印染助剂实用技术讲座连载第四讲抗静电与抗静电剂.docx

印染助剂实用技术讲座连载第四讲抗静电与抗静电剂黄茂福(民盟上海市委会上海 200041)点燃可燃性气体及人受到电击 (但不会致命)爆炸物及气体的最低点燃能如表 1 所示 。静电所引起的灾害11表 1爆炸物及气体的最低点燃能当高分子材料自身摩擦或与其他物质摩擦时 ,往往会产生不同电荷或不同电量的 静电 ,这是因为两物体经摩擦 、接触等机械作 用 ,电荷通过接触面移动 , 一个物体带正电 荷 ,另一物体带负电荷 ,当两物体分离后 ,各个物体分别产生静电 。由于静电会引起爆炸 、 火灾 、电击和静电感应生产障碍等 ,例如带静 电的粉末会堵塞筛网而无法进行 ,还会粘附 在管道壁和管子弯道处造成管道输送困难 。 对纤维来说 ,织物带有静电 ,常会导致下列麻烦 :( 1) 烘干后 ,织物吸附在金属体上 ,造成 织物卷缠在滚筒上 ;( 2) 在落布时 , 因 织 物 带 相 同 静 电 而 互 斥 ,造成落布不整齐 ,折叠歪斜 ;( 3) 手与带静电的织物接触 ,产生电击 ;( 4) 织物带静电 ,易吸附尘埃 ,产生沾污 ; ( 5) 衣服带静电容易缠贴身体 ,造成穿着不适 。( 6) 带静电织物常有放电现象 ,在易燃易 爆区内会发生爆炸和火灾 ;( 7) 带静电的织物易使仪表产生偏差 ; ( 8) 带静电的纤维会影响高速纺丝 ;( 9) 静电常使起毛机起电困难 ;( 10) 人在化纤地毯上行走 ,身体就会带 上 3000 5000V 的静电 ,相对湿度低时 , 可 达 500018000V 。在适当场合当人体发生 静电放电时 ,产生的能量 ( 2. 5 32mJ ) 足以点燃能 ( mJ )物体静电 ( k V )物料碳氢化合物 ( 煤油) / 空气混合物氢 / 空气混合物 乙醚 / 空气混合物 叠氮化铅收 酸铅 天然气 / 空气 城市煤气 / 空气0. 251. 580. 020. 200. 0040. 0030. 30. 030. 451. 410. 200. 171. 730. 55静电的产生2静电的产生和泄漏以及它与高分子材料结构的关系是个相当复杂的过程 ,有些问 题至今还没有彻底弄清楚 。现将一些已经了 解的情况归纳以下 :高分子材料是以共价键为主链的有机2. 1化合物 ,不会电离也不会传递电子或离子 ,它们具有很高的面电阻 R S 及体电阻 R V 。面 电阻 R S 及体电阻 RV 的定义是 :R = U电阻 RI U面电阻 RRs=SI s U体电阻 RR v=VI v= R Av = R v A电阻率ddU 为电压 , I 为总电流 , I = I S + I V 。印染助剂2 期33电阻率是反映导电性能的物理量 ,电阻率小导电性能好 。电阻越大 ,静电释放越慢 ,越容易产生静电的斥力或吸力 、电震或电击 。负电荷产生和泄漏速度的不同 。我们把产生电荷的速度用半充电时间来表述 ,即充电一 半所需的时间 ,用e 表示 ,正电荷的半充电时间 ( s) 用e + 表示 ; 负电荷半充电时间为e -2. 2两种物体接触或摩擦时 ,就会在它们,放电 ( 即泄漏) 速度用放电半衰期d 表述 ,正电荷的放电半衰期为d + ,负电荷的半衰期为d - 。下面是羊毛和纤维素在相对湿度 50 %60 %时的数值 。表面上发生电荷转移或离子转移而形成双电层 。电子从电子逸出功小 (或功函数小) 的物 体上转移到电子逸出功大的物体上 , 电子逸 出功小的物体带正电荷 , 电子逸出功大的物 体带负电荷 。影响电子逸出功的因素很多 ,如 摩擦面之间的距离和摩擦的状态 ( 诸如粗糙度 、杂质 、含湿) 、接触物体的物理化学性质 、 摩擦系数 、摩擦速度 、压力和周围环境 ( 例如 温度 、湿度 、空气中的杂质 、外电场等等) 。例 如将粘胶丝织物与不锈钢棒摩擦时 ,压力小 时织物带正电荷 ,压力大时则带负电荷 。由 此可见 ,影响因素颇多 ,因此对物体起电现象的解释仍很不完善 。羊毛4. 83. 61. 50. 9纤维素1. 20. 63. 32. 1从上述数据看出 ,纤维素中正电荷的泄漏速率大于负电荷 ,羊毛则称为“静电负性” 高聚物 ,纤维素则称为“静电正性”高聚物 ,若速率相等的则称为“静电中性”高聚物 。 研究证明 ,高分子物化学结构中 ,有没有极 性 基 对 静 电 性 能 的 影 响 最 为 显 著 , 例 如 P E (聚乙烯) 、P P (聚丙烯) 、P S ( 聚苯乙烯) 等 不具极性基或只具有少量极性基的高聚物要比具有极性基的高聚物 (聚酰胺 、纤维素衍生 物 、酚醛树脂等) 更易起电 。在苯乙烯低聚物 上引入极性基 ,其静电电位值及符号的关系 为下列顺序 :高分子材料接触 、分离及摩擦时 ,电荷2. 3量在不断产生 、不断泄漏 ,其电荷量是这两过程的动态平衡值 。影响产生电荷量的因素颇 多 ,诸如材料对负 (或正) 电荷的亲和力 、材料的电阻率及两物体接触面积的大小 。材料电 阻率与环境有关 ,相对湿度低时 ,电阻率大 , 相对湿度高时 ,电阻率小 。高分子材料对正 、 负电荷的相对亲和力不同 ,表现为它们对正 、N H 2 O H COO H O C H 2 C 6 H 5 O C2 H 5 O CO C H 3 COO C H 3 Cl N O 2上述顺序表明 : 拒电子能力越强的极性基起电时带正电荷的趋势越大 ,吸电子能力越强的极性基带负电荷的趋势越大 。各种基团对抗电静作用的贡献列于表 22 。表 2抗静电性优的基团抗静电性中等的基团抗静电性差的基团CO N (C H3 ) 2CO N (C2 H5 ) 2CO N HC H3COO NaSO3 NaCO N H2COO H SO3 HCl CN O HCOO C H3CO N HC (C H3 ) 3COO C2 H4 N (C H3 ) 2N (C H3 ) 2NNCCO NO_ O C H2 C H2 OCO N OP O N (C H3 ) 2 2 CO N HC H2 N HCO N (C H3 ) 2 34 印染助剂14卷负电荷 ; 又如衣服穿着时 ,皮肤与衣服摩擦 ,羊毛服装带正电荷 ,皮肤带负电荷 ,而锦纶以 外的其他合成纤维带负电荷 ,皮肤带正电荷 。 据说 ,人体带上负电荷对人体生理有利 ,而且 感到舒适 ,带正电荷时感到厌烦 。材料在摩擦起电序列中的位置 ,不仅决定它所带的电荷是正还是负 ,而且在一定程 度上也决定它的带电量大小和接触位置 ,相 隔位置越远的则带电量大 ,接触电位差也大 。摩擦起电序列3两种不同高分子材料相互摩擦 ,哪个带正电荷 ,哪个带负电荷 ,通常有一定规律 。经 科学家长期试验 ,两材料中带正电荷的材料 排在上面 ,带负电荷的排在下面 ( 表 3) 。表 3称为摩擦起电序列 ,也称为静电序列 。表 3不同科学家的静电序列序 Bla ke-列 mo reDi she rMoo reHec shBallo uL e h mic ke4抗静电方法抗 静 电 方 法 是 从 控 制 电 荷 的 产 生 ( 起玻璃人发 锦纶羊毛+聚氨酯锦纶 羊毛玻璃羊毛 锦纶6锦纶66玻璃羊毛羊毛锦纶羊毛锦纶 真丝粘胶皮肤 棉玻璃纤维苎麻 醋纤电) 和电荷的泄漏两方面进行 。控制起电减少接触 、摩擦的机会 ,例如羊毛上4. 14. 1. 1真丝粘胶 皮肤棉真丝真丝粘胶粘胶加和毛油 ,纺丝时加油剂 ,以增加纤维的润滑性 ,或提高加工设备的光滑性 ( 如镀铬) 降低 摩擦系数 ,同时还可降低摩擦压力和摩擦速 度 ,以减少起电 。棉棉木材棉真丝棉纸 苎麻钢 硬橡胶 醋纤皮革醋纤 皮肤 生丝醋纤醋纤PV A涤纶4. 1. 2尽可能使用在摩擦起电序列相接近涤纶的材料 。越接近者 ,产生的电荷量越小 。聚酯纤维 聚丙烯 聚苯乙烯聚丙烯 聚酯纤维 聚乙烯 腈纶PV C合成橡胶4. 1. 3提高环境的相对湿度 ,例如织布间腈纶PV C腈纶聚偏氯腈纶聚偏氯的给湿 ,使起电减少 。乙烯纤维 乙烯纤维4. 1. 4加入能产生相反电荷的材料 ,使产P T F EP T F E醋酸纤维P EP T F E生的电荷相互抵消 。例如涤纶与棉混纺 ,涤纶与钢摩擦带负电荷 ,棉与钢摩擦则带正电荷 ,涤/ 棉混纺时便可让正电荷与负电荷中和 。4. 2静电消除把产生的电荷迅速泄漏掉是抗静电的有 效方法 。消除静电可用消电器 ,也可迅速向 大地泄漏 。其抗静电方法大致有三种 。-从表 3 可以看出 ,不同人发表的序列不完全相同 ,甚至相差很多 ,例如皮肤的位置有 的在醋纤之下 ,有的在醋纤之上 ,相隔几个位置 。造成这种差异的原因有二 : 一是其测试 的条件不相同 ,特别是相对湿度变化 ,起电和放电速度变化很大 ; 二是所测试的材料不尽 相同 ,生产厂的牌号不同 ,表面情况也不一样 ,制造时使用单体的纯度 、催化剂 、配比 、油 剂以及产品的超分子结构 、表面结晶程度和表面状态不同 ,都会导致起电和放电的速度变化和产生电荷量的多少 。利用这序列表 ,可以预测两种材料相互 摩擦时产生电荷的情况 。例如 ,腈纶在纺丝 后加工时 ,腈纶丝与钢铁部件摩擦 ,腈纶必带4. 2. 1接地把带电物体与大地相接 。4. 2. 2提高周围环境湿度高分子材料的面电阻随相对温度的提高而降低 。当相对湿度到达一定数值时 ,下降 便快 ,一般只有在相对湿度 70 %时 ,才会有消除静电的效果 。(下转 31 页)印染助剂2 期31峰旁 ,如附图 。推测 EO 缩合度范围 ,而且可以应用质量推移法确定烷基链的长短 ,具体结果如表 。 除此之外 ,在谱图中还可看到C H2+ Cx H2x + 1 N( 3 )(C H2 C H2O ) n HC H2C H2+ Cx H2x + 1 N+ Cx H2x + 1 N离子中烷基部分失去乙表的 M S 数据 m / e(C H2C H2O ) n H(C H2C H2O ) n H烯 ( C H2C H2 ) 后产生的系列质量数相差 失去 _ C H2C H2O 28 的离子碎片峰 478 , 506 , 534。Xn对照图 4 和表 ,可以看到在十六烷基胺聚 氧 乙 烯 醚 ( EO) 20 工 业 品 中 还 含 有 ( EO) 4的十六烷基胺聚氧乙烯醚 ,另外还混有大量 的 十 八 烷 基 胺 聚 氧 乙 烯 醚 , 它 的 系 列 特 征6810121416182345678910111213202246290334378422466510554598642686230274318362406450494538592636680724258302346390434478522566610654698742286330374418462506550594638682726770314358402446490534578622666710754798342386430474518562606650694738782826370414458502546590634678722766810854离子碎片峰是722 , 766282 , 326 , 370678 ,。由此可见 ,采用 E I/ M S 直接质谱分析 ,可以对烷基胺聚氧乙烯醚产品不径分离直接进样分析 。结论4采用 E I/ M S 分析烷基胺聚氧乙烯醚产品 ,可以不经分离混合物直接进样进行分析 , 并可获得满意质谱图 。通过对其系列特征峰 的质量数及丰度分析 ,可以确定末知结构中 烷基胺聚氧乙烯醚分子中烷 基 链 的 长 短 及 EO 平均数 ,方法简单 、有效 。参考文献 (略)( 收稿日期 1996 - 10 - 18)注 :一般情况下 m + n2n此碎片峰最有分析价值 ,在其结构中既 表征了烷基链的长短同时又能反映出 EO 的 缩合度 。在此离子中由聚氧乙烯链中 C O 键开裂后产生了系列质量数彼此相差 44 的特征峰298 ,342 ,386 ,430 ,474。根据这一系列峰的质量数及丰度强弱不仅可以(上接 34 页)物后加工时加入抗静电剂 ,使材料与抗静电剂成阴阳离子吸附 ,或经热处理进行交联 ,或 用粘合剂固着在纤维上 ,使之具有耐洗的抗 静电性能 。4. 2. 3增加材料的电导率这是抗静电的最基本和最重要的方法 。4. 2. 3. 1内用抗静电剂法 。在高聚物如橡胶 、纸张 、塑料 、纤维中掺入抗静电剂 ,能达到持久的抗静电效果 ,但要求掺入的抗静电剂 能与其相容 ,并具有成型稳定性 、可加工性 , 以及对金属无不良影响 ,更要注意其