Was bedeutet Antistatikum?
Ein Antistatikum ist ein chemischer Wirkstoff oder Zusatzstoff, der dazu dient, die elektrostatische Aufladung von Materialien zu reduzieren. Antistatika werden insbesondere bei Kunststoffen, Kunststofffolien, Verpackungen und synthetischen Fasern eingesetzt, um die Entstehung oder Ansammlung elektrischer Ladungen zu vermindern.
Viele Kunststoffe, darunter Polyethylen (PE), besitzen von Natur aus eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Werden Kunststofffolien abgerollt, voneinander getrennt, gefaltet oder über andere Oberflächen bewegt, können sich elektrische Ladungen aufbauen. Da diese Ladungen nur langsam abfließen, kann es zu elektrostatischen Effekten kommen.
Typische Folgen sind die Anziehung von Staub und Schmutz, das Aneinanderhaften von Folienlagen, Schwierigkeiten bei der Verarbeitung sowie unter bestimmten Bedingungen elektrostatische Entladungen und Funkenbildung.
Durch den Einsatz geeigneter Antistatika lässt sich dieses Verhalten gezielt beeinflussen. Die elektrische Ladung kann sich besser verteilen und schneller abgebaut werden. Dadurch werden Kunststofffolien leichter handhabbar und können bei geeigneter Auslegung zuverlässiger verarbeitet werden.
Antistatika kommen unter anderem bei Verpackungsfolien, Beuteln, technischen Kunststofffolien, elektronischen Verpackungen und zahlreichen industriellen Anwendungen zum Einsatz.
Warum laden sich Kunststofffolien elektrostatisch auf?
Kunststoffe wie Polyethylen sind gute elektrische Isolatoren. Das bedeutet, dass elektrische Ladungen auf ihrer Oberfläche häufig nur langsam abfließen können.
Eine elektrostatische Aufladung entsteht beispielsweise durch Reibung oder durch den Kontakt und die anschließende Trennung unterschiedlicher Materialien. Dieser Vorgang wird als Kontakt- oder Trennungselektrifizierung bezeichnet.
Bei Kunststofffolien tritt eine solche Aufladung besonders häufig während der Herstellung, beim Aufwickeln, Abwickeln, Schneiden, Verpacken oder beim Transport auf.
Zu den möglichen Folgen zählen:
- Staubanziehung: Elektrisch geladene Folien ziehen Staubpartikel und andere kleine Verunreinigungen an.
- Aneinanderhaften von Folien: Geladene Folienlagen können sich gegenseitig anziehen und die Verarbeitung erschweren.
- Probleme bei der Verpackung: Folien können an Maschinen, Produkten oder anderen Folienlagen haften bleiben.
- Elektrostatische Entladungen: Bei ausreichender Ladungsansammlung können Entladungen auftreten, die empfindliche elektronische Bauteile beeinträchtigen oder unter ungünstigen Bedingungen zündfähige Atmosphären entzünden können.
Gerade in automatisierten Verpackungsanlagen kann eine kontrollierte elektrostatische Eigenschaft deshalb wichtig sein. Ein geeignetes Antistatikum hilft dabei, die Aufladung zu reduzieren und die Verarbeitungseigenschaften der Folie zu verbessern.
Wichtig: Antistatische Eigenschaften beseitigen nicht automatisch jedes Risiko durch elektrostatische Entladungen. In explosionsgefährdeten Bereichen oder bei besonders empfindlichen elektronischen Bauteilen müssen die konkreten Anforderungen an die elektrostatische Sicherheit gesondert geprüft werden.
Wie wirkt ein Antistatikum in PE-Folien?
Antistatika können auf unterschiedliche Weise wirken. Bei Kunststofffolien ist insbesondere zwischen migrierenden Antistatika, permanent antistatischen Materialien und elektrisch leitfähigen Compounds zu unterscheiden.
1. Migrierende Antistatika
Bei vielen herkömmlichen Antistatik-Masterbatches werden Wirkstoffe in das Polyethylen eingearbeitet. Diese Wirkstoffe können im Kunststoff nur begrenzt löslich sein und im Laufe der Zeit an die Oberfläche migrieren.
Dort bilden sie eine dünne Schicht, die Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnehmen kann. Die dadurch verbesserte Oberflächenleitfähigkeit unterstützt den Abbau elektrostatischer Ladungen.
Je nach Formulierung kommen beispielsweise bestimmte Fettsäurederivate, ethoxylierte Amine oder andere antistatisch wirkende Verbindungen zum Einsatz.
Die Wirksamkeit solcher Antistatika hängt unter anderem von der Konzentration des Wirkstoffs, der Folienrezeptur, der Lagerzeit, der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit ab.
Bei niedriger Luftfeuchtigkeit kann die Wirkung bestimmter feuchtigkeitsabhängiger Antistatika geringer ausfallen. Auch die Zusammensetzung der Folie und die Wechselwirkungen mit weiteren Zusatzstoffen beeinflussen die Ergebnisse.
2. Antistatikum-Masterbatch
Ein Masterbatch ist ein konzentriertes Zusatzmittel, bei dem ein Wirkstoff oder mehrere Zusatzstoffe in einem geeigneten Trägermaterial verteilt sind.
Ein Antistatikum-Masterbatch wird bei der Kunststoffverarbeitung in einer festgelegten Dosierung zum Grundpolymer gegeben. Bei der Herstellung einer PE-Folie verteilt sich der Zusatzstoff in der Kunststoffschmelze und kann anschließend die gewünschte antistatische Wirkung entfalten.
Die benötigte Dosierung hängt vom verwendeten Masterbatch, der Folienrezeptur und den geforderten Eigenschaften ab. Eine höhere Konzentration führt nicht zwangsläufig zu einer proportional stärkeren Wirkung.
Für die Auswahl sind deshalb die Herstellerangaben und geeignete Prüfungen am fertigen Produkt maßgeblich.
3. Permanente antistatische Materialien
Bei permanent antistatischen Materialien wird die elektrische Ableitung nicht ausschließlich durch einen an die Oberfläche migrierenden Wirkstoff erreicht.
Je nach Materialkonzept können beispielsweise spezielle hydrophile Polymere oder andere funktionelle Bestandteile eingesetzt werden, die eine dauerhaftere antistatische Wirkung ermöglichen.
Solche Systeme unterscheiden sich von klassischen migrierenden Antistatika hinsichtlich ihrer Wirkungsweise und ihrer Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen. Ob eine Wirkung tatsächlich dauerhaft ist, muss anhand der konkreten Materialrezeptur und der vorgesehenen Einsatzbedingungen beurteilt werden.
Was ist der Oberflächenwiderstand und warum ist er wichtig?
Der elektrische Oberflächenwiderstand beschreibt den Widerstand gegen den Stromfluss entlang der Oberfläche eines Materials. Er ist ein wichtiger Kennwert, wenn die elektrostatischen Eigenschaften von Kunststofffolien beurteilt werden sollen.
Unbehandelte Kunststofffolien aus PE weisen häufig einen sehr hohen Oberflächenwiderstand auf. Dadurch können sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche ansammeln und nur langsam abgebaut werden.
Durch den Einsatz von Antistatika kann der Oberflächenwiderstand unter geeigneten Bedingungen reduziert werden. Wie stark die Veränderung ausfällt, hängt von der Materialzusammensetzung, der Oberflächenbeschaffenheit, der Feuchtigkeit und dem verwendeten Prüfverfahren ab.
Für die Bewertung gilt grundsätzlich: Ein niedrigerer Oberflächenwiderstand weist auf eine bessere elektrische Ableitung entlang der Oberfläche hin. Die konkreten Anforderungen richten sich nach der jeweiligen Anwendung.
Der Oberflächenwiderstand wird üblicherweise in Ohm angegeben; bei bestimmten Prüfverfahren und Materialbewertungen wird auch die Einheit Ohm pro Quadrat verwendet. Die Vergleichbarkeit von Messwerten setzt voraus, dass das Prüfverfahren und die Prüfbedingungen berücksichtigt werden.
Welche Oberflächenwiderstände können erreicht werden?
Die folgenden Werte dienen als grobe Orientierung und sind keine garantierten Materialkennwerte:
- Sehr hoher Oberflächenwiderstand: Unbehandelte PE-Folien können einen Oberflächenwiderstand in der Größenordnung von Ohm oder darüber aufweisen.
- Antistatische Ausrüstung: Je nach Rezeptur und Prüfbedingungen können deutlich niedrigere Werte, beispielsweise im Bereich von bis Ohm, erreicht werden.
- Stärker ableitfähige Ausrüstung: Spezielle Materialien können einen noch niedrigeren Widerstand erreichen.
- Elektrisch leitfähige Compounds: Durch geeignete leitfähige Füllstoffe sind wesentlich niedrigere Widerstandswerte möglich.
Die tatsächlichen Werte müssen für das konkrete Produkt und unter definierten Prüfbedingungen bestimmt werden. Ein einzelner Widerstandswert reicht außerdem nicht aus, um sämtliche Eigenschaften eines antistatischen oder elektrisch leitfähigen Materials zu beurteilen.
Was ist der Unterschied zwischen antistatisch und elektrisch leitfähig?
Die Begriffe antistatisch und elektrisch leitfähig werden im Zusammenhang mit Kunststoffen häufig gemeinsam verwendet. Sie beschreiben jedoch unterschiedliche Materialeigenschaften.
Antistatische Folien sind so ausgelegt, dass sie sich weniger stark elektrostatisch aufladen beziehungsweise angesammelte Ladungen besser abbauen können.
Elektrisch ableitfähige Folien ermöglichen eine kontrollierte Ableitung elektrischer Ladungen und weisen dafür entsprechend eingestellte elektrische Eigenschaften auf.
Elektrisch leitfähige Folien besitzen eine deutlich höhere elektrische Leitfähigkeit als herkömmliche isolierende Kunststoffe. Sie werden beispielsweise für spezielle technische Anwendungen oder bestimmte Schutzverpackungen eingesetzt.
Die Grenzen zwischen diesen Kategorien hängen von den verwendeten Definitionen, Normen und Prüfverfahren ab. Daher sollten Materialeigenschaften immer anhand geeigneter Messwerte und der konkreten Anwendung bewertet werden.
Eine Folie ist nicht allein deshalb dauerhaft antistatisch, weil sie zum Zeitpunkt einer Messung keine messbare elektrische Ladung aufweist. Entscheidend ist auch, wie stark sie sich unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen auflädt und wie schnell vorhandene Ladungen abgebaut werden.
Was ist eine elektrisch leitfähige PE-Folie mit Ruß?
Eine weitere Möglichkeit, die elektrische Leitfähigkeit von Polyethylen zu erhöhen, ist der Einsatz leitfähiger Füllstoffe. Dazu gehört beispielsweise speziell geeigneter Leitfähigkeitsruß.
Durch die Einmischung einer ausreichenden Menge dieses Füllstoffs kann innerhalb des Kunststoffmaterials ein leitfähiges Netzwerk entstehen. Dadurch wird der elektrische Widerstand deutlich reduziert.
Der erreichbare Widerstand hängt unter anderem von der Rußart, der Konzentration, der Verteilung im Polymer und der Verarbeitung ab. Bereits kleine Änderungen der Rezeptur können die elektrischen Eigenschaften beeinflussen.
Bei einer solchen Formulierung kann ein Rußanteil von etwa 15 % eingesetzt werden. Die tatsächlich erforderliche Konzentration ist jedoch abhängig vom verwendeten Compound und den angestrebten elektrischen Kennwerten.
Da Leitfähigkeitsruß das Material schwarz färbt, sind entsprechende Folien in der Regel schwarz.
Unsere PLE-Folie: elektrisch leitfähige PE-Folie
Unser Produkt PLE wird auf Basis eines Polyolefincompounds mit Leitfähigkeitsruß hergestellt. Nach unserer Produktspezifikation wird damit ein elektrischer Widerstand von etwa Ohm erreicht.
Die schwarze Folie wird bei uns zu Folien und Beuteln verarbeitet und kann für geeignete technische Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine deutlich erhöhte elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist.
Ob die PLE-Folie für einen konkreten Einsatzzweck geeignet ist, hängt von den Anforderungen an die elektrische Ableitung, den mechanischen Eigenschaften und den jeweiligen Einsatzbedingungen ab. Die Eignung für spezielle Anwendungen sollte anhand der Produktdaten und geeigneter Prüfungen beurteilt werden.
Wie wird die antistatische Wirkung einer Kunststofffolie gemessen?
Für die Beurteilung der elektrostatischen Eigenschaften einer Kunststofffolie kommen unterschiedliche Messverfahren zum Einsatz. Dabei muss zwischen der Messung der vorhandenen elektrischen Ladung und der Messung des elektrischen Widerstands unterschieden werden.
Messung mit einem Elektrofeldmeter
Ein Elektrofeldmeter erfasst das elektrische Feld in der Umgebung eines geladenen Gegenstands. Aus der Messung lässt sich unter geeigneten Bedingungen auf die elektrostatische Aufladung schließen.
Das Gerät kann beispielsweise eingesetzt werden, um zu überprüfen, ob sich eine Folie
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