Αντιστατική δράση των επιφανειοδραστικών ουσιών

Η ιδιότητα πλύσης τουεπιφανειοδραστικές ουσίεςείναι το θεμελιώδες χαρακτηριστικό που δίνει στις επιφανειοδραστικές ουσίες τις μεγαλύτερες πρακτικές εφαρμογές τους. Συμμετέχει στην καθημερινή ζωή χιλιάδων νοικοκυριών και εφαρμόζεται ολοένα και περισσότερο σε όλα τα κοινωνικά στρώματα και σε διάφορες βιομηχανικές διαδικασίες παραγωγής.

Αντιστατικό αποτέλεσματων επιφανειοδραστικών ουσιών

Οι ίνες, τα πλαστικά και άλλα προϊόντα συχνά παράγουν στατικό ηλεκτρισμό λόγω τριβής, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά την απόδοση των εφαρμογών τους. Για παράδειγμα, τα υφάσματα από ίνες με στατικό φορτίο συχνά παρουσιάζουν μειονεκτήματα, όπως η προσκόλληση στο σώμα, η στατική πρόσφυση και η τάση απορρόφησης σκόνης και βρωμιάς. Οι αρνητικές επιπτώσεις του στατικού ηλεκτρισμού στα πλαστικά προϊόντα είναι ακόμη πιο σοβαρές. Τα πλαστικά προϊόντα με στατικό φορτίο όχι μόνο απορροφούν εύκολα σκόνη, η οποία βλάπτει τη διαφάνεια, την καθαριότητα της επιφάνειας και την εμφάνιση των προϊόντων, αλλά μειώνει επίσης την απόδοση και την αξία λειτουργίας τους.

Για την εξάλειψη τέτοιων στατικών φαινομένων, η μέθοδος της αντιστατικής επιφανειοδραστικής ουσίας χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα. Τέτοιες επιφανειοδραστικές ουσίες είναι γνωστές ως αντιστατικοί παράγοντες.

Ενότητα 1 Στατικά φαινόμενα και οι αιτίες τους

Αν και υπάρχουν κάποιες αποκλίσεις στα αποτελέσματα της ακολουθίας ηλεκτρισμού των ινών που λαμβάνονται από διαφορετικούς δοκιμαστές, οι ίνες που περιέχουν αμιδικούς δεσμούς όπως το μαλλί, το νάιλον και το τεχνητό μαλλί τείνουν να φέρουν θετικά φορτία. Η κατάσταση ηλεκτρισμού των κοινών πλαστικών φαίνεται στον Πίνακα 10.‑2. Η ακολουθία ηλεκτρισμού κοινών ουσιών από θετικό σε αρνητικό παρατίθεται παρακάτω:

(+) Πολυουρεθάνη–Μαλλιά–Νάιλον–Μαλλί–Μετάξι–Ίνες βισκόζης–Βαμβάκι–Σκληρό καουτσούκ–Ίνες οξικής κυτταρίνης–Βινυλίου–Πολυπροπυλένιο–Πολυεστέρας–Πολυακρυλονιτρίλιο–Πολυβινυλοχλωρίδιο–Συμπολυμερές βινυλοχλωριδίου-ακρυλονιτριλίου–Πολυαιθυλένιο–Πολυτετραφθοροαιθυλένιο (-).

Ο ακριβής μηχανισμός παραγωγής στατικού ηλεκτρισμού δεν είναι πλήρως κατανοητός, ωστόσο υπάρχει μια συναίνεση ότι ο στατικός ηλεκτρισμός προκύπτει από κινητά φορτία που δημιουργούνται μεταξύ αντικειμένων όταν διαφορετικοί τύποι αντικειμένων τρίβονται μεταξύ τους. Ο τύπος φορτίου που φέρει ένα αντικείμενο καθορίζεται από το κέρδος ή την απώλεια ηλεκτρονίων. Ένα αντικείμενο φορτίζεται θετικά όταν χάνει ηλεκτρόνια και αρνητικά όταν αποκτά ηλεκτρόνια.

Τμήμα 2 Αντιστατικά μέσα

Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι για την εξάλειψη του στατικού ηλεκτρισμού:

(1) Φυσικές μέθοδοι. Δεδομένου ότι το μέγεθος του στατικού ηλεκτρισμού επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και την υγρασία, φυσικές προσεγγίσεις όπως η ρύθμιση της θερμοκρασίας και της υγρασίας και η εκκένωση κορώνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αφαίρεση του στατικού ηλεκτρισμού από την επιφάνεια των αντικειμένων.

(2) Επιφανειακές χημικές μέθοδοι, δηλαδή η χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών (που ονομάζονται επίσης αντιστατικοί παράγοντες) για την επιφανειακή επεξεργασία προϊόντων από ίνες και πλαστικό ή η ανάμειξή τους με πλαστικά για την επίτευξη του σκοπού της εξάλειψης του στατικού ηλεκτρισμού.

1. Αντιστατικοί παράγοντες για ίνες

Απαιτούμενες ιδιότητες των αντιστατικών παραγόντων:

(1) Δεν αλλοιώνει την αίσθηση των ινών στο χέρι· (2) Καλή αντιστατική απόδοση με χαμηλή δοσολογία και αποτελεσματικότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες· (3) Καλή συμβατότητα με ίνες ρητίνης· (4) Εξαιρετική συμβατότητα με άλλα βοηθητικά υλικά· (5) Δεν αφρίζει και δεν σχηματίζει λεκέδες από νερό· (6) Δεν είναι τοξικό και δεν ερεθίζει το δέρμα· (7) Διατηρεί καλή σταθερότητα.

Τύποι αντιστατικών παραγόντων

Οι κύριοι τύποι αντιστατικών παραγόντων που χρησιμοποιούνται για τις ίνες είναι οι κατιονικές και οι αμφοτερικές επιφανειοδραστικές ουσίες.

Μηχανισμός δράσης των αντιστατικών παραγόντων

Ο αντιστατικός μηχανισμός των επιφανειοδραστικών ουσιών που χρησιμοποιούνται για αντιστατικούς σκοπούς στις ίνες αντικατοπτρίζεται κυρίως σε δύο πτυχές: την πρόληψη της δημιουργίας στατικού ηλεκτρισμού όταν τα υφάσματα από ίνες υπόκεινται σε τριβή και τη διευκόλυνση της διάχυσης των επιφανειακών φορτίων. Η πρόληψη της ηλεκτρισμού λόγω τριβής σχετίζεται στενά με τη δομή των επιφανειοδραστικών ουσιών, ενώ η διάχυση των επιφανειακών φορτίων σχετίζεται με την ικανότητα προσρόφησης και την υγροσκοπικότητα των επιφανειοδραστικών ουσιών στα υφάσματα από ίνες.

Τα κατιονικά επιφανειοδραστικά μπορούν εύκολα να προσροφηθούν σε αρνητικά φορτισμένες επιφάνειες ινών μέσω των δικών τους θετικών φορτίων.

①Μπορούν να εξουδετερώσουν τα επιφανειακά φορτία των ινών.

②Τα κατιονικά επιφανειοδραστικά προσροφώνται στις επιφάνειες των ινών με έναν προσανατολισμό όπου θετικά φορτισμένα ιόντα τεταρτοταγούς αμμωνίου προσκολλώνται στην επιφάνεια των ινών και οι υδρόφοβες αλυσίδες υδρογονανθράκων δείχνουν προς τα έξω, σχηματίζοντας μια προσανατολισμένη μεμβράνη προσρόφησης που αποτελείται από αλυσίδες υδρογονανθράκων στην επιφάνεια των ινών. Αυτή η μεμβράνη προσρόφησης μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την τριβή στην επιφάνεια των ινών κατά την τριβή και να αποδυναμώσει την ηλεκτρισμό λόγω τριβής.

Για συνθετικές ίνες με χαμηλή πολικότητα και ισχυρή υδροφοβικότητα, τα κατιονικά επιφανειοδραστικά προσροφώνται στις επιφάνειες των ινών μέσω δυνάμεων van der Waals από τις υδρόφοβες αλυσίδες υδρογονανθράκων τους, ενώ οι πολικές ομάδες τεταρτοταγούς αμμωνίου είναι στραμμένες προς τα έξω. Η επιφάνεια της ίνας καλύπτεται έτσι με υδρόφιλες πολικές ομάδες, οι οποίες όχι μόνο βελτιώνουν την αγωγιμότητα της επιφάνειας της ίνας αλλά και αυξάνουν την επιφανειακή της υγρασία, διευκολύνοντας την απαγωγή του στατικού ηλεκτρισμού που παράγεται από την τριβή και παρέχοντας αντιστατικά αποτελέσματα.

Η ικανότητα προσρόφησης του χλωριούχου διοκταδεκυλοαμμωνίου σε επιφάνειες από φυσικές ίνες είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή στις συνθετικές ίνες, γεγονός που υποδηλώνει ότι επιτυγχάνει καλύτερη αντιστατική απόδοση σε φυσικές ίνες.

Όπως και τα κατιονικά επιφανειοδραστικά, τα αμφοτερικά επιφανειοδραστικά φέρουν θετικά φορτία και μπορούν να προσροφηθούν σε αρνητικά φορτισμένες επιφάνειες ινών για να εξουδετερώσουν τα στατικά φορτία. Οι υδρόφοβες ομάδες τους μειώνουν επίσης την τριβή. Σε σύγκριση με τα κατιονικά επιφανειοδραστικά, τα αμφοτερικά επιφανειοδραστικά έχουν μια επιπλέον ανιονική ομάδα στη μοριακή τους δομή, η οποία επιτρέπει την καλύτερη κατακράτηση υγρασίας και την απαγωγή φορτίου. Επομένως, τα αμφοτερικά επιφανειοδραστικά είναι αντιστατικά μέσα υψηλής απόδοσης, αν και σε σχετικά υψηλή τιμή.

Τα ανιονικά και μη ιονικά επιφανειοδραστικά παρουσιάζουν χαμηλή αντιστατική απόδοση λόγω της χαμηλής ικανότητας προσρόφησης στις επιφάνειες των ινών. Η ποσότητα προσρόφησης των μη ιονικών επιφανειοδραστικών δεν επηρεάζεται από το επιφανειακό φορτίο των ινών και είναι υψηλότερη από αυτή των ανιονικών επιφανειοδραστικών, ωστόσο έχουν ασθενή επίδραση στην απαγωγή του στατικού ηλεκτρισμού. Ως εκ τούτου, η αντιστατική τους ικανότητα είναι πολύ κατώτερη από αυτή των κατιονικών και αμφοτερικών επιφανειοδραστικών.

2. Αντιστατικοί παράγοντες για πλαστικά

Ο αντιστατικός μηχανισμός των επιφανειοδραστικών ουσιών που χρησιμοποιούνται ως αντιστατικοί παράγοντες πλαστικών έχει ως εξής: οι επιφανειοδραστικές ουσίες προσροφώνται σε πλαστικές επιφάνειες μέσω των υδρόφοβων αλυσίδων υδρογονανθράκων τους μέσω δυνάμεων van der Waals, με πολικές ομάδες να εκτείνονται προς τα έξω. Μια προσανατολισμένη μεμβράνη προσρόφησης επιφανειοδραστικών ουσιών σχηματίζεται στην πλαστική επιφάνεια για να παρέχει αγωγιμότητα, επιτρέποντας την αποτελεσματική διάλυση των στατικών φορτίων. Εν τω μεταξύ, η μεμβράνη προσρόφησης μπορεί επίσης να μετριάσει την τριβή στις πλαστικές επιφάνειες.

Ταξινόμηση πλαστικών αντιστατικών παραγόντων ανά τύπο επιφανειοδραστικής ουσίας:

(1)Ανιονικός τύπος;

(2) Κατιονικός τύπος·

(3) Αμφοτερικός τύπος·

(4) Μη ιονικός τύπος.

Οι αντιστατικοί παράγοντες μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τη μέθοδο εφαρμογής:

(1) Αντιστατικοί παράγοντες επικάλυψης επιφανειών.

(2) Σύνθεση αντιστατικών παραγόντων.