השפעה אנטיסטטית של חומרים פעילי שטח

הדטרגנט של חומרים פעילי שטח היא תכונה בסיסית המעניקה להם את השימושים המעשיים ביותר. היא מעורבת בחיי היומיום של אלפי משקי בית. יתר על כן, היא מיושמת יותר ויותר בתעשיות שונות ובכל סוגי הייצור התעשייתי.

השפעה אנטיסטטית של חומרים פעילי שטח

סיבים, פלסטיק ומוצרים אחרים מייצרים לעתים קרובות חשמל סטטי עקב חיכוך, דבר המשפיע על ביצועי היישום של המוצרים שלהם. לדוגמה, אם בדי סיבים נושאים חשמל סטטי, לרוב יש להם חסרונות כמו "היצמדות לגוף" או "הידבקות סטטית", כמו גם נטייה לספיגת אבק או להתלכלך. ההשפעה של חשמל סטטי על מוצרי פלסטיק גדולה אף יותר. לא רק שהמוצרים מושכים בקלות אבק, מה שמשפיע על שקיפותם, ניקיון פני השטח והמראה שלהם, אלא שהם גם מפחיתים את השימושיות והערך של המוצרים.

כדי לחסל את תופעת החשמל הסטטי הזה, כיום משתמשים בעיקר בשיטת פעילי שטח אנטי-סטטית. חומרים פעילי שטח כאלה נקראיםאנטיסטטי סוכנים.

1. תופעות אלקטרוסטטיות וסיבותיהן

למרות שישנם הבדלים מסוימים בתוצאות שהתקבלו על ידי חוקרים שונים בנוגע לסדר חשמול הסיבים, סיבים עם קשרי אמיד כגון צמר, ניילון וצמר מלאכותי נוטים להיות טעונים באופן חיובי.

מצב הטעינה החשמלי הנפוץ של חומרים, מחיובי לשלילי, הוא כדלקמן: (+) פוליאוריתן – שיער – ניילון – צמר – משי – ויסקוזה – כותנה – גומי קשיח – אצטט – וינילון – פוליפרופילן – פוליאסטר – פוליאקרילוניטריל – פוליוויניל כלוריד – ויניל כלוריד – אקרילוניטריל קופולימר – פוליאתילן – פוליטטרפאלואורואתילן (-). למרות שהסיבה ליצירת חשמל סטטי עדיין אינה מובנת במלואה, מקובל לחשוב שכאשר סוגים שונים של עצמים מתחככים זה בזה, נוצרים מטענים נעים בין העצמים המשוחפפים, וכך מייצרים חשמל סטטי. סוג המטען שעצם נושא ניתן לקבוע על ידי עלייה או אובדן של אלקטרונים. אם עצם מאבד אלקטרונים, הוא הופך לטעון באופן חיובי; אם הוא צובר אלקטרונים, הוא הופך לטעון באופן שלילי.

1. חומר אנטיסטטי

ישנן שתי שיטות עיקריות להסרת חשמל סטטי:

שיטה פיזיקלית: מכיוון שעוצמת החשמל הסטטי מושפעת מטמפרטורה ולחות, ניתן להשתמש בשיטות פיזיקליות כגון התאמת טמפרטורה ולחות ופריקה קורונה כדי לחסל חשמל סטטי על פני השטח של עצמים.

שיטה כימית פני השטחכלומר, שימוש בחומרים פעילי שטח, הידועים גם כחומרים אנטי-סטטיים, לביצוע טיפול פני השטח של סיבים ומוצרי פלסטיק או לערבב אותם לתוך פלסטיק כדי להשיג את המטרה של ביטול חשמל סטטי.

2.I. חומרים אנטיסטטיים לסיבים

תנאים שחומרים אנטי-סטטיים צריכים לעמוד בהם:

(1) אין לשנות את תחושת המגע של הסיבים;

(2) אפקט אנטי-סטטי טוב, מינון קטן, ועדיין יעיל בטמפרטורות נמוכות;

(3) תאימות טובה עם סיבי שרף;

(4) תאימות טובה עם תוספים אחרים;

(5) אין תופעת הקצפה ואין כתמי מים;

(6) לא רעיל ולא מזיק לעור;

(7) יכול לשמור על יציבות טובה.

2.2. סוגי חומרים אנטי-סטטיים

הסוגים העיקריים של חומרים אנטיסטטיים המשמשים לסיבים הם חומרים פעילי שטח יוניים קטיוניים ואמפוטריים.

2.3. מנגנון הפעולה של חומרים אנטי-סטטיים

מנגנון האנטי-סטטי של חומרים פעילי שטח המשמשים לאנטי-סטטי של סיבים מתבטא בעיקר בשני היבטים: מניעת יצירת חשמל סטטי בעת שפשוף פני השטח של בדי הסיבים ופיזור מטענים פני השטח. מניעת חשמול חיכוך קשורה קשר הדוק למבנה של חומרים פעילי שטח; בעוד שפיזור מטענים פני השטח קשור לכמות הספיחה ולהיגרוסקופיות של חומרים פעילי שטח על בדי הסיבים.

חומרים פעילי שטח קטיוניים יכולים בקלות להיספג לפני השטח של סיבים טעונים שליליים באמצעות המטענים החיוביים שלהם.

①זה יכול לנטרל את מטען פני השטח של הסיב;

②מכיוון שחומרים פעילי שטח קטיוניים נספגים על פני הסיבים עם יוני אמוניום רבעוניים טעונים חיובית, ושרשראות הפחמימנים ההידרופוביות פונות כלפי חוץ, ויוצרות סרט ספיחה מכוון המורכב משרשראות פחמימנים על פני הסיבים. סרט ספיחה זה יכול להפחית ביעילות את כוח החיכוך הנוצר על פני הסיבים במהלך החיכוך, ובכך להחליש את תופעת החשמול החיכוכי.

עבור סיבים סינתטיים בעלי קוטביות נמוכה והידרופוביות חזקה, חומרים פעילי שטח קטיוניים נספחים לפני השטח של הסיבים באמצעות כוחות ואן דר ואלס עם שרשראות הפחמימנים ההידרופוביות שלהם, בעוד שקבוצות האמוניום הרביעיות הקוטביות פונות החוצה, ומכסות את פני השטח של הסיבים בקבוצות פולריות הידרופיליות. זה לא רק מגביר את המוליכות של פני השטח של הסיבים אלא גם מגביר את לחות פני השטח שלהם, דבר המועיל לפיזור חשמל סטטי הנוצר מחיכוך וממלא תפקיד אנטי-סטטי.

כמות הספיחה של דיאוקטדציל אמוניום כלוריד על פני השטח של סיבים טבעיים גבוהה משמעותית מזו שעל פני סיבים סינתטיים. ממצא זה מצביע על כך שיש לו השפעה אנטי-סטטית טובה יותר על סיבים טבעיים.

בדומה לחומרים פעילי שטח קטיוניים, חומרים פעילי שטח יוניים אמפוטריים נושאים מטענים חיוביים ויכולים גם להיספג על פני השטח של סיבים בעלי מטען שלילי כדי לנטרל מטענים סטטיים. לקבוצות ההידרופוביות שלהם יש גם השפעה של הפחתת חיכוך. יתר על כן, בהשוואה לחומרים פעילי שטח קטיוניים, יש להם קבוצה אניונית נוספת במבנה המולקולרי שלהם, כך שהם יכולים להגביר טוב יותר את הלחות ואת פיזור המטען. לכן, חומרים פעילי שטח יוניים אמפוטריים הם חומרים אנטי-סטטיים בעלי ביצועים טובים, אך מחירם גבוה יחסית.

לחומרים פעילי שטח אניוניים ולא-יוניים יש השפעות אנטי-סטטיות גרועות עקב כמות הספיחה הנמוכה שלהם על פני השטח של הסיבים. כמות הספיחה של חומרים פעילי שטח לא-יוניים גבוהה מזו של חומרים פעילי שטח אניוניים מכיוון שהיא אינה מושפעת ממטען השטח של הסיבים, אך השפעתם על פיזור סטטי גרועה, ולכן יכולתם האנטי-סטטית גרועה בהרבה מזו של חומרים פעילי שטח קטיוניים ואמפוטריים יוניים.

1. חומר אנטיסטטי לפלסטיק

מנגנון הפעולה של חומרים פעילי שטח כחומרים אנטי-סטטיים לפלסטיק: חומרים פעילי שטח נספחים על פני הפלסטיק באמצעות כוחות ואן דר ואלס עם שרשראות הפחמימנים ההידרופוביות שלהם, בעוד שקבוצות הקוטביות שלהם משתרעות החוצה ויוצרות סרט ספיחה מכוון של חומרים פעילי שטח על פני הפלסטיק. סרט זה מספק מוליכות, המאפשרת לפיזור טוב של מטענים סטטיים. במקביל, סרט הספיחה יכול גם להפחית את החיכוך על פני הפלסטיק.

חומרים אנטיסטטיים מפלסטיק מסווגים לפי סוג החומר הפעיל שטח ל:

(1) סוג אניוני;

(2) סוג קטיוני;

(3) סוג יוני אמפוטרי;

(4) סוג לא יוני.

ניתן לחלק חומרים אנטי-סטטיים לשתי קטגוריות בהתאם לשיטת השימוש בהם:

(1) חומרים אנטי-סטטיים לציפוי משטחי;

(2) חומרים אנטי-סטטיים מסוג תרכובות.