1. 分子構造と特性群の性質と添加量[3]
帯電防止剤の効果は、まず界面活性剤としての基本的な特性、つまり界面活性に依存します。界面活性は、親水基の種類、疎水基の種類、分子の形状、分子量に関係します。帯電防止剤の分子が相界面に方向性を持って吸着されると、相界面の自由エネルギーと水とプラスチックの間の臨界接触角が減少します。この吸着はマトリックスの特性のみに関係しますが、界面活性剤の特性にも関係します。極性類似の法則によれば、界面活性剤分子の炭化水素鎖部分はポリマーセグメントと接触しやすく、極性基部分は空気中の水と接触しやすい。疎水性材料である高分子材料表面の帯電防止剤の主な機能は、空気中の水と面して規則的な親水性の吸着層を形成することです。
同じ空気湿度の場合、親水性の高い帯電防止剤はより多くの水を結合するため、ポリマーの表面はより多くの水を吸収することができ、イオン電離の条件がより十分になり、帯電防止効果が向上します。
電荷移動はプロトンの置換によっても起こります。ヒドロキシル基またはアミノ基を含む帯電防止剤は、水素結合によって鎖に結合することができ、低湿度でも機能します。乾燥した空気環境において、成形直後のプラスチック製品の帯電防止性能が要求される場合には、ポリオールモノステアレート系帯電防止剤の使用が非常に有効です。ポリプロピレン中のヒドロキシエチルアルキルアミンは、相対湿度 50% で一定期間保管した後にのみ最高の帯電防止効果を発揮し、湿度の影響を大きく受けます。ステアリン酸モノグリセリドは添加後すぐに帯電防止効果を発揮し、湿度の影響を受けませんが、保存期間が長くなるとその効果は顕著に低下します。
添加剤の帯電防止剤の効果は、プラスチック製品の表面への添加剤の移行速度によって決まります。プラスチック製品の表面が連続した導電層で覆われている場合、電荷の減衰は最適になります。
帯電防止剤の分子量が高すぎるため、ポリマー表面への移行が促進されません。分子量が低すぎるため、耐洗濯性、表面耐摩擦性が劣ります。通常、帯電防止剤の分子量はポリマーの分子量よりもはるかに小さいです。低分子量物質の添加は、高分子材料の物理的および機械的特性を劣化させる可能性があります。この悪影響を軽減するために、帯電防止剤は界面活性剤の「ワンポイントフレッシュ」と同様に、通常1ppm～1000ppm程度の微量で添加されますが、希釈して添加することもできます。また、製品の用途によって帯電防止剤の添加量も異なります。
CMC (臨界ミセル濃度) 値は、界面活性剤の表面活性の尺度です。 CMC値が小さいほど、表面（界面）吸着に到達する界面活性剤の濃度が低くなり、またはミセルを形成するのに必要な濃度が低くなり、帯電防止特性の有効濃度が低くなります。構造の違いにより帯電防止剤の添加量が異なり、製品の形状によっても異なります。添加量には幅があります。低すぎると、帯電防止効果は明らかではありません。高すぎると、材料の物理的および機械的特性に影響を与えます。フィルムやシートなどの薄い製品は添加量が少なく、厚い製品は添加量が比較的多くなります。
2. 帯電防止剤とポリマー間の相溶性は、同様の極性相溶性の原理に従います。ポリマー材料はすべて長い炭素鎖構造を持ち、そのほとんどは非極性樹脂であり、極性を高める極性末端基を持つものもあります。帯電防止剤は、疎水性 (非極性) 基と親水性 (極性) 基の両方を持っています。一般に疎水基の炭素鎖が長いほどポリマーとの相溶性が良くなります。親水基の極性が強いとポリマーとの相溶性が悪くなります。極性が弱いと親水性の吸着が悪くなります。相溶性が良すぎるため、帯電防止剤が移動しにくく、帯電防止効果が得られません。互換性が悪く、除去が速すぎ、持続時間が短すぎるため、長期使用に影響します。したがって、帯電防止剤を設計および使用する際には、上記の要素を考慮する必要があり、実験を通じて帯電防止剤の種類と最適な使用法をスクリーニングする必要があります。
