物理的状態の異なる 2 つの固体が接触して擦れ合うと、それぞれの表面で電荷の再分配が起こります。再分離後、各固体表面は接触前と比較して過剰な正（または負）電荷を帯び、これを静電気と呼びます。材料の導電性を特徴付けるために、抵抗率の概念が使用されます。体積抵抗率は、材料表面の電流方向に平行な電位勾配と表面の単位幅あたりの電流の比です。一般に、ポリマーは高絶縁材料であり、電気抵抗率が高いため、一度帯電すると除去が困難です。日常生活では、プラスチックの床の上を歩くと、靴底と床の摩擦により人体が帯電することがあります。ひどい場合は、手がドアの取っ手や物に触れると放電が発生し、チクチクする感覚を引き起こすこともあります。医療手術中に感電事故が発生します。電子業界では、人体の帯電により回路が簡単に破断し、集積回路が損傷する可能性があります。繊維業界では、繊維の凝集などが発生します。
ポリマーの静電気を除去する方法は2つあります
（1）金属、炭素繊維、カーボンなどの導電性フィラーを追加します。この方法は、大量のフィラーを必要とします。帯電防止効果を達成するには、フィラーの導電性の急激な低下が一定の割合に達する必要があります。大量に添加すると、製品の色と品質が大幅に制限されます。たとえば、カーボンブラックを充填したPPの導電性は、割合が15％に達したときにのみ大幅に変化します。この時点で、材料の色は、多様で美しい材料の要件を満たすことができなくなります。金属フィラーは材料の品質を高めます。金属繊維フィラーは品質が低いですが、加工中に破損したり酸化したりしやすく、より高価になります。
（２）表面を活性化し、表面導電性を向上させるために帯電防止剤を添加する：１．表面に塗布された帯電防止剤は耐久性が低く、摩擦や洗濯により失われやすく、一時的または短期的な帯電防止効果しか得られない。２．混合帯電防止剤は耐久性が高いが、帯電防止剤に対する要求が厳しい。
帯電防止剤
プラスチック表面に静電気が発生すると、生産の妨げ、火花による爆発、電子機器の集積回路の損傷など、さまざまな問題が発生する可能性があります。静電気を除去する一般的な方法は、帯電防止剤などの界面活性剤を使用してポリマーの表面抵抗を下げることです。このような添加剤は吸湿性があるため、ポリマーの表面に大気中の水分を吸収し、静電気をすばやく除去する薄い導電性フィルムを形成します。このプロセスでは、水が重要な役割を果たします。大気中の湿度が増加すると、ポリマーの表面導電性も向上し、静電気の電荷が急速に失われ、優れた帯電防止性能が得られます。
表面活性帯電防止剤には、用途の違いにより、外付けと内付けの2種類があります。外付けまたは局所的な帯電防止剤は、スプレー、拭き取り、または含浸によってポリマーの表面に塗布されます。この外付け帯電防止剤はさまざまなポリマーに適していますが、その効果は一時的であり、溶剤との接触や他の物質との摩擦によって失われやすくなります。内付け帯電防止剤は、ポリマー加工中に追加されます。このタイプの表面活性帯電防止剤は、取り扱いによって侵食された帯電防止機能を補うことができます。この内付け帯電防止剤の効果は、凍結噴霧に依存します。ここでの凍結噴霧の意味は、樹脂に添加された内付け帯電防止剤が部分的にポリマーの表面に移動するプロセスを指します。したがって、内付け帯電防止剤は長期的な帯電防止保護効果を持っています。
表面活性帯電防止剤は、カチオン系、アニオン系、非イオン系に分けられます。
カチオン系帯電防止剤は、通常、塩化物を平衡イオンとする長鎖アルキル第四級アンモニウム、リン、または鉛の塩です。これらは、硬質ポリ塩化ビニルやスチレンベースのポリマーなどの極性マトリックスで効果的に機能しますが、熱安定性に悪影響を及ぼします。このタイプの帯電防止剤は、通常、食品と接触するアイテムでの使用は許可されていません。また、帯電防止効果は、エトキシル化アミンなどの内部帯電防止剤の 1/5 ～ 1/10 にすぎません。
アニオン系帯電防止剤は、通常、アルキルスルホン酸、リン酸、またはジチオカルバミン酸のアルカリ金属塩であり、主にポリ塩化ビニルやスチレン樹脂に使用されます。ポリオレフィン樹脂への適用効果は、カチオン系帯電防止剤と同様です。アルキルスルホン酸ナトリウムは、アニオン系帯電防止剤として、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートに広く使用されています。
エトキシル化脂肪族アルキルアミンなどの非イオン性帯電防止剤は、帯電防止剤の最大のクラスです。これらは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ABS、およびその他のスチレンベースのポリマーで広く使用されています。現在、いくつかのエトキシル化アルキルアミンが製造および販売されていますが、アルキル鎖の長さと不飽和度が異なります。エトキシアルキルアミンは、相対湿度が低い条件でも非常に効果的な帯電防止剤であり、長期間効果があります。このタイプの帯電防止剤は、食品と間接的に接触するアイテムで使用するために連邦食品医薬品局によって承認されています。その他の商業的に価値のある非イオン性帯電防止剤には、エトキシル化ラウロイルアミンなどのエトキシル化アルキルアミンやグリセロールモノステアレート (GMS) があります。エトキシラウリルアミンは、湿度の低い環境で使用されるポリエチレンやポリプロピレンに適しており、迅速かつ長時間持続する帯電防止機能が必要です。GMS 帯電防止剤は、処理中の静電気保護のみを目的としています。 GMS はポリマーの表面に急速に移動しますが、エトキシル化アルキルアミンやエトキシル化アルキルアミンのような長時間持続する帯電防止効果を発揮することはできません。
最大 75% の液体または低融点のエトキシル化アルキル基とポリマーを混合して、濃縮マスターバッチを形成できます。これらのマスターバッチは、輸送が容易で、混合中に容易に分散される、自由に流動する球状製品です。エトキシル化アルキルアミン マスターバッチの利点は、次のようにまとめることができます。
（１）予め分散された活性物質の添加により、良好な分散性が得られる。
（２）小球状の製品で、輸送性、流動性が良く、計量や混合が容易である。
（３）押出機のスクリュー滑りが少なく、加工性が良好。
帯電防止剤の選択と投与量は、ポリマーの特性、処理方法、処理条件、他の添加剤の種類と量、相対湿度、およびポリマーの最終的な用途によって異なります。十分な帯電防止効果を得るのに必要な時間は異なり、帯電防止剤の濃度を高めることで帯電防止保護の速度と持続時間を増やすことができます。ただし、帯電防止剤を過剰に使用すると、最終製品の表面が滑りやすくなり、印刷または接着性能が損なわれる可能性があります。未処理の無機充填剤と顔料は、帯電防止剤分子を表面に吸着し、帯電防止剤の効果を低下させる可能性があります。この現象は、使用する帯電防止剤の量を増やすことで補うことができます。ただし、食品と接触する製品の場合、添加する帯電防止剤の量は、連邦食品医薬品局の規制に準拠する必要があります（連邦規則集、タイトル21（21CFR）を参照）。（連邦規則集、タイトル21（21CFR））。
ポリエチレンを使用する場合、エトキシル化アルキルアミン帯電防止剤の選択は、ペースト、液体、小粒子、固体などの物理的形状を考慮する必要があります。エトキシル化牛脂アミンがペースト状の性質のために処理できない場合は、液体のエトキシル化オレアミンを使用できます。高温処理条件（180度以上）では、エトキシル化ステアフタアミンを選択できます。即効性の帯電防止効果が必要な場合は、エトキシル化ラウリルアミンを選択できます。ポリプロピレンを使用する場合に考慮すべき問題は、ポリエチレンを使用する場合の問題と同様です。使用する樹脂の種類に関係なく、さまざまな用途に対する連邦食品医薬品局の規制制限を考慮する必要があります。スチレンベースのポリマーに使用する場合は、エトキシル化ココナッツアミンまたはその適切なマスターバッチのいずれかを選択することをお勧めします。
混合と処理
一般的に、帯電防止剤は、ミキサーまたは押出機で顔料やその他の添加剤と混合されます。技術的に言えば、エトキシル化アルキルアミンなどの純粋な帯電防止剤には、液体射出成形中に溶融して顔料マスターバッチの分散剤として機能するという別の利点があります。帯電防止剤マスターバッチは、最終加工装置に直接追加できます。内部帯電防止剤の効果は、最終製品の製造および加工条件と密接に関係しています。たとえば、射出成形品の帯電防止性能は、金型の温度に依存します。通常、金型の温度が低い場合、帯電防止剤はすばやく移動し、帯電防止性能が向上します。
帯電防止剤の有効性を評価する試験方法には、表面抵抗（速度）法と静電減衰法の 2 種類があり、どちらの方法も広く使用されています。
ASTMD257-78 の定義によると、材料の表面抵抗率は、電位勾配と材料表面の単位幅を通過する電流の比であり、一般的には試料の幾何学的形状に関係しています。プラスチックサンプル表面の同じ側に 2 つの電極を配置し、電極に直流電流を流します。サンプルを通過する電流を測定して抵抗を計算します。次に、表面抵抗率の測定結果をオームで表します。
連邦試験方法 4046 の定義によると、静電気減衰は誘導電荷の放電率を指します。サンプル (通常は薄板またはフィルム) を 2 つの電極の間に置き、電極とサンプルの表面の距離を数ミリメートルにします。一方の電極は電源に接続し、もう一方の電極は電流計と記録計に接続します。一方の電極によってサンプル表面に誘導された電荷によって生じる電界の変化は、もう一方の電極によって測定されます。静電気防止サンプルは誘導電荷の減衰を示します。減衰半減期 (秒単位) は、電荷が初期値から半分に減衰するのにかかる時間です。
業界で広く使用されているもう 1 つの標準テスト方法は、電子製品のパッケージに使用される米国規格です。適切な方法の選択は、テストが必要なプラスチックの最終的な用途によって異なります。
プラスチック自体の電気抵抗率は 1014 オームです。表 A の量に従って帯電防止剤を添加すると、電気抵抗率は 1013 ～ 109 オームまで低下する可能性があります。抵抗率をさらに下げたい場合は、導電性カーボンブラックを使用するなど、導電性を向上させるしかありません。
環境問題を重視して、帯電防止包装技術の開発が進められています。広く使用されているエトキシル化アルキルアミンは、現在、再利用可能なバルク容器に包装されています。サプライヤーは、ユーザーに納品された後、処理のニーズに応じて希釈できる高濃度の帯電防止剤を製造する傾向があります。その目的は、固形廃棄物の処理コストを削減することです。高濃度の帯電防止剤を開発することで、メーカーは一度に多くの帯電防止剤を出荷し、ユーザーが取り扱う必要がある包装容器の数を減らすことができます。
技術的に言えば、多くの研究開発作業は依然として電子製品のパッケージング市場を中心に行われています。アミンフリーの帯電防止剤として一般的に見られるエトキシル化ラウリルアミドは、この分野でよく使用されています。低湿度条件下でも帯電防止効果が優れているため、ブロー成形LDPEおよびLLDPEフィルムに使用されるエトキシル化ラウリルアミンの量も増加しています。この製品の濃縮物とマスターバッチも購入できます。エトキシル化ステアロフタアミン（完全に飽和した18炭素アルキル鎖を含む）は、二軸延伸ポリプロピレンフィルムの製造に使用されています。この製造プロセスでは、処理温度が高いため、帯電防止剤には高い熱安定性が必要です。