ฤทธิ์ต้านไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิว

คุณสมบัติการซักของสารลดแรงตึงผิวคุณสมบัติพื้นฐานที่ทำให้สารลดแรงตึงผิวมีประโยชน์ใช้สอยมากมายคือความเป็นกรดด่าง มันมีส่วนเกี่ยวข้องในชีวิตประจำวันของครัวเรือนนับพัน และถูกนำไปใช้มากขึ้นในทุกสาขาอาชีพและกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมต่างๆ

ฤทธิ์ต้านไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิว

เส้นใย พลาสติก และผลิตภัณฑ์อื่นๆ มักเกิดไฟฟ้าสถิตเนื่องจากแรงเสียดทาน ซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ผ้าใยสังเคราะห์ที่มีประจุไฟฟ้าสถิตมักประสบปัญหาต่างๆ เช่น ติดร่างกาย เกาะติด และมีแนวโน้มที่จะดูดซับฝุ่นและสกปรกได้ง่าย ผลกระทบของไฟฟ้าสถิตต่อผลิตภัณฑ์พลาสติกนั้นรุนแรงยิ่งกว่า ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีประจุไฟฟ้าสถิตไม่เพียงแต่ดูดซับฝุ่นได้ง่าย ซึ่งทำให้ความโปร่งใส ความสะอาดของพื้นผิว และรูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์เสียหาย แต่ยังลดประสิทธิภาพการใช้งานและมูลค่าของผลิตภัณฑ์อีกด้วย

เพื่อขจัดปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตดังกล่าว ปัจจุบันจึงมีการนำวิธีการใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิตมาใช้กันอย่างแพร่หลาย สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่า สารป้องกันไฟฟ้าสถิต

ส่วนที่ 1 ปรากฏการณ์สถิตและสาเหตุของปรากฏการณ์เหล่านั้น

แม้ว่าจะมีข้อแตกต่างบ้างในผลลัพธ์ของลำดับการเกิดประจุไฟฟ้าของเส้นใยที่ได้จากเครื่องทดสอบต่างๆ แต่เส้นใยที่มีพันธะอะไมด์ เช่น ขนสัตว์ ไนลอน และขนสัตว์เทียม มักจะมีประจุบวก สถานะการเกิดประจุไฟฟ้าของพลาสติกทั่วไปแสดงอยู่ในตารางที่ 10-2. ลำดับการเกิดประจุไฟฟ้าของสารทั่วไปจากบวกไปลบแสดงไว้ด้านล่างนี้:

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

กลไกที่แท้จริงของการเกิดไฟฟ้าสถิตยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่โดยทั่วไปแล้วมีความเห็นพ้องกันว่า ไฟฟ้าสถิตเกิดจากประจุเคลื่อนที่ที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุต่างชนิดกัน เมื่อวัตถุต่างชนิดกันเสียดสีกัน ชนิดของประจุที่วัตถุมีนั้นถูกกำหนดโดยการได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน วัตถุจะมีประจุบวกเมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน และมีประจุลบเมื่อได้รับอิเล็กตรอน

ส่วนที่ 2 สารป้องกันไฟฟ้าสถิต

มีสองวิธีหลักในการกำจัดไฟฟ้าสถิต:

(1) วิธีทางกายภาพ เนื่องจากขนาดของไฟฟ้าสถิตได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและความชื้น จึงสามารถใช้วิธีการทางกายภาพ เช่น การปรับอุณหภูมิและความชื้น และการปล่อยประจุโคโรนา เพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของสิ่งของได้

(2) วิธีการทางเคมีพื้นผิว ได้แก่ การใช้สารลดแรงตึงผิว (เรียกอีกอย่างว่าสารป้องกันไฟฟ้าสถิต) เพื่อทำการบำบัดพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เส้นใยและพลาสติก หรือผสมลงในพลาสติกเพื่อให้ได้วัตถุประสงค์ในการกำจัดไฟฟ้าสถิต

1. สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับเส้นใย

คุณสมบัติที่จำเป็นของสารป้องกันไฟฟ้าสถิต:

(1) ไม่ทำให้สัมผัสของเส้นใยเปลี่ยนไป (2) มีประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ดีด้วยปริมาณการใช้ที่ต่ำและมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ (3) เข้ากันได้ดีกับเส้นใยเรซิน (4) เข้ากันได้ดีเยี่ยมกับสารช่วยอื่นๆ (5) ไม่เกิดฟองและไม่เกิดคราบน้ำ (6) ปลอดสารพิษและไม่ระคายเคืองต่อผิวหนัง (7) รักษาเสถียรภาพได้ดี

ประเภทของสารป้องกันไฟฟ้าสถิต

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตหลักที่ใช้กับเส้นใย ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวชนิดประจุบวกและชนิดแอมโฟเทอริก

กลไกการออกฤทธิ์ของสารป้องกันไฟฟ้าสถิต

กลไกการป้องกันไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิวที่ใช้ในการป้องกันไฟฟ้าสถิตของเส้นใยนั้น ส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในสองด้านหลักๆ คือ การป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตเมื่อเส้นใยผ้าถูกเสียดสี และการช่วยลดการแตกตัวของประจุบนพื้นผิว การป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตจากการเสียดสีนั้นเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว ในขณะที่การลดการแตกตัวของประจุบนพื้นผิวนั้นเกี่ยวข้องกับความสามารถในการดูดซับและคุณสมบัติการดูดความชื้นของสารลดแรงตึงผิวบนเส้นใยผ้า

สารลดแรงตึงผิวประจุบวกสามารถดูดซับเข้ากับพื้นผิวเส้นใยที่มีประจุลบได้ง่ายโดยอาศัยประจุบวกของตัวมันเอง

①พวกมันสามารถทำให้ประจุบนพื้นผิวของเส้นใยเป็นกลางได้

②สารลดแรงตึงผิวประจุบวกจะดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยในทิศทางที่ไอออนควอเทอร์นารีแอมโมเนียมที่มีประจุบวกยึดติดกับพื้นผิวเส้นใย และโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำจะชี้ออกไปด้านนอก ทำให้เกิดฟิล์มการดูดซับที่มีทิศทางซึ่งประกอบด้วยโซ่ไฮโดรคาร์บอนบนพื้นผิวเส้นใย ฟิล์มการดูดซับนี้สามารถลดแรงเสียดทานบนพื้นผิวเส้นใยได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการเสียดสี และลดการเกิดประจุไฟฟ้าจากการเสียดสี

สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ที่มีขั้วต่ำและมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำสูง สารลดแรงตึงผิวประจุบวกจะดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์โดยโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ ในขณะที่กลุ่มควอเทอร์นารีแอมโมเนียมที่มีขั้วจะหันออกด้านนอก ดังนั้นพื้นผิวเส้นใยจึงถูกปกคลุมด้วยกลุ่มที่มีขั้วและชอบน้ำ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของพื้นผิวเส้นใยเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความชื้นบนพื้นผิว ทำให้การกระจายไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากแรงเสียดทานเป็นไปได้ง่ายขึ้น และให้ผลในการป้องกันไฟฟ้าสถิต

ความสามารถในการดูดซับของไดออกตาเดซิลแอมโมเนียมคลอไรด์บนพื้นผิวเส้นใยธรรมชาติสูงกว่าบนเส้นใยสังเคราะห์อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ดีกว่าบนเส้นใยธรรมชาติ

เช่นเดียวกับสารลดแรงตึงผิวประจุบวก สารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริกมีประจุบวกและสามารถดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยที่มีประจุลบเพื่อลดประจุไฟฟ้าสถิต นอกจากนี้ หมู่ไฮโดรโฟบิกยังช่วยลดแรงเสียดทาน เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวประจุบวก สารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริกมีหมู่แอนไอออนิกเพิ่มเติมในโครงสร้างโมเลกุล ซึ่งช่วยให้กักเก็บความชื้นและกระจายประจุได้ดีขึ้น ดังนั้น สารลดแรงตึงผิวแอมโฟเทอริกจึงเป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตที่มีประสิทธิภาพสูง แม้ว่าจะมีราคาค่อนข้างสูงก็ตาม

สารลดแรงตึงผิวประจุลบและประจุลบแสดงประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิตต่ำ เนื่องจากความสามารถในการดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยต่ำ ปริมาณการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวประจุลบไม่ได้รับผลกระทบจากประจุบนพื้นผิวของเส้นใยและมีปริมาณสูงกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุลบ แต่กลับมีผลต่อการลดไฟฟ้าสถิตน้อย ดังนั้นความสามารถในการป้องกันไฟฟ้าสถิตจึงด้อยกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุบวกและสารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกอย่างมาก

2. สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับพลาสติก

กลไกการป้องกันไฟฟ้าสถิตของสารลดแรงตึงผิวที่ใช้เป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตในพลาสติกมีดังนี้: สารลดแรงตึงผิวจะดูดซับบนพื้นผิวพลาสติกโดยใช้โซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำผ่านแรงแวนเดอร์วาลส์ โดยกลุ่มขั้วจะยื่นออกไปด้านนอก ฟิล์มการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวที่มีทิศทางจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวพลาสติกเพื่อให้เกิดการนำไฟฟ้า ช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตกระจายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ฟิล์มการดูดซับยังสามารถลดแรงเสียดทานบนพื้นผิวพลาสติกได้อีกด้วย

การจำแนกประเภทสารป้องกันไฟฟ้าสถิตในพลาสติกตามชนิดของสารลดแรงตึงผิว:

(1)ชนิดแอนไอออนิก;

(2) ประเภทประจุบวก

(3) ประเภทแอมโฟเทอริก

(4) ประเภทไม่มีไอออน

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทตามวิธีการใช้งาน:

(1) สารป้องกันไฟฟ้าสถิตเคลือบผิว

(2) การผสมสารป้องกันไฟฟ้าสถิต