / poliolefina son obviamente limitadas.
Carbono a escala nanométrica
Se han propuesto otras formas de carbono a escala nanométrica, como los nanotubos y los grafeno, como cargas ESD, aunque sus primeros usos comerciales pueden ser más bien en la ingeniería de polímeros que las poliolefinas. Los nanotubos de carbono (CNT), en diámetros de 10-100 nm, pueden inducir la conductividad necesaria para paneles de carrocería de plástico de automoción pintables electrostáticamente. También se dice que están reemplazando CB y fibras conductoras en aplicaciones electrónicas pequeñas y detalladas. Los CNT son rellenos de muy alto costo, aunque sus altas relaciones de aspecto mejoran la conductividad a cargas más bajas que los CB. Pero deben dispersarse adecuadamente en el polímero para obtener una conductividad de filtración superior a la de los compuestos que contienen CB.
