界面活性剤の帯電防止効果

洗浄力界面活性剤これは、それらの最も幅広い実用的な用途を支える基本的な特性です。それは無数の家庭の日常生活に不可欠であり、あらゆる業種や工業生産分野でますます採用されています。

帯電防止効果界面活性剤

摩擦によって繊維、プラスチック、その他の完成品に静電気が発生しやすく、製品の性能が低下します。例えば、静電気を帯びた繊維製品は体に張り付いたり、他の表面に付着したりしやすく、ほこりや汚れも付着しやすくなります。静電気はプラスチック製品にさらに深刻な影響を与えます。プラスチックはほこりを吸着しやすくなり、透明性、表面の清潔さ、美観が損なわれるだけでなく、性能や商業的価値も低下します。

界面活性剤を用いた帯電防止処理は、現在、静電気の蓄積を除去するために用いられている主要な方法であり、そのような界面活性剤は帯電防止剤として知られている。

第1章 静電気とその発生メカニズム

異なる研究者による繊維の摩擦帯電順序に関する試験結果には若干の差異があるものの、羊毛、ナイロン、人工羊毛などアミド結合を含む繊維は一般的に正電荷を帯びやすい傾向がある。

一般的なプラスチックの帯電挙動を表10-2に示す。代表的な物質の摩擦帯電順序は、正電荷から負電荷へと順に以下の通りである。

（＋）ポリウレタン–人毛–ナイロン–ウール–シルク–ビスコース繊維–コットン–硬質ゴム–酢酸セルロース–ビニロン–ポリプロピレン–ポリエステル–ポリアクリロニトリル–ポリ塩化ビニル–塩化ビニル-アクリロニトリル共重合体–ポリエチレン–ポリテトラフルオロエチレン（-）

静電気の発生メカニズムは完全には解明されていませんが、異種物質間の摩擦によって接触面間で電荷移動が生じ、静電気が発生するというのが一般的な見解です。物質が持つ電荷の極性は、電子の獲得または喪失によって決まります。電子を失う物質は正に帯電し、電子を得る物質は負に帯電します。

第2項 帯電防止剤

静電気を除去するには、主に2つの方法があります。

物理的方法：静電荷の大きさは温度と湿度に影響されるため、温度と湿度の調整やコロナ放電などの物理的手法を用いて、材料表面から静電気を除去することができる。

表面化学的方法：界面活性剤（帯電防止剤とも呼ばれる）は、繊維やプラスチック製品の表面処理に使用されたり、プラスチックマトリックスに混合されて静電気を除去するために使用される。

I. 繊維用帯電防止剤

適格な帯電防止剤に求められる特性

（１）繊維本来の手触りを保つ。

（２）低用量で優れた帯電防止性能を発揮し、低温条件下でも効果を維持する。

（３）樹脂繊維との優れた相溶性を示す。

（４）他の加工補助装置との良好な適合性を有する。

（５）泡立たず、水染みも残さない。

（６）人体皮膚に対して無毒で刺激性がない。

（７）長期にわたって安定したパフォーマンスを維持する。

繊維帯電防止剤の分類

繊維用途における帯電防止剤の主な種類は、カチオン系界面活性剤と両性界面活性剤である。

帯電防止機構

界面活性剤は、摩擦接触時の静電気発生を抑制することと、表面静電荷の消散を促進することという2つの主要な経路を通じて、布地に帯電防止効果を発揮します。摩擦帯電の抑制は界面活性剤の分子構造と密接に関連していますが、電荷の消散は繊維表面における界面活性剤の吸着能力と吸湿性に依存します。

カチオン界面活性剤本来の正電荷によって、負に帯電した繊維表面に容易に吸着する。

①それらは繊維の固有の表面電荷を中和する。

②カチオン性界面活性剤は、正電荷を帯びた第四級アンモニウム基を介して繊維に付着し、疎水性の炭化水素鎖が外側を向いて、繊維表面に規則的な吸着膜を形成します。この膜は、接触時の表面摩擦を効果的に低減し、摩擦による静電気の蓄積を抑制します。

低極性で疎水性の高い合成繊維の場合、カチオン性界面活性剤は疎水性炭化水素鎖に作用するファンデルワールス力によって繊維表面に付着し、極性を持つ第四級アンモニウム基は外側を向きます。これにより、繊維は親水性の極性層で覆われ、表面の電気伝導性と保水性が向上し、摩擦によって生じる静電気の放散が促進され、帯電防止機能が発揮されます。

ジオクタデシルアンモニウムクロリドの天然繊維への吸着容量は合成繊維への吸着容量よりも著しく高く、天然繊維基材に対して優れた帯電防止効果を示す。

カチオン界面活性剤と同様に、両性界面活性剤も正電荷を帯びており、負電荷を帯びた繊維表面に吸着して静電荷を中和します。また、疎水性部分によって表面摩擦を低減します。カチオン界面活性剤とは異なり、両性界面活性剤分子はアニオン基を1つ有しており、表面の吸湿性と電荷散逸能力をさらに高めます。そのため、両性界面活性剤は高性能な帯電防止剤として機能しますが、コストは高くなります。

陰イオン界面活性剤と非イオン界面活性剤は、繊維表面への吸着レベルが低いため、帯電防止性能が弱い。非イオン界面活性剤は、繊維表面の電荷に影響されないため、陰イオン界面活性剤よりも容易に吸着するが、電荷散逸性が低いため、陽イオン界面活性剤や両性界面活性剤に比べて帯電防止性能が著しく劣る。

II．プラスチック用帯電防止剤

界面活性剤系プラスチック帯電防止剤の作用機序

界面活性剤は、疎水性炭化水素鎖に作用するファンデルワールス力によってプラスチック表面に結合し、極性官能基が外側に伸びて配向吸着膜を形成する。この膜は表面に導電性を付与し、効率的な静電荷​​放散を可能にすると同時に、プラスチック基板上の表面摩擦を緩和する。

界面活性剤の化学タイプによる分類

（１）陰イオン界面活性剤

（２）陽イオン界面活性剤

（３）両性界面活性剤

（４）非イオン性界面活性剤

適用方法による分類

（１）コーティング型帯電防止剤（材料表面に塗布するもの）

（２）溶融混合型帯電防止剤（配合時にプラスチック原料に混合されるもの）