من المعروف أن المواد المستخدمة في صناعة التغليف والطباعة، مثل الورق والبلاستيك والأحبار والمواد اللاصقة وبكرات التوجيه (بعضها مؤكسد لتكوين أكسيد الألومنيوم)، هي مواد عازلة. عمليات الطباعة والتغليف البلاستيكي وإعادة اللف والتقطيع هي عمليات عالية السرعة تتضمن الاحتكاك والتلامس والانفصال، وهي في جوهرها هندسة "سطحية". يرتبط توليد الكهرباء الساكنة في مصانع التغليف والطباعة بشكل أساسي بالتركيب الكيميائي والبنية الجزيئية والخواص الميكانيكية والنعومة والخواص الكهربائية للمواد العازلة، بالإضافة إلى العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة والأفعال الميكانيكية الخارجية مثل ضغط التلامس وسرعة الانفصال الاحتكاكي. يؤثر نوع الفيلم وطريقة التلامس وزمن التلامس ومساحة التلامس وسرعة الانفصال جميعها في زمن التفريغ الساكن والجهد المتولد.
1. مخاطر الكهرباء الساكنة
عندما يكتسب الورق شحنة ساكنة، فإنه يجلب تحديات عديدة للطباعة. أولاً، تتسبب الكهرباء الساكنة في التصاق أوراق الورق بإحكام ببعضها، مما يصعّب فصلها بشكل مرتب. أثناء عملية الطباعة، يؤدي التجاذب الساكن إلى التصاق الأوراق الفردية ببعضها بقوة، أحياناً اثنتين أو ثلاثاً أو حتى رزم، مما يصعّب على وحدة تغذية الورق التقاط الأوراق، ويؤثر بشدة في كفاءة الطباعة. في الطباعة الملونة على المواد البلاستيكية، يمكن أن يؤدي التفريغ الساكن إلى مشكلات مثل تجاوز الحبر المسنن حول حواف المطبوعات، وزيادة عدم محاذاة الطباعة فوق بعضها، وعيوب طباعة أخرى. كما يمكن أن تؤدي الكهرباء الساكنة على الحبر إلى مشكلات الشاشة الفاتحة أو الطباعة الناقصة. تجذب الأفلام البلاستيكية والأحبار الغبار والشعيرات والملوثات الأخرى من البيئة، مما يؤدي إلى مشكلات مثل خطوط الشفرة. أثناء عمليات إعادة اللف والتقطيع وتصنيع الأكياس، يمكن أن يؤدي التفريغ الساكن إلى إتلاف المعدات مثل نظام التصحيح البصري وأنظمة التحكم الكهرومغناطيسي.
2. طرق التخلص من الكهرباء الساكنة
يجب تطبيق تقنيات مضادة للكهرباء الساكنة مختلفة حسب ظروف الإنتاج، والاستخدام المقصود لمواد التغليف (المنتج الذي يتم تغليفه)، ومتطلبات استخدام العميل. تشمل التقنيات الشائعة المضادة للكهرباء الساكنة:
2.1 طريقة التخلص الفيزيائية
تتخلص الطريقة الفيزيائية من الكهرباء الساكنة دون تغيير خصائص المادة بالاستفادة من الخصائص المتأصلة للكهرباء الساكنة. ومن هذه الطرق طريقة التخلص بالتأريض، التي تتضمن تركيب فرشاة إزالة الكهرباء الساكنة. يُوضع جسم الفرشاة عند بكرة أو منطقة فك لف المواد الورقية أو البلاستيكية، ويجب تأريض الطرف الأرضي لفرشاة الكهرباء الساكنة بشكل موثوق، وعدم توصيله بالمعدات أو البكرات التي قد لا تكون مؤرضة بشكل صحيح. بعض البكرات مؤكسدة كهربائياً، مما ينتج أكسيد الألومنيوم، وهو غير موصل.
2.2 طريقة التخلص الكيميائية
التخلص الكيميائي من الكهرباء الساكنة، المعروف أيضاً بمعالجة العوامل المضادة للكهرباء الساكنة، يتضمن إضافة أو طلاء عوامل مضادة للكهرباء الساكنة (خافضات التوتر السطحي) لتعديل الخصائص الكهربائية للراتنجات أو الركائز. هذه الطريقة أكثر شمولاً وفعالية لكنها قد تغير التركيب الكيميائي للمواد. لذلك، هذه التقنية غير مناسبة لمعالجة الورق لكنها تُستخدم عادةً لتعديل الراتنجات البلاستيكية.
يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام هذه التقنية لتغليف الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل والمنتجات الكيميائية، مع مراعاة عوامل مثل السلامة والنظافة والتوافق مع الراتنج الأساسي. مواد التغليف ذات الخصائص المضادة للكهرباء الساكنة لا تمنع فقط مشاكل الجودة المختلفة الناتجة عن الكهرباء الساكنة بل تحسن أيضاً كفاءة التغليف وتضمن قوة الإغلاق، مما يكسب رضا العملاء.
2.2.1 تقنية المعالجة بالإضافة
هذه الطريقة، المعروفة أيضاً بتقنية الماسترباتش، تتضمن خلط عوامل مضادة للكهرباء الساكنة بتراكيز محددة (تتراوح من بضعة بالمائة إلى عدة عشرات بالمائة) مع راتنجات حرارية اللدائن وإضافات متنوعة. ثم يُصهر الخليط ويُركّب ويُحبّب لإنتاج ماسترباتشات مضادة للكهرباء الساكنة. يجب أن يراعي اختيار العوامل المضادة للكهرباء الساكنة توافقها مع الراتنج الأساسي. التوافق الضعيف يؤدي إلى أداء ضعيف لجزيئات مضاد الكهرباء الساكنة، بينما التوافق المفرط يبطئ هجرة العامل المضاد إلى السطح، مما يصعّب تكوين طبقة ماء مضادة للكهرباء الساكنة. من المهم اختيار راتنج مطابق للراتنج الأساسي للمنتج أثناء عملية الصهر والتركيب والتحبيب. يجب الحرص على الحفاظ على درجات حرارة معالجة منخفضة لمنع تحلل أو تدهور العامل المضاد للكهرباء الساكنة بسبب الاستقرار الحراري الضعيف. غالباً ما يستخدم إنتاج الأغشية البلاستيكية المضادة للكهرباء الساكنة عملية بثق منفوخ بثلاث طبقات (ABC). يجب ضبط نسبة الماسترباتش المضاد للكهرباء الساكنة وفقاً لتركيز المكون الفعال وبناءً على نتائج الاختبار، مع ضمان أن تكون المقاومة السطحية (ps) حوالي 10^11 Ω. الإضافة المفرطة لا تزيد تكاليف الإنتاج فحسب بل قد تؤثر سلباً على المعالجة اللاحقة.
2.2.2 تقنية المعالجة بالطلاء
تقنية العامل المضاد للكهرباء الساكنة بالطلاء تتضمن تطبيق خافضات التوتر السطحي الأيونية كطلاءات مضادة للكهرباء الساكنة على سطح الأغشية البلاستيكية لمنع تراكم الشحنات. يعتمد اختيار عوامل الطلاء المضادة للكهرباء الساكنة على دالة العمل للركيزة المطلية. إذا كانت دالة عمل المادة البلاستيكية كبيرة، فإنها تميل لحمل شحنة سالبة؛ وإذا كانت صغيرة، فإنها تميل لحمل شحنة موجبة. بين البلاستيكات الشائعة، تمت مناقشة ترتيب دالة العمل من الأكبر إلى الأصغر سابقاً، حيث يميل PP و PE لحمل شحنات سالبة، مما يجعل الخافضات الكاتيونية أكثر ملاءمة للطلاء. يميل PET و PA لحمل شحنات موجبة، مما يجعل الخافضات الأنيونية أكثر ملاءمة. يجب أن يكون توتر الترطيب لسطح الغشاء البلاستيكي أكبر من 38 داين/سم. يجب أن يكون الطلاء المضاد للكهرباء الساكنة جيد التكوين للأغشية، ومقاوماً للاحتكاك والتآكل الكيميائي، وذا تأثيرات طويلة الأمد.
3. قياس الكهرباء الساكنة واختبارها
في مطابع تغليف، يتضمن قياس الكهرباء الساكنة بشكل أساسي تحديد جهد الشحنة المتراكمة على مواد التغليف باستخدام مقياس جهد إلكتروستاتيكي. يُنصح باختيار النطاق الأقصى أولاً ثم تقليله تدريجياً. لاختبار المقاومة السطحية لمواد التغليف، اتبع المعيار GB/1410-89 "طرق اختبار المقاومة الحجمية والسطحية للمواد العازلة الصلبة." يجب إجراء الاختبار في ظروف بيئية محددة من درجة الحرارة والرطوبة النسبية. إذا كانت المقاومة السطحية لمواد التغليف تقع ضمن نطاق 10^9 Ω إلى 10^12 Ω، فإن المادة تمتلك خصائص مضادة للكهرباء الساكنة.