En virtud de su constitución química, la mayoría de los plásticos son poderosos aislantes, una propiedad que los hace útiles para muchas aplicaciones eléctricas. Sin embargo, una desventaja de la propiedad de aislamiento es la acumulación de electricidad estática, que no se descarga lo suficientemente rápido debido a la baja conductividad superficial de la mayoría de los plásticos, una diferencia entre los plásticos y los metales. En plásticos y otros materiales no metálicos, el contacto por fricción es necesario para generar cargas estáticas. En objetos inmóviles, por ejemplo, la electricidad estática puede acumularse simplemente por fricción con el aire ambiente. También se pueden producir cargas electrostáticas en las superficies de materiales poliméricos en el curso de operaciones de procesamiento tales como extrusión, calandrado y enrollado de láminas o películas de plástico. El potencial eléctrico superficial generado por la fricción puede alcanzar valores de hasta algunas decenas de kilovoltios, lo que presenta serias dificultades para las aplicaciones prácticas y para los usuarios. La formación de chispas a través de cargas pesadas con la posterior ignición de polvo o mezclas de aire/solvente ha sido una causa de muchas explosiones destructivas. En la vida útil de los productos plásticos, la carga estática puede dar lugar a muchos otros efectos molestos, como por ejemplo, interferencia en la reproducción del sonido de los discos por partículas de polvo recogidas por cargas electrostáticas, retrasos en la producción debido a la adherencia de películas o láminas adyacentes, formación de grumos durante el transporte neumático y acumulación de estática en personas que pasan sobre alfombras de fibra sintética o revestimientos de piso de plástico, con un "choque" posterior cuando la carga fluye, generalmente cuando la persona toca la manija de una puerta. Hay muchas formas de eliminar la electrostática superficial, por ejemplo, aumentando la humedad o la conductividad de la atmósfera circundante, o aumentando la conductancia eléctrica de los materiales con el uso de negros de humo electroconductores, metales en polvo o agentes antiestáticos. Los negros de humo electroconductores se utilizan en gran medida para aumentar la conductividad eléctrica de los polímeros orgánicos. La conductividad eléctrica de los negros de humo depende, entre otras cosas, de la capacidad de formar estructuras ramificadas en la matriz polimérica y del tamaño y distribución de tamaños de las partículas de negro de humo. Las estructuras ramificadas y tentaculares del carbono en la matriz del polímero son responsables de la conductividad eléctrica, como es el caso de los negros de humo de las lámparas, el acetileno y los hornos. La resistencia específica de las partículas de carbono disminuye con su tamaño y luego aumenta con la disminución adicional del tamaño. Se cree que una amplia distribución de tamaños favorece la formación de estructuras ramificadas que contribuyen a una mayor conductividad. A pesar de la eficacia de algunos negros de humo para reducir las cargas superficiales de los materiales plásticos, el uso de agentes antiestáticos ha aumentado constantemente. El agente antiestático más simple es el agua. Se adsorbe en la superficie de los objetos expuestos a una atmósfera húmeda y forma una fina capa electroconductora con las impurezas adsorbidas del aire. Esta capa se forma incluso en la superficie de los plásticos hidrófobos, probablemente debido a la existencia de una fina capa de suciedad. Los agentes antiestáticos comúnmente utilizados son sustancias que se añaden a las formulaciones de moldeo de plásticos o a la superficie de los artículos moldeados para minimizar la acumulación de electricidad estática. En términos generales, los agentes antiestáticos se pueden dividir según el método de aplicación en agentes externos e internos.

La mayoría de los polímeros sintéticos, a menos que reciban un tratamiento especial, son buenos aislantes eléctricos. Por tanto, son capaces de generar electricidad estática, que puede resultar potencialmente costosa y peligrosa. La acumulación de polvo inducida por la electricidad estática reduce el atractivo y, por lo tanto, la capacidad de venta de los productos que se exhiben en los estantes de las tiendas. La atracción de una pieza formada a las superficies cargadas de un molde de procesamiento evita la expulsión adecuada de la pieza formada y, en consecuencia, ralentiza la producción. Las cargas electrostáticas pueden causar problemas cuando los textiles, las películas o los polvos se unen en la maquinaria automática. Pueden producirse chispas y posibles explosiones o incendios cuando se induce electricidad estática a partir de plásticos en un conductor cercano. El daño de semiconductores sensibles y dispositivos microelectrónicos complejos similares también puede ocurrir ya sea por la descarga directa de la piel conductora del personal o por la exposición de dichos dispositivos al acercamiento cercano de un material polimérico cargado de electricidad estática. Cuando dos superficies que están en contacto íntimo se frotan o se separan, se genera electricidad estática. Esto se debe a la transferencia de electrones desde la superficie del material donante, que en consecuencia se carga positivamente, a la superficie del material aceptor, que luego se carga negativamente. Para los materiales que no son conductores, estas cargas estáticas no fluyen fácilmente a lo largo de las superficies y, por lo tanto, permanecen fijas o estáticas. El comportamiento de un material como donante o aceptor depende de su posición en la serie triboeléctrica. Por ejemplo, si el nailon y el propileno se frotan juntos, el nailon es el donante, mientras que el polipropileno es el aceptor. La generación de cargas estáticas no se limita estrictamente a los no conductores únicamente; Los conductores también generan cargas estáticas, pero dado que disipan la carga rápidamente, el nivel de cargas estáticas desarrollado por estos materiales es difícil de medir. Cuando un conductor y un no conductor se separan o se frotan entre sí, el no conductor desarrolla una medida de carga estática. El no conductor no perderá su carga al suelo. En consecuencia, la carga se elimina empleando otras técnicas. El uso de barras y ventiladores ionizadores de aire proporciona una atmósfera de aire ionizado capaz de neutralizar los objetos o superficies cargados. Sin embargo, esto no proporciona una protección duradera ya que no evita que se forme otra carga una vez que el objeto se retira de la atmósfera de aire ionizado. Para garantizar una eliminación prolongada de las cargas estáticas de la superficie, el no conductor debe ser lo suficientemente conductor para llevar la carga al suelo. Una capa de agua, incluso de unas pocas moléculas de espesor, hará esto satisfactoriamente ya que no se requiere una alta conductividad para eliminar las cargas estáticas. Los agentes antiestáticos (antiestáticos) son, por tanto, productos químicos higroscópicos que pueden generar esta capa de agua extrayendo la humedad de la atmósfera. Básicamente, existen dos tipos de antiestáticos que se utilizan comúnmente en los polímeros para eliminar la electricidad estática: los que se aplican tópicamente y los que se incorporan internamente en el polímero. Ambos mejoran la conductancia de las superficies del polímero al absorber y retener una capa delgada e invisible de humedad del aire circundante sobre la superficie del polímero. Los recubrimientos tópicos se aplican generalmente mediante técnicas de recubrimiento por frotamiento, rociado, inmersión o rodillo. Los antiestáticos aplicados tópicamente son particularmente útiles cuando el control de costos y el rendimiento de los antiestáticos son esenciales o cuando el rendimiento mecánico de un polímero se ve afectado negativamente por un aditivo interno. Puede ser necesario volver a aplicar los antiestáticos tópicos, particularmente en casos de usos finales de alta fricción. Por lo tanto, los antiestáticos aplicados a la superficie de las piezas se utilizan principalmente en aplicaciones donde se desea una protección estática temporal. Las técnicas para aplicar antiestáticos tópicos implican necesariamente cantidades excesivas de antiestáticos y dejan una superficie oleosa no deseada. Los antiestáticos internos se combinan directamente en la mezcla de polímeros antes del procesamiento. Luego migran lenta y continuamente a través de los intersticios moleculares y el polímero a granel hasta su superficie, donde absorben el agua necesaria para evitar la acumulación de cargas estáticas. En este caso, es necesario equilibrar la velocidad de dicha migración y la velocidad de eliminación de la superficie del antiestático para proporcionar protección a largo plazo para la pieza. Los principales tipos de agentes antiestáticos orgánicos incluyen compuestos de amonio cuaternario, aminas y sus derivados, ésteres de fosfato, ésteres de poliglicol de ácidos grasos y derivados de alcohol polihídrico como la glicerina y el sorbitol. La selección del antiestático apropiado depende de su compatibilidad con el polímero, el final uso de la pieza y el nivel deseado de actividad antiestática.

Cuando se usan antiestáticos orgánicos para reducir la carga estática en los plásticos, se ofrecen varias teorías para explicar su acción. Más comúnmente, se supone que el aditivo es lo suficientemente polar como para exudar a la superficie del plástico, donde absorbe la humedad del aire, permitiendo que las impurezas iónicas conduzcan la corriente electrolíticamente. Los antiestáticos más efectivos en realidad contienen grupos iónicos que son libres de migrar y conducir. Algunos teóricos creen que el simple paso de vapor de agua sobre la superficie del plástico puede ser suficiente para eliminar la carga estática. Desde un punto de vista diferente, la carga estática se crea por fricción; el antiestático actúa como un lubricante superficial, reduciendo la fricción y, por lo tanto, reduciendo la acumulación de una carga estática. La mayoría de los polímeros sintéticos, a menos que estén especialmente tratados, son buenos aislantes eléctricos. Por lo tanto, son capaces de generar electricidad estática, que puede ser potencialmente costosa y peligrosa. La acumulación de polvo inducida por la electricidad estática reduce el atractivo y, por lo tanto, la venta de los productos que se exhiben en los estantes de las tiendas. La atracción de una parte formada a las superficies cargadas de un molde de procesamiento evita la expulsión adecuada de la parte formada y, en consecuencia, ralentiza la producción. Las cargas electrostáticas pueden causar problemas cuando los textiles, películas o polvos se unen en maquinaria automática. Pueden producirse chispas y posibles explosiones o incendios cuando se induce electricidad estática de los plásticos en el conductor cercano. El daño de semiconductores sensibles y dispositivos microelectrónicos complejos similares también puede ocurrir ya sea por la descarga directa de la piel conductora del personal o por la exposición de dichos dispositivos al acercamiento cercano de un material polimérico con carga estática. Cuando dos superficies que están en contacto íntimo se frotan o se separan, la electricidad estática es generado. Esto se debe a la transferencia de electrones desde la superficie del material donante, que en consecuencia se carga positivamente, a la superficie del material receptor, que luego se carga negativamente. Para los materiales que no son conductores, estas cargas estáticas no fluyen fácilmente a lo largo de las superficies y, por lo tanto, permanecen fijas o estáticas. Si un material se comporta como un donante o un aceptador depende de su posición en la serie triboeléctrica. Por ejemplo, si el nylon y el propileno se frotan juntos, el nylon es el donante, mientras que el polipropileno es el aceptor.

Los productos especialmente afectados por la electricidad estática incluyen películas de empaque, tanques y líneas de combustible para automóviles, carcasas de dispositivos electrónicos y muebles y pisos asociados, videocasetes, artículos domésticos electrodomésticos, televisores y teléfonos móviles, cintas transportadoras y equipos de proceso químico, o cualquier material utilizado en las proximidades de atmósferas inflamables. La mayoría de los antiestáticos están compuestos de sustancias higroscópicas y a menudo electrolíticas. Las sustancias más adecuadas para este propósito son derivados de tensioactivos catiónicos o no iónicos, que se utilizan en cantidades del orden de uno por mil en el polímero. Entre estas sales inorgánicas (especialmente cloruro de litio), ésteres de ácidos grasos hexaponi, como estearato de butilo, alcoholes mono y polivalentes (glicerina), aminas, sus sales, trietanolamina, amidas, derivados de polioxietileno, fosfatos de alquilo. El negro de humo o el negro de humo, debido a su alta conductividad eléctrica, también es capaz de realizar una acción antiestática efectiva: por ejemplo 35 partes de negro de humo sobre 100 de goma elástica reducen la resistividad del volumen de 10¹⁴ 5Ω.cm hasta 10⁴ Ω.cm. Se observa con frecuencia una disminución en la eficacia protectora realizada por los antiestáticos. Esto sucede tanto por el desprendimiento o la evaporación del antiestático de la superficie del objeto, como por la tendencia que puede tener a migrar hacia el interior. La alta temperatura favorece naturalmente estos fenómenos. Por esta razón, en el caso de los objetos de plástico, el antiestático a menudo se incorpora a la masa del material para que pueda llevar a cabo su acción prolongada con el tiempo, mediante una migración lenta desde el interior a la superficie. Los aditivos antiestáticos en flor se dividen en cuatro categorías:

Depende de la aplicación. Algunos productos requieren una resistividad superficial muy baja. Los ejemplos más comunes están asociados con el blindaje EM o RF. Las fuentes de interferencia electromagnética incluyen fenómenos naturales (radiación cósmica, relámpagos, corona y descarga estática) y dispositivos artificiales (equipos eléctricos y electrónicos que incluyen televisión y radio, herramientas eléctricas, limpiadores ultrasónicos, computadoras, soldadores de arco, sistemas de encendido de automóviles y efectivo). registros). Muchos aparatos se ven afectados negativamente por interferencias, especialmente equipos de comunicaciones, equipos de alta fidelidad e instrumentación industrial. Las posibles fuentes de interferencia están sujetas a una regulación estricta. Debemos distinguir entre las aplicaciones que requieren materiales con valores de resistividad intermedios y aquellas que requieren un comportamiento eléctricamente conductor, o al menos semiconductor. La mayoría de los plásticos, antes de cualquier tratamiento antiestático, tienen resistividades de volumen muy altas, del orden de 10¹⁴ 0hmcm, y resistividades superficiales del orden de 10¹⁴ ohmios/cuadrado, a temperatura ambiente. El blindaje EMI completamente efectivo requiere resistividades de volumen inferiores a 10 ohmios/cm, lo que está bastante más allá de los valores que normalmente se obtienen con el relleno de negro de humo. Las cargas metálicas pueden permitir alcanzar estos valores, aunque pueden producirse efectos secundarios como la abrasividad de las partículas metálicas. Las resistividades de la superficie deben ser inferiores a 10⁵ ohmios / cuadrado para el blindaje EM. Los materiales disipadores de estática son una categoría intermedia, que se utiliza cuando hay una necesidad de resistividades de superficie en el rango de 10⁵-10⁹ ohmios/cuadrado. Estos valores se pueden lograr utilizando negro de carbón o cargas similares. Son relevantes para productos donde la acumulación de electricidad estática causa arcos eléctricos o cortocircuitos. Agentes antiestáticos Los materiales antiestáticos comunes se encuentran en un rango de resistividad superficial aún mayor, entre 10⁹ y 10¹⁴ ohmios / cuadrado. Los agentes antiestáticos convencionales normalmente pueden cumplir con la mayoría de los requisitos de esta categoría, aunque pueden existir algunas desventajas asociadas, como se menciona en otra parte de este artículo. Hay otros artículos en este libro, titulados 'Negro de carbón' y 'Rellenos conductores para plásticos', que se refieren a materiales con mayor conductividad. Debe recordarse que el negro de carbón a veces se usa como pigmento o como estabilizador de UV y actuará de manera incidental como agente antiestático. Ejemplos de plásticos que requieren agentes antiestáticos convencionales son las poliolefinas, poliestireno, poliésteres, poliuretanos, PVC y acrílicos. Las poliolefinas se pueden convertir en bastante libres de estática con sólo niveles bajos (típicamente menos del 1%) de un glicérido o una amina alcoxilada, tal como el éster de glicerilo etoxilado de un ácido graso. Los agentes que se utilizan comúnmente son líquidos y se pueden agregar mediante un método masterbatch. Las poliolefinas para envases electrónicos necesitan aditivos antiestáticos en niveles mucho más altos, p. Ej. hasta 10%. El PVC requiere diferentes aditivos, p. Ej. 1-2% de compuestos de amonio cuaternario en PVC rígido no plastificado y 2-6% de alcohol etoxilado o ésteres de ácidos grasos alcoxilados en PVC plastificado. Se han recomendado altos niveles de copolímeros de epiclorhidrina para su uso como agentes antiestáticos tanto en termoplásticos como en termoestables. El ABS, el acetato de celulosa y el policarbonato también se pueden modificar mediante la adición de agentes antiestáticos. Los polímeros a base de estireno son fácilmente compatibles con algunos agentes antiestáticos y se debe tener cuidado para asegurar que el aditivo se elija de manera que la migración a la superficie ocurra a una velocidad suficiente. Pueden usarse derivados de glicerol y aminas etoxiladas.

Se puede medir la eficacia de los agentes antiestáticos. Esto se hace observando la tasa de descomposición de la carga superficial en un artículo de plástico. En el caso del polietileno de alta densidad, por ejemplo, la mayor parte de la carga superficial medible en la muestra inmediatamente después del moldeo debería haberse disipado en condiciones ambientales dentro de los 7 días, pero la tasa de disminución dependerá de una gran cantidad de factores. La velocidad de migración puede depender del peso molecular del aditivo, así como de su compatibilidad con el polímero. Si la tasa de migración es demasiado alta, se pueden utilizar sustancias de un tipo similar de mayor peso molecular. Es difícil encontrar agentes antiestáticos eficaces para termoplásticos de ingeniería, debido a las altas temperaturas de procesamiento. Es posible que un agente antiestático resulte técnicamente eficaz, pero que interfiera de forma inaceptable con otros aditivos del polímero, tales como estabilizadores. Por otro lado, algunos aditivos pueden combinar con éxito una función antiestática con una o más funciones importantes.

El mecanismo del depósito falla cuando la movilidad de los antiestáticos internos es demasiado baja a temperatura ambiente. Los monoésteres de glicerol son antiestáticos eficaces para el polipropileno PP, han demostrado que en el caso del monoestearato de glicerol, GMS, el enriquecimiento en la superficie de una placa de PP se produce durante el moldeo por inyección. Si esta capa exterior se elimina enjuagando con agua, no se puede formar una nueva capa de GMS, debido a una baja movilidad y el material se comporta como un dieléctrico durante meses. De manera similar a los antiestáticos externos, la fracción del antiestático interno que se difundió (y se encuentra en) la superficie debería reducir la fricción cuando se frota contra otros materiales y provocar una rápida disipación de las cargas acumuladas. Para dispersar las cargas acumuladas, se deben crear canales conductores en la superficie. En el caso ideal, los canales conductores son tan perfectos que las cargas se eliminan inmediatamente o ni siquiera se puede formar la carga. El agua es el agente antiestático más simple, que puede actuar como un modificador antiestático interno en polímeros polares con puentes de hidrógeno, así como un antiestático externo formando una fina película de agua absorbida sobre una superficie. En realidad, el agua pura tiene una conductividad de menos de 10e-7 S cm-1, pero se vuelve altamente conductora debido a la presencia de impurezas iónicas. La tendencia a absorber agua del aire depende de la estructura química de la superficie del polímero. Los antiestáticos ubicados en la superficie mejoran la adsorción del agua. Dado que la conductividad del agua adsorbida depende de la concentración de iones, los antiestáticos deberían ionizarse en presencia de agua. Desde este punto de vista, los antiestáticos iónicos (sales de amonio cuaternario, ésteres de ácido fosfórico) son más eficaces que los no iónicos. La permanencia en el comportamiento antiestático se puede alcanzar cuando se añaden electrolitos poliméricos sólidos (SPE) a la matriz polimérica. El SPE consiste en sales incrustadas en una matriz polimérica u oligomérica. Esta matriz contiene unidades, p. Ej. grupos éter, que pueden disociar las sales, provocando así conductividad iónica. Como es válido para otros compuestos que contienen rellenos conductores, la conductividad depende de la concentración de SPE y presenta una concentración de percolación crítica. El plastificante conductor de iones (ICP) (también llamado plastificante antiestático, AP) preparado a partir de sales y plastificantes que contienen oligoglicoles muestra un mecanismo y una eficiencia similares para proporcionar conductividad a las matrices de aislamiento con baja dependencia de la humedad. Esto y la dependencia de la temperatura de la conductividad cuenta para un mecanismo de conducción iónica convencional basado en electrolitos en compuestos que contienen SPE o ICP de cabina. Biedermann propone que el mecanismo de acción de los antiestáticos no iónicos que contienen grupos hidroxilo o amino es similar al de la conductividad del agua. Esta teoría se basa en la observación de que la conductividad de los agentes formadores de enlaces de hidrógeno depende de su estructura. Por ejemplo, las aminas primarias y las aminas terciarias sustituidas con hidroxialquilo son antiestáticos eficaces, mientras que las aminas secundarias no lo son. De la serie de amidas, sólo son eficaces aquellas con dos sustituyentes hidroxialquilo. Sin embargo, los iones que provienen de las impurezas del material, del polvo o de los objetos adyacentes también aumentan la conductividad de las superficies del agua y el agente antiestático para hacer que el objeto sea antiestático.