השפעה אנטיסטטית של חומרים פעילי שטח

יכולת הדטרגנט של חומרים פעילי שטח היא המאפיין הבסיסי המעניק להם את התועלת המעשית הגדולה ביותר. היא קשורה קשר הדוק לחיי היומיום של אלפי משקי בית וגם מיושמת יותר ויותר בתעשיות שונות וייצור תעשייתי.

1.אפקט אנטיסטטי of חומרים פעילי שטח

סיבים, פלסטיק ומוצרים אחרים מייצרים לעיתים קרובות חשמל סטטי עקב חיכוך, דבר המשפיע על ביצועי היישום של מוצרים כאלה. לדוגמה, אם בדי סיבים נושאים חשמל סטטי, הם סובלים בדרך כלל מחסרונות כגון "הידבקות" או "הידבקות סטטית", כמו גם נטייה לספיגת אבק ולהתלכלך בקלות. ההשפעה של חשמל סטטי על מוצרי פלסטיק משמעותית אף יותר: מוצרים כאלה לא רק סופגים בקלות אבק, מה שפוגע בשקיפותם, ניקיון פני השטח ובמראה שלהם, אלא גם מפחיתה את ביצועי השירות והערך שלהם.

כדי למנוע תופעה סטטית זו, כיום מאומצת לרוב השיטה האנטי-סטטית באמצעות חומרים פעילי שטח. חומרים פעילי שטח כאלה ידועים כחומרים אנטי-סטטיים.

2.אלקטרוסטטיתופעות וסיבותיהן

למרות שתוצאות רצף טעינת הסיבים שהתקבלו על ידי חוקרים שונים משתנות במידה מסוימת, סיבים המכילים קשרי אמיד כגון צמר, ניילון וצמר מלאכותי נוטים להיות טעונים באופן חיובי. תנאי הטעינה של פלסטיקים נפוצים מוצגים בטבלה 10-2. רצף הטעינה של חומרים נפוצים מחיובי לשלילי הוא כדלקמן: (+) פוליאוריטן – שיער – ניילון – צמר – משי – סיבי ויסקוזה – כותנה – גומי קשיח – סיבי אצטט – וינילון – פוליפרופילן – פוליאסטר – פוליאקרילוניטריל – פוליוויניל כלוריד – קופולימר ויניל כלוריד-אקרילוניטריל – פוליאתילן – פוליטטרפאלואורואתילן (–). למרות שהסיבה ליצירת חשמל סטטי עדיין אינה מובנת במלואה, מקובל לחשוב שחשמל סטטי נוצר כאשר סוגים שונים של עצמים מתחככים זה בזה, מה שגורם למטענים ניידים לעבור בין העצמים המשופשים. ניתן לקבוע את סוג המטען שעצם נושא על ידי עלייה או אובדן של אלקטרונים. עצם הופך לטעון באופן חיובי אם הוא מאבד אלקטרונים, ומטען שלילי אם הוא צובר אלקטרונים.

3.חומר אנטיסטטי

ישנן שתי שיטות עיקריות להסרת חשמל סטטי:

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

(2) שיטה כימית לפני השטח. כלומר, חומרים פעילי שטח, הידועים גם כחומרים אנטי-סטטיים, משמשים לטיפול בפני השטח של סיבים ומוצרי פלסטיק או מעורבבים בתוך החלק הפנימי של פלסטיק כדי להשיג את המטרה של סילוק חשמל סטטי.

4.חומר אנטיסטטי לסיבים

4.1דרישות לחומר אנטי-סטטי:

(1) זה לא ישנה את תחושת היד של הסיבים;

(2) תהיה לו השפעה אנטי-סטטית מצוינת במינון נמוך ויישאר יעיל בטמפרטורות נמוכות;

(3) תהיה לו תאימות טובה עם סיבי שרף;

(4) עליו להציג תאימות מצוינת עם תוספים אחרים;

(5) אסור שייווצרו קצף או כתמי מים;

(6) הוא יהיה לא רעיל ולא יגרום לגירוי בעור;

(7) עליו לשמור על יציבות טובה.

4.2סוגי חומרים אנטיסטטיים

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

4.3מנגנון הפעולה של חומרים אנטיסטטיים

עבור חומרים פעילי שטח המשמשים כחומרים אנטי-סטטיים לסיבים, מנגנון האנטי-סטטי כרוך בעיקר בשני היבטים: מניעת יצירת חשמל סטטי על פני השטח של בדי סיבים עקב חיכוך ופיזור מטענים על פני השטח. מניעת חשמול חיכוכי קשורה קשר הדוק למבנה של חומרים פעילי שטח, בעוד שפיזור מטענים על פני השטח קשור לכמות הספיחה ולהיגרוסקופיות של חומרים פעילי שטח על בדי סיבים.

חומרים פעילי שטח קטיוניים סופחים בקלות על משטחי סיבים בעלי מטען שלילי באמצעות מטענים חיוביים משלהם.

① הם יכולים לנטרל את מטעני השטח של הסיבים;

② כאשר חומרים פעילי שטח קטיוניים נספגים על פני הסיבים בצורה של יוני אמוניום רבעוניים בעלי מטען חיובי, כאשר שרשראות הפחמימנים ההידרופוביות שלהם פונות כלפי חוץ, נוצר סרט ספיחה כיווני המורכב משרשראות פחמימנים על פני הסיבים. סרט זה מפחית ביעילות את כוח החיכוך הנוצר על פני הסיבים במהלך החיכוך, ובכך מחליש את החשמול החיכוכי.

עבור סיבים סינתטיים בעלי קוטביות נמוכה והידרופוביות חזקה, חומרים פעילי שטח קטיוניים נספחים על פני הסיבים באמצעות כוחות ואן דר ואלס דרך שרשראות הפחמימנים ההידרופוביות שלהם, כאשר קבוצות האמוניום הרביעיות הקוטביות שלהם פונות החוצה. זה מכסה את פני הסיבים בקבוצות קוטביות הידרופיליות, מה שלא רק משפר את המוליכות החשמלית של פני הסיבים אלא גם מגביר את לחות פני השטח שלהם, מקל על פיזור החשמל הסטטי שנוצר על ידי חיכוך ומשיג אפקט אנטי-סטטי.

כמות הספיחה של דיוקטטציל אמוניום כלוריד על משטחי סיבים טבעיים גבוהה משמעותית מזו שעל סיבים סינתטיים, דבר המצביע על השפעתו האנטי-סטטית המעולה על סיבים טבעיים.

בדומה לחומרים פעילי שטח קטיוניים, חומרים פעילי שטח יוניים אמפוטריים נושאים מטענים חיוביים ויכולים גם להיספג על משטחי סיבים בעלי מטען שלילי כדי לנטרל מטענים סטטיים. הקבוצות ההידרופוביות שלהם גם מפחיתות חיכוך. בהשוואה לחומרים פעילי שטח קטיוניים, הם מכילים בנוסף קבוצה אניונית במבנה המולקולרי שלהם, מה שמאפשר שיפור טוב יותר של פיזור לחות ומטען. לכן, חומרים פעילי שטח יוניים אמפוטריים הם חומרים אנטי-סטטיים בעלי ביצועים גבוהים, אם כי בעלות גבוהה יחסית.

חומרים פעילי שטח אניוניים ולא-יוניים מראים השפעות אנטי-סטטיות נמוכות עקב כמות הספיחה הנמוכה שלהם על משטחי הסיבים. כמות הספיחה של חומרים פעילי שטח לא-יוניים גבוהה מזו של חומרים פעילי שטח אניוניים, מכיוון שהיא אינה מושפעת ממטענים על פני הסיבים; עם זאת, יכולתם לפזר חשמל סטטי חלשה, וכתוצאה מכך ביצועים אנטי-סטטיים נמוכים בהרבה בהשוואה לחומרים פעילי שטח יוניים קטיוניים ואמפוטריים.

5.חומרים אנטיסטטיים לפלסטיק

מנגנון הפעולה של חומרים פעילי שטח כחומרים אנטי-סטטיים עבור פלסטיק: חומרים פעילי שטח נספגים על פני הפלסטיק באמצעות כוחות ואן דר ואלס דרך שרשראות הפחמימנים ההידרופוביות שלהם, כאשר קבוצות הקוטביות שלהם משתרעות החוצה. סרט ספיחה כיווני של חומרים פעילי שטח נוצר על פני הפלסטיק, ומספק מוליכות חשמלית המאפשרת לפיזור יעיל של מטענים סטטיים. במקביל, סרט הספיחה גם מפחית את החיכוך על פני הפלסטיק.

חומרים אנטיסטטיים מפלסטיק מסווגים לפי סוג פעילי שטח כדלקמן:

(1) סוג אניוני;

(2) סוג קטיוני;

(3) סוג יוני אמפוטרי;

(4) סוג לא יוני.

ניתן לחלק חומרים אנטיסטטיים לשתי קטגוריות לפי שיטות היישום:

(1) חומרים אנטי-סטטיים לציפוי פני השטח;

(2) חומרים אנטי-סטטיים לערבוב פנימי.