השפעה אנטיסטטית של חומרים פעילי שטח

תכונת הכביסה שלחומרים פעילי שטחהוא המאפיין הבסיסי המעניק לחומרים פעילי שטח את היישומים המעשיים הגדולים ביותר שלהם. הוא מעורב בחיי היומיום של אלפי משקי בית והוא מיושם יותר ויותר בכל תחומי החיים ובתהליכי ייצור תעשייתיים שונים.

אפקט אנטיסטטישל חומרים פעילי שטח

סיבים, פלסטיק ומוצרים אחרים מייצרים לעתים קרובות חשמל סטטי עקב חיכוך, דבר הפוגע בביצועי היישום שלהם. לדוגמה, בדי סיבים בעלי מטען סטטי סובלים לעתים קרובות מחסרונות כגון הידבקות לגוף, הידבקות סטטית ונטייה לספוג אבק ולהתלכלך. ההשפעות השליליות של חשמל סטטי על מוצרי פלסטיק חמורות אף יותר. מוצרי פלסטיק טעונים סטטי לא רק סופגים בקלות אבק, דבר הפוגע בשקיפות, בניקיון פני השטח ובמראה של המוצרים, אלא גם מפחיתים את ביצועי השירות והערך שלהם.

כדי למנוע תופעות סטטיות כאלה, כיום מאומצת באופן נרחב שיטת האנטי-סטטיקה של חומרים פעילי שטח. חומרים פעילי שטח כאלה ידועים כחומר אנטי-סטטי.

סעיף 1 תופעות סטטיות וסיבותיהן

למרות שישנם כמה פערים בתוצאות רצף החשמול של סיבים שהתקבלו על ידי בודקים שונים, סיבים המכילים קשרי אמיד כגון צמר, ניילון וצמר מלאכותי נוטים לשאת מטענים חיוביים. מצב החשמול של פלסטיקים נפוצים מוצג בטבלה 10.‑2. רצף החשמול של חומרים נפוצים מחיובי לשלילי מופיע להלן:

(+) פוליאוריטן–שֵׂעַר–ניילון–צֶמֶר–מֶשִׁי–סיב ויסקוזה–כּוּתנָה–גומי קשיח–סיבים אצטטיים תאית–וינילון–פוליפרופילן–פּוֹלִיאֶסטֶר–פוליאקרילוניטריל–פוליוויניל כלוריד–קופולימר ויניל כלוריד-אקרילוניטריל–פוליאתילן–פוליאטטראפלואורואתילן (-).

המנגנון המדויק של יצירת חשמל סטטי אינו מובן במלואו, אך קיימת הסכמה שחשמל סטטי נובע ממטענים ניידים הנוצרים בין עצמים כאשר סוגים שונים של עצמים מתחככים זה בזה. סוג המטען שעצם נושא נקבע על ידי עלייה או אובדן של אלקטרונים. עצם הופך טעון באופן חיובי כאשר הוא מאבד אלקטרונים ומטעון באופן שלילי כאשר הוא צובר אלקטרונים.

סעיף 2 חומרים אנטי-סטטיים

ישנן שתי שיטות עיקריות להסרת חשמל סטטי:

(1) שיטות פיזיקליות. מאחר שעוצמת החשמל הסטטי מושפעת מטמפרטורה ולחות, ניתן להשתמש בגישות פיזיקליות כגון התאמת טמפרטורה ולחות ופריקה קורונית כדי להסיר חשמל סטטי מפני השטח של פריטים.

(2) שיטות כימיות לפני השטח, כלומר שימוש בחומרים פעילי שטח (הנקראים גם חומרים אנטי-סטטיים) לביצוע טיפול פני השטח על סיבים ומוצרי פלסטיק או ערבובם לתוך פלסטיק כדי להשיג את מטרת סילוק החשמל הסטטי.

1. חומרים אנטיסטטיים לסיבים

תכונות נדרשות של חומרים אנטיסטטיים:

(1) אינו משנה את תחושת הסיבים ביד; (2) ביצועים אנטי-סטטיים טובים עם מינון נמוך ויעילות בטמפרטורות נמוכות; (3) תאימות טובה עם סיבי שרף; (4) תאימות מצוינת עם חומרי עזר אחרים; (5) ללא הקצפה וללא היווצרות כתמי מים; (6) אינו רעיל ואינו מגרה את העור; (7) שומר על יציבות טובה.

סוגי חומרים אנטיסטטיים

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

מנגנון הפעולה של חומרים אנטיסטטיים

המנגנון האנטי-סטטי של חומרים פעילי שטח המשמשים למטרות אנטי-סטטיות של סיבים בא לידי ביטוי בעיקר בשני היבטים: מניעת יצירת חשמל סטטי כאשר בדי סיבים נתונים לחיכוך וסיוע לפיזור מטענים פני השטח. מניעת חשמול חיכוכי קשורה קשר הדוק למבנה של חומרים פעילי שטח, בעוד שפיזור מטענים פני השטח קשור ליכולת הספיחה ולהיגרוסקופיות של חומרים פעילי שטח על בדי סיבים.

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

①הם יכולים לנטרל את מטעני השטח של הסיבים;

②חומרים פעילי שטח קטיוניים נספחים על פני הסיבים בכיוון שבו יוני אמוניום רבעוניים טעונים חיובית נצמדים לפני הסיב ושרשראות פחמימנים הידרופוביות פונות החוצה, ויוצרות סרט ספיחה מכוון המורכב משרשראות פחמימנים על פני הסיב. סרט ספיחה זה יכול להפחית ביעילות את החיכוך על פני הסיב במהלך החיכוך ולהחליש את החשמול החיכוכיתי.

עבור סיבים סינתטיים בעלי קוטביות נמוכה והידרופוביות חזקה, חומרים פעילי שטח קטיוניים נספחים על פני הסיבים באמצעות כוחות ואן דר ואלס על ידי שרשראות הפחמימנים ההידרופוביות שלהם, בעוד שקבוצות אמוניום רביעיות קוטביות פונות החוצה. לפיכך, פני הסיבים מכוסים בקבוצות קוטביות הידרופיליות, מה שלא רק משפר את המוליכות של פני הסיבים אלא גם מגביר את לחות פני השטח שלהם, מקל על פיזור החשמל הסטטי הנוצר על ידי חיכוך ומספק השפעות אנטי-סטטיות.

קיבולת הספיחה של דיאוקטדציל אמוניום כלוריד על משטחי סיבים טבעיים גבוהה משמעותית מזו שעל סיבים סינתטיים, דבר המצביע על כך שהוא משיג ביצועים אנטי-סטטיים טובים יותר על סיבים טבעיים.

בדומה לחומרים פעילי שטח קטיוניים, חומרים פעילי שטח אמפוטריים נושאים מטענים חיוביים ויכולים לספוג על משטחי סיבים בעלי מטען שלילי כדי לנטרל מטענים סטטיים. הקבוצות ההידרופוביות שלהם גם מפחיתות חיכוך. בהשוואה לחומרים פעילי שטח קטיוניים, לחומרים פעילי שטח אמפוטריים יש קבוצה אניונית נוספת במבנה המולקולרי שלהם, המאפשרת שמירה טובה יותר על לחות ופיזור מטען. לכן, חומרים פעילי שטח אמפוטריים הם חומרים אנטי-סטטיים בעלי ביצועים גבוהים, אם כי במחיר גבוה יחסית.

חומרים פעילי שטח אניוניים ולא-יוניים מציגים ביצועים אנטי-סטטיים נמוכים עקב קיבולת הספיחה הנמוכה שלהם על פני השטח של סיבים. כמות הספיחה של חומרים פעילי שטח לא-יוניים אינה מושפעת ממטען פני השטח של הסיבים והיא גבוהה מזו של חומרים פעילי שטח אניוניים, אך יש להם השפעות חלשות על פיזור סטטי. לפיכך, קיבולת האנטיסטטית שלהם נמוכה בהרבה מזו של חומרים פעילי שטח קטיוניים ואמפוטריים.

2. חומרים אנטיסטטיים לפלסטיק

מנגנון האנטי-סטטי של חומרים פעילי שטח המשמשים כחומרים אנטי-סטטיים לפלסטיק הוא כדלקמן: חומרים פעילי שטח נספחים על משטחי פלסטיק באמצעות שרשראות הפחמימנים ההידרופוביות שלהם באמצעות כוחות ואן דר ואלס, כאשר קבוצות קוטביות משתרעות החוצה. סרט ספיחה מכוון של חומרים פעילי שטח נוצר על פני הפלסטיק כדי לספק מוליכות, המאפשרת לפיזור יעיל של מטענים סטטיים. בינתיים, סרט הספיחה יכול גם להפחית חיכוך על משטחי פלסטיק.

סיווג חומרים אנטיסטטיים פלסטיים לפי סוג פעילי שטח:

(1)סוג אניוני;

(2) סוג קטיוני;

(3) סוג אמפוטרי;

(4) סוג לא יוני.

ניתן לחלק חומרים אנטיסטטיים לשתי קטגוריות לפי שיטת היישום:

(1) חומרים אנטי-סטטיים לציפוי פני השטח;

(2) הרכבת חומרים אנטי-סטטיים.