ฤทธิ์ต้านไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิว

คุณสมบัติในการทำความสะอาดของสารลดแรงตึงผิวเป็นคุณลักษณะพื้นฐานที่ทำให้สารลดแรงตึงผิวมีประโยชน์ใช้สอยในทางปฏิบัติอย่างมาก คุณสมบัตินี้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับชีวิตประจำวันของครัวเรือนนับพัน และยังถูกนำไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและการผลิตต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ

1.ฤทธิ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต of สารลดแรงตึงผิว

เส้นใย พลาสติก และผลิตภัณฑ์อื่นๆ มักเกิดไฟฟ้าสถิตเนื่องจากแรงเสียดทาน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้งานของผลิตภัณฑ์เหล่านั้น ตัวอย่างเช่น หากผ้าใยสังเคราะห์มีไฟฟ้าสถิต มักจะประสบปัญหาต่างๆ เช่น การเกาะติด หรือการดูดฝุ่น รวมถึงดูดซับฝุ่นและสกปรกง่าย ผลกระทบของไฟฟ้าสถิตต่อผลิตภัณฑ์พลาสติกนั้นยิ่งรุนแรงกว่า ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ไม่เพียงแต่ดูดฝุ่นได้ง่าย ซึ่งทำให้ความโปร่งใส ความสะอาดของพื้นผิว และรูปลักษณ์ลดลง แต่ยังลดประสิทธิภาพการใช้งานและมูลค่าของผลิตภัณฑ์อีกด้วย

เพื่อขจัดปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตนี้ ปัจจุบันจึงนิยมใช้วิธีป้องกันไฟฟ้าสถิตโดยใช้สารลดแรงตึงผิว สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้เรียกว่าสารป้องกันไฟฟ้าสถิต

2.ไฟฟ้าสถิตปรากฏการณ์และสาเหตุของปรากฏการณ์เหล่านั้น

แม้ว่าผลลัพธ์ของลำดับการประจุเส้นใยที่ได้จากนักวิจัยต่าง ๆ จะแตกต่างกันบ้าง แต่เส้นใยที่มีพันธะอะไมด์ เช่น ขนสัตว์ ไนลอน และขนสัตว์เทียม มักจะมีประจุบวก เงื่อนไขการประจุของพลาสติกทั่วไปแสดงในตาราง 10-2 ลำดับการประจุของสารทั่วไปจากบวกไปลบมีดังนี้: (+) โพลียูรีเทน – เส้นผม – ไนลอน – ขนสัตว์ – ไหม – เส้นใยวิสโคส – ฝ้าย – ยางแข็ง – เส้นใยอะซิเตท – ไวนิลอน – โพลีโพรพีลีน – โพลีเอสเตอร์ – โพลีอะคริโลไนไตรล์ – โพลีไวนิลคลอไรด์ – โคพอลิเมอร์ไวนิลคลอไรด์-อะคริโลไนไตรล์ – โพลีเอทิลีน – โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (–) แม้ว่าสาเหตุของการเกิดไฟฟ้าสถิตจะยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่โดยทั่วไปแล้วเชื่อกันว่าไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นเมื่อวัตถุต่างชนิดกันเสียดสีกัน ทำให้เกิดการถ่ายโอนประจุที่เคลื่อนที่ได้ระหว่างวัตถุที่เสียดสีกัน ชนิดของประจุที่วัตถุมีสามารถกำหนดได้จากการรับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน วัตถุจะมีประจุบวกหากสูญเสียอิเล็กตรอน และมีประจุลบหากได้รับอิเล็กตรอน

3.สารป้องกันไฟฟ้าสถิต

มีสองวิธีหลักในการกำจัดไฟฟ้าสถิต:

(1) วิธีทางกายภาพ เนื่องจากขนาดของไฟฟ้าสถิตได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและความชื้น จึงสามารถใช้วิธีทางกายภาพ เช่น การปรับอุณหภูมิและความชื้น และการปล่อยประจุโคโรนา เพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของวัตถุได้

(2) วิธีทางเคมีพื้นผิว กล่าวคือ สารลดแรงตึงผิว หรือที่รู้จักกันในชื่อสารป้องกันไฟฟ้าสถิต ถูกนำมาใช้ในการบำบัดพื้นผิวของเส้นใยและผลิตภัณฑ์พลาสติก หรือผสมเข้าไปในเนื้อพลาสติกเพื่อบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดไฟฟ้าสถิต

4.สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับเส้นใย

4.1ข้อกำหนดสำหรับสารป้องกันไฟฟ้าสถิต:

(1) จะต้องไม่เปลี่ยนแปลงสัมผัสของเส้นใย

(2) จะต้องมีฤทธิ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ดีเยี่ยมด้วยปริมาณที่ต่ำและยังคงมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ

(3) จะต้องเข้ากันได้ดีกับเส้นใยเรซิน

(4) จะต้องแสดงความเข้ากันได้ดีเยี่ยมกับสารเติมแต่งอื่นๆ

(5) จะต้องไม่ทำให้เกิดฟองหรือคราบน้ำ

(6) จะต้องไม่เป็นพิษและไม่ระคายเคืองต่อผิวหนัง

(7) จะต้องรักษาเสถียรภาพที่ดี

4.2ประเภทของสารป้องกันไฟฟ้าสถิต

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตหลักที่ใช้กับเส้นใย ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวไอออนิกประจุบวกและไอออนิกแอมโฟเทอริก

4.3กลไกการออกฤทธิ์ของสารป้องกันไฟฟ้าสถิต

สำหรับสารลดแรงตึงผิวที่ใช้เป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตในเส้นใย กลไกการป้องกันไฟฟ้าสถิตส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสองด้าน ได้แก่ การป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของเส้นใยเนื่องจากแรงเสียดทาน และการกระจายประจุบนพื้นผิว การป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตจากแรงเสียดทานมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว ในขณะที่การกระจายประจุบนพื้นผิวเกี่ยวข้องกับปริมาณการดูดซับและความสามารถในการดูดความชื้นของสารลดแรงตึงผิวบนเส้นใย

สารลดแรงตึงผิวประจุบวกจะดูดซับเข้ากับพื้นผิวเส้นใยที่มีประจุลบได้ง่ายโดยอาศัยประจุบวกของตัวมันเอง

① พวกมันสามารถทำให้ประจุบนพื้นผิวของเส้นใยเป็นกลางได้

② เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวประจุบวกดูดซับลงบนพื้นผิวเส้นใยในรูปของไอออนแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่มีประจุบวก โดยมีโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำหันออกด้านนอก ฟิล์มการดูดซับแบบมีทิศทางซึ่งประกอบด้วยโซ่ไฮโดรคาร์บอนจึงก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวเส้นใย ฟิล์มนี้ช่วยลดแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเส้นใยระหว่างการเสียดสีได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยลดการเกิดประจุไฟฟ้าจากการเสียดสีได้

สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ที่มีขั้วต่ำและมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำสูง สารลดแรงตึงผิวประจุบวกจะดูดซับเข้ากับพื้นผิวเส้นใยผ่านแรงแวนเดอร์วาลส์โดยอาศัยโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ โดยมีหมู่ควอเทอร์นารีแอมโมเนียมที่เป็นขั้วหันออกด้านนอก การดูดซับนี้จะปกคลุมพื้นผิวเส้นใยด้วยหมู่ที่เป็นขั้วและชอบน้ำ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของพื้นผิวเส้นใยเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความชื้นบนพื้นผิว ทำให้การระบายไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากแรงเสียดทานเป็นไปได้ง่ายขึ้น และทำให้เกิดผลต้านไฟฟ้าสถิต

ปริมาณการดูดซับของไดออกตาเดซิลแอมโมเนียมคลอไรด์บนพื้นผิวเส้นใยธรรมชาติสูงกว่าบนเส้นใยสังเคราะห์อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตที่เหนือกว่าบนเส้นใยธรรมชาติ

เช่นเดียวกับสารลดแรงตึงผิวประจุบวก สารลดแรงตึงผิวไอออนิกแบบแอมโฟเทอริกมีประจุบวกและสามารถดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยที่มีประจุลบเพื่อลดประจุไฟฟ้าสถิตได้ นอกจากนี้หมู่ไฮโดรโฟบิกยังช่วยลดแรงเสียดทาน เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวประจุบวก สารลดแรงตึงผิวไอออนิกแบบแอมโฟเทอริกยังมีหมู่แอนไอออนิกอยู่ในโครงสร้างโมเลกุล ทำให้สามารถระบายความชื้นและประจุได้ดียิ่งขึ้น ดังนั้น สารลดแรงตึงผิวไอออนิกแบบแอมโฟเทอริกจึงเป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตที่มีประสิทธิภาพสูง แม้ว่าจะมีราคาค่อนข้างสูงก็ตาม

สารลดแรงตึงผิวประจุลบและสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุมีประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตต่ำ เนื่องจากปริมาณการดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยต่ำ ปริมาณการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุจะสูงกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุลบ เนื่องจากไม่ได้รับผลกระทบจากประจุบนพื้นผิวเส้นใย อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการกระจายไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุนั้นอ่อนแอ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตด้อยกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุบวกและสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุทั้งบวกและลบอย่างมาก

5.สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับพลาสติก

กลไกการทำงานของสารลดแรงตึงผิวในการเป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับพลาสติก: สารลดแรงตึงผิวจะดูดซับเข้ากับพื้นผิวพลาสติกผ่านแรงแวนเดอร์วาลส์โดยอาศัยโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ โดยมีกลุ่มขั้วยื่นออกไปด้านนอก ฟิล์มการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวที่มีทิศทางจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวพลาสติก ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าซึ่งช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตสลายไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ฟิล์มการดูดซับนี้ยังช่วยลดแรงเสียดทานบนพื้นผิวพลาสติกอีกด้วย

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับพลาสติกแบ่งประเภทตามชนิดของสารลดแรงตึงผิวได้ดังนี้:

(1) ประเภทแอนไอออนิก

(2) ประเภทประจุบวก

(3) ประเภทไอออนิกแอมโฟเทอริก

(4) ประเภทไม่มีไอออน

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทตามวิธีการใช้งาน:

(1) สารป้องกันไฟฟ้าสถิตเคลือบผิว

(2) สารป้องกันไฟฟ้าสถิตแบบผสมภายใน