Application d'agents antistatiques dans la production de produits en plastique

Les agents antistatiques sont des additifs fonctionnels essentiels dans la production de plastique. Ils forment des films conducteurs en absorbant l'humidité de l'air ou en conduisant directement les charges, éliminant ainsi l'accumulation d'électricité statique due à la forte isolation et aux frottements des plastiques, et évitant ainsi des problèmes tels que l'adsorption de poussières, les chocs électriques et les incendies causés par l'électricité statique. Lors de la production de plastique (moulage par injection, extrusion, soufflage) et de son utilisation ultérieure, la tension statique peut atteindre des dizaines de milliers de volts, ce qui affecte non seulement l'efficacité de la production (adhérence du film, manipulation difficile des produits, etc.), mais peut également compromettre la sécurité des environnements inflammables et explosifs (emballages chimiques, composants électroniques, etc.). Compatible avec la quasi-totalité des plastiques tels que le PE, le PP, le PVC, le PET, l'ABS, etc., il existe différents types de revêtements internes et externes selon l'usage. Actuellement, il évolue vers une efficacité élevée, une efficacité à long terme et une faible migration, devenant un élément clé pour garantir une production de plastique fluide et la sécurité des produits.

1. Le mécanisme d'action principal des agents antistatiques : une solution ciblée au problème de l'accumulation d'électricité statique

L'électricité statique du plastique provient du transfert de charge causé par la friction moléculaire, et les agents antistatiques parviennent à éliminer la charge grâce à deux mécanismes principaux, adaptés à différents scénarios de production et d'utilisation :

1. Type de revêtement externe : film mince conducteur à formation rapide

Les agents antistatiques externes adhèrent à la surface des produits en plastique par pulvérisation, trempage et autres méthodes, en utilisant leurs groupes hydrophiles pour adsorber l'humidité de l'air, formant un film conducteur continu qui conduit rapidement les charges statiques accumulées vers le sol :

Caractéristiques fonctionnelles : action rapide (effet immédiat après revêtement), faible coût, fonctionnement flexible, pas besoin de modifier la formule de production du plastique ;

Limitations : Facile à détacher en raison du frottement et du nettoyage, faible efficacité à long terme (généralement maintenue pendant 1 à 3 mois), convient à une utilisation à court terme ou à des besoins antistatiques temporaires ;

Produits représentatifs : cationiques (tels que les sels d’ammonium quaternaire), non ioniques (tels que les esters d’acides gras de polyéthylène glycol) ;

Scénario d'adaptation : Post-traitement de films plastiques et de pièces moulées par injection, tels que des sacs de courses en PE et des surfaces de jouets en PP antistatiques.

2. Type d'ajout interne : charge conductrice dispersée à long terme

Les agents antistatiques internes sont mélangés aux matières premières pendant la production de plastique, uniformément dispersés dans la matrice plastique et migrent vers la surface pour former une couche conductrice ou construire des canaux conducteurs à l'intérieur, obtenant ainsi une antistatique à long terme :

Caractéristiques fonctionnelles : Forte durabilité à long terme (cohérente avec la durée de vie du produit), effet antistatique uniforme et aucun impact sur les performances de traitement du produit ;

Limitations : La quantité ajoutée est relativement élevée (généralement 0,5 % à 3 %), le coût est plus élevé que celui du type de revêtement externe et il doit être adapté à la température de traitement du plastique ;

Produits représentatifs : non ioniques (tels que les esters d'acides gras de glycérol, les polyéthers), ioniques (tels que les sels de sulfonates) ;

Scénario d'adaptation : Le processus de mélange de matières premières dans la production de plastique, comme la production de boîtiers de composants électroniques et de fûts d'emballage chimique.

2. Types d'agents antistatiques courants et leur adéquation à la production de plastique : caractéristiques et adaptation aux situations

Il existe des différences significatives en termes de résistance à la chaleur, de compatibilité et d'efficacité à long terme entre les différents agents antistatiques. Le choix doit se faire en fonction du type de plastique, de la technologie de transformation (température, méthode de moulage) et de l'utilisation du produit. Les quatre principales catégories sont les suivantes :

1. Agent antistatique non ionique : faible toxicité universelle, adapté à la production de plastiques multi-catégories

Les agents antistatiques non ioniques présentent une bonne compatibilité, une faible toxicité et une résistance thermique modérée (température de traitement ≤ 200 °C), ce qui en fait le type d'agent le plus utilisé dans la production de plastique. Les revêtements, tant internes qu'externes, peuvent :

Produits représentatifs : Polyéthylène glycol (PEG), monostéarate de glycérol (GMS), complexes de polyéthers ;

Plastiques compatibles : PE, PP, PVC, ABS, PET ;

Scénarios de production : extrusion de film PE, production de moulage par injection PP, traitement de tuyaux en PVC, peuvent éviter l'adhérence du produit et améliorer l'efficacité de la production.

2. Agent antistatique cationique : efficace et rapide, adapté au revêtement extérieur ou au traitement à basse température

Les agents antistatiques cationiques présentent une efficacité antistatique élevée (résistance superficielle pouvant être réduite à 10⁶-10⁸Ω), mais une faible résistance thermique (température de traitement ≤ 160 °C) et sont principalement utilisés comme revêtements externes. Certains peuvent être ajoutés en interne aux plastiques traités à basse température :

Produits représentatifs : Chlorure de dodécyltriméthylammonium, complexes de sels d'ammonium quaternaire ;

Compatible avec les plastiques : PVC, PE, ABS ;

Scénario de production : traitement de revêtement externe du film PVC, pulvérisation antistatique de la surface du jouet ABS, effet rapide et peut réduire rapidement la résistance de surface.

3. Agent antistatique anionique : Bonne résistance à la température, adapté au traitement à haute température des plastiques

Les agents antistatiques anioniques présentent une excellente résistance à la chaleur (température de traitement ≤ 250 °C), une compatibilité légèrement médiocre et doivent être utilisés en association avec des agents de compatibilité. Il s'agit principalement d'additifs internes :

Produits représentatifs : alkylsulfates, sels de phosphate ;

Plastiques compatibles : PET, PC, PA (polyamide) ;

Scénario de production : moulage par soufflage de bouteilles de boissons en PET, moulage par injection de coques de composants électroniques PC, peut résister à un traitement à haute température sans décomposition.

4. Agent antistatique composite : synergie multifonctionnelle, adaptée aux besoins de production haut de gamme

Les agents antistatiques composites sont composés de deux ou plusieurs types de composés (tels que le type non ionique + ionique, le type antistatique + antioxydant), qui présentent les caractéristiques d'une efficacité élevée, d'un effet à long terme et d'une résistance à la température :

Produits représentatifs : complexe polyéther+sel d'ammonium quaternaire, complexe GMS+antioxydant 1010 ;

Plastiques compatibles : PP, PE, PET, ABS ;

Scénario de production : Production de matériaux d'emballage électronique haut de gamme, traitement chimique des barils PE, peut résoudre simultanément les problèmes d'électricité statique et de vieillissement.

3. Pratique d'application des agents antistatiques dans la production de produits plastiques clés : formule et processus basés sur des scénarios

Les procédés de production et les utilisations des différents produits plastiques varient considérablement, et le choix des agents antistatiques doit être personnalisé en fonction du type de plastique, de la température de traitement et du produit utilisé. Voici quelques exemples :

1. Production de produits en polyoléfine (PE, PP) : équilibre entre efficacité de production et sécurité d'utilisation

Le PE et le PP sont les catégories les plus couramment utilisées dans la production de plastique. Ils peuvent facilement générer de l'électricité statique, provoquer l'adhérence du film et l'adsorption de poussières. Les agents antistatiques non ioniques internes les plus couramment utilisés sont :

Production d'extrusion de sacs de courses en PE :

Formule : Matière première PE + 0,8 % d'ester d'acide gras de polyéthylène glycol + 0,2 % d'antioxydant 1076 ;

Procédé : Mélanger avec des matières premières dans une extrudeuse à une température de traitement de 150-180 ℃ ;

Effet : La résistance superficielle du film est réduite à 10 ⁸ -10 ⁹ Ω sans adhérence, ce qui augmente l'efficacité de production de 20 %. Il n'absorbe pas la poussière pendant l'utilisation.

Production de moulage par injection de plateaux de composants électroniques en PP :

Formule : matière première PP + 1,5 % d'agent antistatique polyéther + 0,3 % de compatibilisant ;

Processus : température de moulage par injection 180-200 ℃, température du moule 50-60 ℃ ;

Effet : La résistance de surface du plateau est ≤ 10 ΩΩ, ce qui évite les dommages électrostatiques aux composants électroniques et a une durabilité à long terme de plus de 2 ans.

2. Production de produits en plastique technique (PET, PC) : équilibre entre résistance aux hautes températures et faible migration

Les températures de traitement du PET et du PC sont élevées (260-320 °C), et certains sont utilisés dans des applications haut de gamme comme l'agroalimentaire et l'électronique. Il est donc essentiel de choisir des agents antistatiques résistants à la température et à faible migration.

Production de bouteilles de boissons en PET par soufflage :

Formule : Matière première PET + 1,2 % d'agent antistatique sel de phosphate + 0,2 % d'hypophosphite 168 ;

Procédé : Température de séchage de 160 ℃, température de moulage par soufflage de 270-280 ℃ ;

Effet : La résistance superficielle du corps de la bouteille est réduite à 10 Ω, évitant ainsi l'adsorption électrostatique de poussières lors du remplissage. La quantité d'agent antistatique migré est inférieure à 0,01 mg/kg, ce qui répond aux normes de contact alimentaire.

Production de moulage par injection de coques d'ordinateurs PC :

Formule : Matière première PC + 2,0 % de polyéther + composé de sel d'ammonium quaternaire agent antistatique ;

Processus : température de moulage par injection 280-300 ℃, temps de maintien 15-20 secondes ;

Effet : La résistance de surface de la coque est ≤ 10 ΩΩ, il n'y a pas de choc électrique statique et n'affecte pas la transparence et les propriétés mécaniques du produit.

3. Production de produits en PVC : adaptés à différents procédés de moulage

Les techniques de transformation du PVC sont diverses (extrusion, moulage par injection, laminage), et les problèmes d'électricité statique sont particulièrement importants dans la production de films et de tubes. Les agents antistatiques internes ou externes couramment utilisés sont :

Production de films PVC transparents en rouleau :

Formule : Résine PVC + 1,0 % monostéarate de glycérol + 2,0 % époxy huile de soja (plastifiant et antistatique synergique) ;

Processus : Température de laminage 160-180 ℃, température de refroidissement 40-50 ℃ ;

Effet : La résistance de surface du film est de 10 ⁸ -10 ⁹ Ω, sans adhérence ni brouillard, et un taux de rétention de transmission supérieur à 90 %.

Production d'extrusion de canalisations chimiques en PVC :

Formule : Résine PVC + 1,5 % d'agent antistatique alkylsulfonate + 3,0 % de stabilisant thermique composite calcium-zinc ;

Processus : Température d'extrusion 150-170 ℃, vitesse de traction 5-8 m/min ;

Effet : La résistance de la paroi intérieure du pipeline est ≤ 10 ΩΩ, évitant les risques de sécurité causés par l'électricité statique lors du transport de liquides inflammables et explosifs.

4. Production de plastiques d'emballage électronique : exigences élevées en matière de protection antistatique

Les plastiques d'emballage électronique (tels que les sacs antistatiques en PE et les plateaux en ABS) ont des exigences extrêmement élevées en matière de protection électrostatique (résistance de surface de 10 ⁶ -10 ⁸ Ω), et des agents antistatiques composites à haute efficacité doivent être sélectionnés :

Production de film soufflé antistatique en PE :

Formule : Matière première PE + 2,0 % de polyéther + composé de sel d'ammonium quaternaire agent antistatique + 0,3 % d'antioxydant 1010 ;

Procédé : température du film soufflé de 160-180 ℃, rapport de soufflage de 2,5-3,0 ;

Effet : La résistance de surface du corps du sac est de 10 ΩΩ et la demi-vie électrostatique est inférieure à 2 secondes, ce qui peut protéger efficacement les composants électroniques internes contre les dommages électrostatiques.

4. Défis et tendances de développement des agents antistatiques dans la production de plastique

Bien que les agents antistatiques aient résolu le problème clé de l'électricité statique dans la production de plastique, ils restent confrontés à des défis en matière de compatibilité, d'efficacité à long terme, de respect de l'environnement et d'autres aspects dans les applications actuelles. À l'avenir, ils évolueront vers une efficacité élevée, une efficacité à long terme et une approche écologique.

1. Défi actuel : équilibrer les exigences de performance et de production

Contradiction entre compatibilité et apparence : Certains agents antistatiques (tels que ceux de type ionique) ont une faible compatibilité avec les plastiques, qui peuvent facilement précipiter et rendre la surface du produit collante et brumeuse, affectant ainsi son apparence ;

Efficacité à long terme et équilibre des coûts : le revêtement externe a un faible coût mais nécessite un traitement secondaire, tandis que le revêtement interne a une efficacité à long terme mais un dosage élevé, augmentant les coûts de production ;

Pression de conformité environnementale : Certains agents antistatiques cationiques (comme certains sels d'ammonium quaternaire) présentent une toxicité élevée et ne répondent pas aux normes environnementales pour les emballages alimentaires et pharmaceutiques.

2. Tendance de développement : l'innovation technologique stimule la modernisation

Agent antistatique à poids moléculaire élevé : Développer des agents antistatiques avec un poids moléculaire supérieur à 1000 (tels que les copolymères de polyétheramide), améliorer la compatibilité avec les plastiques grâce à l'enchevêtrement des chaînes moléculaires, réduire les précipitations et s'adapter à la production d'emballages alimentaires et électroniques haut de gamme ;

Agent antistatique réactif : greffage de groupes antistatiques sur des chaînes moléculaires de plastique pour résoudre fondamentalement les problèmes de migration, avec une efficacité à long terme compatible avec la durée de vie du produit. Ce produit a été testé dans la production de PET et de PP.

Agent antistatique biosourcé : fabriqué à partir d'extraits de plantes (tels que des dérivés d'huile de ricin et des composés à base d'amidon), à faible toxicité, biodégradable, conforme à la politique "dual carbon", adapté à la production de plastique respectueuse de l'environnement ;

Agent antistatique intégré multifonctionnel : Développement d'un additif composite antistatique + antioxydant + résistant aux intempéries, simplifiant les formules de production de plastique, réduisant les coûts de traitement et s'adaptant à la production de produits en plastique d'extérieur et haut de gamme.

5. Résumé : Agents antistatiques - les gardiens de la sécurité de la production et de l'utilisation du plastique

De l'extrusion fluide des sacs en PE à la protection électrostatique des plateaux de composants électroniques, en passant par la production sécurisée de pipelines chimiques, les agents antistatiques garantissent une production efficace et fluide des plastiques et une utilisation sûre des produits en éliminant avec précision les risques électrostatiques. Non seulement ils constituent un additif auxiliaire permettant de résoudre les problèmes de production, mais ils influencent également directement l'applicabilité (emballages électroniques, conteneurs chimiques, etc.) et la sécurité (notamment en cas d'inflammabilité et d'explosion) des produits plastiques. À l'avenir, grâce aux avancées réalisées dans la recherche et le développement d'agents antistatiques à haut poids moléculaire, biosourcés et multifonctionnels, ils s'adapteront davantage aux besoins de développement haut de gamme et écologiques de l'industrie du plastique, contribuant ainsi à la production de produits plastiques à forte demande.