ฤทธิ์ต้านไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิว

ความสามารถในการซักล้างของสารลดแรงตึงผิวเป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่รองรับการใช้งานจริงในวงกว้าง เป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของครัวเรือนจำนวนนับไม่ถ้วน และกำลังถูกนำไปใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ในทุกภาคส่วนการค้าและการผลิตทางอุตสาหกรรม

ฤทธิ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิว

แรงเสียดทานมักก่อให้เกิดไฟฟ้าสถิตบนเส้นใย พลาสติก และผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปอื่นๆ ซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ผ้าที่มีไฟฟ้าสถิตมักจะเกาะติดกับร่างกายหรือพื้นผิวอื่นๆ ได้ง่าย และดึงดูดฝุ่นและสิ่งสกปรกได้ง่าย ไฟฟ้าสถิตส่งผลกระทบรุนแรงยิ่งขึ้นต่อผลิตภัณฑ์พลาสติก ไม่เพียงแต่พลาสติกจะดูดซับฝุ่นได้ง่าย ทำให้ความโปร่งใส ความสะอาดของพื้นผิว และความสวยงามลดลงเท่านั้น แต่ประสิทธิภาพการใช้งานและมูลค่าทางการค้าก็เสื่อมลงด้วย

การบำบัดไฟฟ้าสถิตโดยใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นวิธีการหลักที่ใช้ในปัจจุบันเพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิตสะสม และสารลดแรงตึงผิวเหล่านี้เรียกว่าสารป้องกันไฟฟ้าสถิต

ส่วนที่ 1 ไฟฟ้าสถิตและกลไกการเกิดไฟฟ้าสถิต

แม้ว่าจะมีข้อแตกต่างเล็กน้อยในผลการทดสอบเกี่ยวกับลำดับการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตของเส้นใยจากนักวิจัยต่างๆ แต่โดยทั่วไปแล้วเส้นใยที่มีพันธะอะไมด์ เช่น ขนสัตว์ ไนลอน และขนสัตว์เทียม มักจะมีประจุบวก

พฤติกรรมการประจุไฟฟ้าของพลาสติกทั่วไปแสดงอยู่ในตารางที่ 10-2 ลำดับการเกิดประจุไฟฟ้าจากแรงเสียดทานของสารทั่วไปจากประจุบวกไปจนถึงประจุลบมีดังนี้:

(+) โพลียูรีเทน–เส้นผมมนุษย์–ไนลอน–ขนสัตว์–ผ้าไหม–เส้นใยวิสโคส–ฝ้าย–ยางแข็ง–เซลลูโลสอะซิเตท–ไวนิลอน–โพลีโพรพีลีน–โพลีเอสเตอร์–โพลีอะคริโลไนไตรล์–โพลีไวนิลคลอไรด์–โคพอลิเมอร์ไวนิลคลอไรด์-อะคริโลไนไตรล์–โพลีเอทิลีน–โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (-)

กลไกที่แน่ชัดของการเกิดไฟฟ้าสถิตยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างครบถ้วน แต่โดยทั่วไปแล้วเชื่อกันว่าแรงเสียดทานระหว่างสารต่างชนิดกันจะเหนี่ยวนำให้เกิดการถ่ายโอนประจุระหว่างพื้นผิวที่สัมผัสกัน ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าสถิตขึ้น ขั้วของประจุที่สารนั้นมีอยู่จะถูกกำหนดโดยการได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน: สารที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะกลายเป็นประจุบวก ในขณะที่สารที่ได้รับอิเล็กตรอนจะกลายเป็นประจุลบ

ส่วนที่ 2 สารป้องกันไฟฟ้าสถิต

มีสองแนวทางหลักในการกำจัดไฟฟ้าสถิต:

วิธีการทางกายภาพ: เนื่องจากขนาดของประจุไฟฟ้าสถิตได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและความชื้น จึงสามารถใช้วิธีการทางกายภาพต่างๆ เช่น การควบคุมอุณหภูมิและความชื้น และการปล่อยประจุโคโรนา เพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิตออกจากพื้นผิววัสดุได้

วิธีการทางเคมีบนพื้นผิว: สารลดแรงตึงผิว หรือที่เรียกว่าสารป้องกันไฟฟ้าสถิต ถูกนำมาใช้ในการปรับสภาพพื้นผิวของเส้นใยและผลิตภัณฑ์พลาสติก หรือผสมลงในเนื้อพลาสติกเพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิต

I. สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับเส้นใย

คุณสมบัติที่จำเป็นของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตที่มีคุณภาพ

(1) รักษาสัมผัสเดิมของเส้นใย

(2) ให้ประสิทธิภาพการป้องกันไฟฟ้าสถิตที่โดดเด่นในปริมาณน้อยและยังคงมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ

(3) แสดงความเข้ากันได้ดีเยี่ยมกับเส้นใยเรซิน

(4) มีความเข้ากันได้ดีกับสารช่วยประมวลผลอื่นๆ

(5) ไม่ก่อให้เกิดฟองและไม่ทิ้งคราบน้ำ

(6) ไม่เป็นพิษและไม่ระคายเคืองต่อผิวหนังมนุษย์

(7) รักษาประสิทธิภาพการทำงานให้คงที่ตลอดเวลา

การจำแนกประเภทของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตในเส้นใย

สารลดแรงตึงผิวชนิดประจุบวกและชนิดแอมโฟเทอริกเป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตประเภทหลักที่ใช้ในงานเส้นใย

กลไกป้องกันไฟฟ้าสถิต

สารลดแรงตึงผิวออกฤทธิ์ต้านไฟฟ้าสถิตบนผ้าผ่านสองกลไกหลัก ได้แก่ การยับยั้งการเกิดไฟฟ้าสถิตระหว่างการเสียดสี และการช่วยลดการสลายประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิว การยับยั้งการเกิดประจุจากการเสียดสีมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว ในขณะที่การสลายประจุขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดซับและคุณสมบัติการดูดความชื้นของสารลดแรงตึงผิวบนพื้นผิวเส้นใย

สารลดแรงตึงผิวประจุบวกสามารถดูดซับเข้ากับพื้นผิวเส้นใยที่มีประจุลบได้อย่างง่ายดายโดยอาศัยประจุบวกที่มีอยู่ภายใน:

①พวกมันจะทำให้ประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของเส้นใยเป็นกลาง

②สารลดแรงตึงผิวประจุบวกจะยึดติดกับเส้นใยผ่านกลุ่มควอเทอร์นารีแอมโมเนียมที่มีประจุบวก โดยมีโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำหันออกด้านนอก ก่อตัวเป็นฟิล์มดูดซับที่มีระเบียบอยู่บนพื้นผิวของเส้นใย ฟิล์มนี้ช่วยลดแรงเสียดทานบนพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการสัมผัส และลดการสะสมของไฟฟ้าสถิตจากแรงเสียดทาน

สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ที่มีขั้วต่ำและไม่ชอบน้ำสูง สารลดแรงตึงผิวประจุบวกจะยึดติดกับพื้นผิวเส้นใยด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ที่กระทำต่อโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ ในขณะที่กลุ่มควอเทอร์นารีแอมโมเนียมที่มีขั้วจะหันออกด้านนอก การยึดติดเช่นนี้จะเคลือบเส้นใยด้วยชั้นที่มีขั้วและชอบน้ำ ซึ่งช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของพื้นผิวและการกักเก็บความชื้น เร่งการกระจายตัวของไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากแรงเสียดทาน และให้คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิต

ความสามารถในการดูดซับของไดออกตาเดซิลแอมโมเนียมคลอไรด์บนเส้นใยธรรมชาติสูงกว่าบนเส้นใยสังเคราะห์อย่างเห็นได้ชัด ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตที่เหนือกว่าของวัสดุเส้นใยธรรมชาติ

เช่นเดียวกับสารลดแรงตึงผิวประจุบวก สารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริกมีประจุบวกและดูดซับเข้ากับพื้นผิวเส้นใยที่มีประจุลบเพื่อลดประจุไฟฟ้าสถิต โดยส่วนที่ไม่ชอบน้ำจะช่วยลดแรงเสียดทานบนพื้นผิว แต่แตกต่างจากสารลดแรงตึงผิวประจุบวกตรงที่โมเลกุลของแอมโฟเทอริกมีกลุ่มแอนไอออนิกเพิ่มเติม ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการดูดซับความชื้นและกระจายประจุบนพื้นผิวได้ดียิ่งขึ้น ดังนั้น สารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริกจึงทำหน้าที่เป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตประสิทธิภาพสูง แม้ว่าจะมีราคาสูงกว่าก็ตาม

สารลดแรงตึงผิวประจุลบและประจุลบแสดงประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตที่อ่อนแอเนื่องจากระดับการดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยต่ำ สารลดแรงตึงผิวประจุลบดูดซับได้ง่ายกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุลบเนื่องจากการดูดซับของพวกมันไม่ได้รับผลกระทบจากประจุบนพื้นผิวเส้นใย แต่พวกมันมีการกระจายประจุที่ไม่ดี ส่งผลให้ความสามารถในการป้องกันไฟฟ้าสถิตด้อยกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุบวกและแอมโฟเทอริกอย่างมาก

II. สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับพลาสติก

กลไกการทำงานของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตในพลาสติกชนิดสารลดแรงตึงผิว

สารลดแรงตึงผิวจะยึดเกาะกับพื้นผิวพลาสติกด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ที่กระทำต่อโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ โดยมีหมู่ฟังก์ชันที่มีขั้วยื่นออกไปด้านนอกเพื่อสร้างฟิล์มดูดซับที่มีทิศทาง ฟิล์มนี้ทำให้พื้นผิวมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้า ช่วยให้การกระจายประจุไฟฟ้าสถิตมีประสิทธิภาพ และในขณะเดียวกันก็ช่วยลดแรงเสียดทานบนพื้นผิวพลาสติก

การจำแนกประเภทตามชนิดทางเคมีของสารลดแรงตึงผิว

(1) สารลดแรงตึงผิวประจุลบ

(2) สารลดแรงตึงผิวประจุบวก

(3) สารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริก

(4) สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีไอออน

การจำแนกประเภทตามวิธีการประยุกต์ใช้

(1) สารป้องกันไฟฟ้าสถิตชนิดเคลือบ (ใช้กับพื้นผิววัสดุ)

(2) สารป้องกันไฟฟ้าสถิตแบบผสมหลอม (ผสมลงในวัตถุดิบพลาสติกในระหว่างการผสม)