Virsmaktīvo vielu antistatiskā iedarbība

Mazgāšanas spējavirsmaktīvās vielasir pamatīpašība, kas ir to plašākā praktiskā pielietojuma pamatā. Tā ir neatņemama neskaitāmu mājsaimniecību ikdienas dzīves sastāvdaļa un arvien vairāk tiek izmantota visās tirdzniecības un rūpnieciskās ražošanas nozarēs.

Antistatiska iedarbībavirsmaktīvo vielu

Berze bieži rada statisko elektrību uz šķiedrām, plastmasām un citiem gatavajiem izstrādājumiem, pasliktinot to ekspluatācijas īpašības. Piemēram, statiski lādēti tekstilizstrādājumi mēdz cieši pielipt pie ķermeņa vai pielipt pie citām virsmām un viegli piesaistīt putekļus un netīrumus. Statiskā elektrība vēl nopietnāk ietekmē plastmasas izstrādājumus: plastmasa ne tikai viegli absorbē putekļus, pasliktinot to caurspīdīgumu, virsmas tīrību un estētisko pievilcību, bet arī pasliktinās to ekspluatācijas īpašības un komerciālā vērtība.

Antistatiska apstrāde ar virsmaktīvajām vielām ir dominējošā metode, ko pašlaik izmanto statiskās elektrības uzkrāšanās novēršanai, un šādas virsmaktīvās vielas ir pazīstamas kā antistatiski līdzekļi.

1. sadaļa. Statiskā elektrība un tās ģenerēšanas mehānismi

Lai gan dažādu pētnieku veikto šķiedru triboelektriskās lādēšanas secības testu rezultātos pastāv nelielas neatbilstības, šķiedras, kas satur amīda saites, piemēram, vilna, neilons un mākslīgā vilna, parasti mēdz nēsāt pozitīvus lādiņus.

Parasto plastmasu lādēšanas uzvedība ir uzskaitīta 10.-2. tabulā. Tipisku vielu triboelektriskā secība no pozitīva līdz negatīvam lādiņam ir šāda:

(+) Poliuretāns–Cilvēka mati–Neilons–Vilna–Zīds–Viskozes šķiedra–Kokvilna–Cieta gumija–Celulozes acetāts–Vinilons–Polipropilēns–Poliesters–Poliakrilnitrils–Polivinilhlorīds–Vinilhlorīda-akrilnitrila kopolimērs–Polietilēns–Politetrafluoretilēns (-)

Precīzi statiskās elektrības veidošanās mehānismi nav pilnībā izskaidroti, tomēr pastāv vienprātība, ka berze starp atšķirīgām vielām izraisa lādiņa pārnesi starp saskares virsmām, tādējādi radot statisko elektrību. Vielas pārnestā lādiņa polaritāti nosaka elektronu pieaugums vai zudums: vielas zaudē elektronus un kļūst pozitīvi lādētas, savukārt tie, kas iegūst elektronus, iegūst negatīvus lādiņus.

2. sadaļa. Antistatiski līdzekļi

Statiskās elektrības likvidēšanai ir divas galvenās metodes:

Fizikālās metodes: Tā kā statiskā lādiņa lielumu ietekmē temperatūra un mitrums, statiskā lādiņa noņemšanai no materiālu virsmām var izmantot fizikālas metodes, tostarp temperatūras un mitruma regulēšanu un koronas izlādi.

Virsmas ķīmiskās metodes: virsmaktīvās vielas, ko sauc arī par antistatiskiem līdzekļiem, izmanto šķiedru un plastmasas izstrādājumu virsmas apstrādei vai pievieno plastmasas matricām, lai likvidētu statisko elektrību.

I. Šķiedru antistatiskie līdzekļi

Kvalificētu antistatisku līdzekļu nepieciešamās īpašības

(1) Saglabāt šķiedru sākotnējo sajūtu rokai;

(2) Nodrošina izcilu antistatisku veiktspēju zemās devās un saglabā efektivitāti zemas temperatūras apstākļos;

(3) Izcila saderība ar sveķu šķiedrām;

(4) Piemīt laba saderība ar citām apstrādes palīgvielām;

(5) Neveido putas un neatstāj ūdens traipus;

(6) Netoksisks un nekairinošs cilvēka ādai;

(7) Laika gaitā uzturēt stabilu veiktspēju.

Šķiedru antistatisko līdzekļu klasifikācija

Katjonu un amfotērās virsmaktīvās vielas veido galvenās antistatisko līdzekļu kategorijas šķiedru pielietojumiem.

Antistatiskie mehānismi

Virsmaktīvās vielas iedarbojas uz audumiem antistatiski, izmantojot divus galvenos ceļus: kavējot statiskās elektrības veidošanos berzes kontakta laikā un veicinot virsmas statisko lādiņu izkliedi. Berzes lādiņu nomākšana ir cieši saistīta ar virsmaktīvo vielu molekulāro struktūru, savukārt lādiņu izkliede ir atkarīga no virsmaktīvo vielu adsorbcijas spējas un higroskopiskuma uz šķiedru virsmām.

Katjonu virsmaktīvās vielasviegli adsorbējas uz negatīvi lādētām šķiedru virsmām, izmantojot to iekšējos pozitīvos lādiņus:

①Tie neitralizē šķiedru raksturīgos virsmas lādiņus;

②Katjoniskās virsmaktīvās vielas piestiprinās pie šķiedrām caur pozitīvi lādētām kvaternārajām amonija grupām, ar hidrofobām ogļūdeņražu ķēdēm, kas orientētas uz āru, veidojot sakārtotu adsorbētu plēvi uz šķiedru virsmām. Šī plēve efektīvi samazina virsmas berzi saskares laikā un mazina berzes statiskās elektrības uzkrāšanos.

Zemas polaritātes, ļoti hidrofobām sintētiskajām šķiedrām katjoniskās virsmaktīvās vielas pielīp pie šķiedru virsmām, izmantojot van der Valsa spēkus, kas iedarbojas uz hidrofobām ogļūdeņražu ķēdēm, savukārt polārās kvaternārās amonija grupas ir vērstas uz āru. Tas pārklāj šķiedras ar hidrofilu polāru slāni, kas palielina virsmas elektrovadītspēju un mitruma saglabāšanu, paātrinot berzes izraisītās statiskās elektrības izkliedi un nodrošinot antistatisku funkcionalitāti.

Dioktadecilamonija hlorīda adsorbcijas spēja uz dabiskajām šķiedrām ir ievērojami augstāka nekā uz sintētiskajām šķiedrām, kas norāda uz izcilu antistatisko efektivitāti dabisko šķiedru substrātiem.

Tāpat kā katjonu virsmaktīvās vielas, amfotērās virsmaktīvās vielas ir pozitīvi lādiņi un adsorbējas uz negatīvi lādētām šķiedru virsmām, neitralizējot statiskos lādiņus, un to hidrofobās daļas samazina virsmas berzi. Atšķirībā no katjonu virsmaktīvām vielām, amfotērās molekulas satur papildu anjonu grupu, kas vēl vairāk uzlabo virsmas mitruma absorbcijas un lādiņu izkliedes spējas. Tādējādi amfotērās virsmaktīvās vielas kalpo kā augstas veiktspējas antistatiski līdzekļi, lai gan par augstāku cenu.

Anjonu un nejonu virsmaktīvās vielas uzrāda vāju antistatisku veiktspēju zemā adsorbcijas līmeņa dēļ uz šķiedru virsmām. Nejonu virsmaktīvās vielas adsorbējas vieglāk nekā anjonu virsmaktīvās vielas, jo to adsorbciju neietekmē šķiedru virsmas lādiņš, tomēr tām ir slikta lādiņa izkliede, kā rezultātā to antistatiskā spēja ir daudz zemāka nekā katjonu un amfotērajām virsmaktīvajām vielām.

II. Antistatiskie līdzekļi plastmasai

Virsmaktīvo vielu bāzes plastmasas antistatisko līdzekļu darbības mehānisms

Virsmaktīvās vielas saistās ar plastmasas virsmām, izmantojot van der Valsa spēkus, kas iedarbojas uz hidrofobām ogļūdeņražu ķēdēm, polārajām funkcionālajām grupām stiepjoties uz āru, veidojot orientētu adsorbētu plēvi. Šī plēve piešķir virsmas vadītspēju, lai nodrošinātu efektīvu statiskās lādiņa izkliedi un vienlaikus mazinātu virsmas berzi uz plastmasas virsmām.

Klasifikācija pēc virsmaktīvās vielas ķīmiskā tipa

(1) Anjonu virsmaktīvās vielas

(2) Katjonu virsmaktīvās vielas

(3) Amfotērās virsmaktīvās vielas

(4) Nejonu virsmaktīvās vielas

Klasifikācija pēc pielietošanas metodes

(1) Pārklājuma tipa antistatiskie līdzekļi (uzklāti uz materiālu virsmām)

(2) Izkausēti antistatiski līdzekļi (pievienoti plastmasas izejvielām maisīšanas laikā)