مواد آنتی استاتیک و کاربرد آن‌ها در صنعت نساجی

نگارش : فاطمه معتمدی سده – تحریریه مجله نساجی کهن

مقدمه:

تکمیل آنتی استاتیک برای از بین بردن اثرات ناخواسته بار الکتریکی در تولید و استفاده از پارچه‌های تهیه شده از الیاف مصنوعی استفاده می‌شود. بار الکترواستاتیک باعث ایجاد قدرت چسبندگی نامطلوب منسوجات می‌شود. برای از بین بردن این بار الکتریکی از یک تکمیل شیمیایی بوسیله‌ی مواد آنتی استاتیک استفاده می‌شود، که اثرات آن ممکن است موقت و یا دائمی باشد. در ادامه با ما همراه باشید تا ضمن معرفی انواع مختلف تکمیل‌های آنتی استاتیک، مکانیزم کلی عملکرد آن‌ها را نیز بررسی کنیم.

چرا تکمیل آنتی استاتیک ضروری است؟

لباس‌هایی که به صورت صد درصد از الیاف آبگریز مانند پلی استر ساخته شده‌اند، تمایل به ایجاد بار ایستا دارند، در نتیجه این لباس‌ها به بدن شخص می‌چسبند و یا در هنگام پوشیدن و یا درآوردن لباس صداهای مزاحم ایجاد می‌شود. الکتریسته‌ی ساکن می‌تواند مشکلات زیادی را در حین عملیات برای مواد نساجی به ویژه مواد ساخته شده از الیاف مصنوعی آبگریز ایجاد کند. تکمیل آنتی استاتیک به عنوان یک عامل موثر بر روی سطح الیاف و سطحی که در آن تماس اصطکاکی باعث تجمع احتمالی بار می‌شود، اعمال می‌شود.

می‌توان با افزایش رسانایی پارچه و یا کاهش نیروی اصطکاک با استفاده از روان ‌کننده‌های مناسب، گرایش به تجمع بار الکتریکی را کاهش داد. برای افزایش رسانایی پارچه می‌توان از روکش‌های رطوبتی استفاده کرد. برخی از نمونه‌های تکمیل آنتی استاتیک پایدار شامل پلی اتیلن گلایکول و ترکیبات پلی اتیلن اکسید هستند.

برخی از پلی آمین‌ها ممکن است با پلی گلایکول ها برای تکمیل آبدوست پایدار منسوجات واکنش دهند. رسوب دادن روکش‌های کربنی یا فلزی (به عنوان مثال نانو نقره) ممکن است منجر به افزایش رسانایی پارچه و کاهش تجمع بار استاتیک شود.

الکتریسیته ساکن در بسیاری از مراحل تولید پارچه و هنگام پوشش، یعنی استفاده از محصولات نساجی ظاهر می‌شود. مشکل الکتریسیته ساکن در الیافی که دارای رطوبت بسیار کمی هستند مشاهده می‌شود. بنابراین، اغلب در الیاف مصنوعی آبگریز، به عنوان مثال، الیاف پلی استر، پلی آمید و پلی اکریلیک مشاهده می‌شود. الیاف طبیعی می‌توانند در حالت خشک شدن، به عنوان مثال، در خروجی دستگاه تنتر ، و در محیطی با رطوبت کم، بار ایستا ایجاد کنند.

همچنین در طول تولید نخ ، الکتریسیته ساکن روی نخ‌های فیلامنت منجر به دافعه‌ی فیلامنت‌ها و ایجاد بالن در نخ می‌شود. بنابراین، مراحل آماده سازی مناسب در طول تولید الیاف برای کاهش الکتریسیته ساکن اضافه می‌شود.

بار استاتیک به افزایش جذب گرد و غبار و خاک از هوا کمک می‌کند. همچنین روی پارچه‌ها می‌تواند منجر به چسبیدن لباس به بدن شود، که منجر به کاهش راحتی پوشش و زیبایی ظاهری می‌شود.

حتی شوک‌های الکتریکی کوچک نیز می‌توانند نتیجه‌ی  ایجاد بار استاتیک باشند. در انتهای ماشین‌های خشک کن پیوسته در نساجی که پارچه در مسافت بیشتری بدون تماس مستقیم با قطعات فلزی حمل می‌شود. مانند خشک کن تنتر ، مواد خشک شده دارای بار استاتیک بالا در خروجی هستند.

انواع تکمیل‌های آنتی استاتیک

دونوع تکمیل آنتی استاتیک داریم که در ادامه اثرات این دو نوع تکمیل تفسیر خواهد شد.

۱. تکمیل‌های ناپایدار

۲. تکمیل‌های پایدار

تکمیل‌های ناپایدار

مواد آنتی استاتیک ناپایدار در استفاده برای الیاف و نخ ترجیح داده می‌شوند ، زیرا در این موارد سهولت در حذف مواد انتی استاتیک یک نکته‌ی مهم است. سایر الزامات مهم اسپین فینیش و روان کاری الیاف، مقاومت حرارتی و حلالیت روغن است. این گروه از مواد عمدتاً وابسته به رطوبت شامل سورفاکتانت‌ها ، نمک‌های آلی ، گلایکول‌ها ، پلی اتیلن گلایکول‌ها ، پلی الکترولیت‌ها ، نمک‌های آمونیوم چهارم با زنجیره‌های آلکیل چرب ، ترکیبات پلی اتیلن اکسید و استرهای نمک های آلکیل فسفونیم اسیدها می باشد.

الزامات کلی برای آنتی استاتیک‌های ناپایدار به شرح زیر است:

• نوسان کم

• اشتعال پذیری کم

• پایدار در برابر حرارت

• غیر خورنده بودن

• تولید کف کم

الف) استرهای اسید فسفریک بزرگترین گروه آنتی استاتیک‌های ناپایدار را تشکیل می‌دهند.

گروه‌های آلکیل معمولاً از اسیدهای چرب مشتق می‌شوند. از الکل‌های چرب اتوکسیله نیز برای تشکیل استرها استفاده می‌شود. پایداری این استرهای اسید فسفریک با اندازه مولکولی افزایش پیدار می‌کند.

ب) ترکیبات چهارتایی آمونیوم بزرگترین گروه آنتی استاتیک‌های ناپایدار بعدی هستند.

ج) آخرین گروه آنتی استاتیک‌های ناپایدار از ترکیبات غیر یونی مانند استرهای چرب اتوکسیله ، الکل و آلکیل آمین‌ها تشکیل شده است. مخلوط سورفکتانت‌های کاتیونی و غیر یونی خواص آنتی استاتیک هم افزایی را نشان می‌دهد. مواد غیر یونی جذب رطوبت را افزایش می‌دهند و محصولات کاتیونی تحرکت یون‌ها را فراهم می‌کنند.

تکمیل‌های پایدار

دستیابی به خواص آنتی استاتیک مقاوم در برابر شستشوی مکرر بوسیله‌ی یک عملیات تکمیلی کاری دشوار است.

• اصل اساسی این است که یک شبکه پلیمری کراس لینک شده شامل گروه‌های آبدوست باشد. به طور معمول، پلی آمین‌ها با پلی گلایکول‌ها واکنش می‌دهند و چنین ساختارهایی را ایجاد می‌کنند. این پلیمرها می‌توانند قبل از استفاده روی پارچه‌ها و یا پس از استفاده از پد در سطح الیاف تشکیل شوند.

• انواع روش‌های ایجاد پیوندهای عرضی (کراس لینک کردن) متقابل می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. یکی از این روش‌ها بر اساس پلی اپوکسیدها در زیر نشان داده شده است.

• میزان ویژگی آبدوستی در پلیمر نهایی می‌تواند متناسب با نیازهای فردی متفاوت باشد. هرچه قسمت‌های آبدوست بیشتر باشد ، رطوبت بیشتری جذب می‌شود و اثرات آنتی استاتیک بیشتر به دست می آید.

• با این حال ، در سطوح بالای رطوبت جذب شده ، لایه سطح پلیمری نرم می‌شود و به راحتی با سایش در هنگام شستشو پاک می‌شود. درجات بالاتر اتصال عرضی جذب رطوبت و تورم بعدی را کاهش می‌دهد ، اما اثر آنتی استاتیک کاهش می‌یابد.

• مشکلات اضافی با پلیمرهای آبدوست متقاطع شامل تداخل در آزادسازی چرک و کثیفی و خواص تغییر مکان چرک است.

• با توجه به مشکلات در دستیابی به تعادل کامل خواص مورد نظر ، استفاده از تکمیل‌های آنتی استاتیک پایدار محدود است.

• سایر عوامل آنتی استاتیک مقاوم به شستشو در منابع شرح داده شده است، از جمله پلی هیدروکسی پلی آمین (PHPA) یا کوپلیمرهای پلی آلکیلن و پلی اکریلیک.

مکانیسم تکمیل‌های آنتی استاتیک روی پارچه

در پوشاک ، خواص آنتی استاتیک اغلب با استفاده از تکنیک‌های تکمیل مناسب توسعه می‌یابد. با افزودن مواد شیمیایی ، لایه ای از مواد بر روی الیاف عایق الکتریکی رسوب می‌کند ، که پس از آن رسانایی الکتریکی قابل توجهی را نشان می‌دهد تا اجازه خنثی سازی سریع الکتریسیته ساکن را بدهد.

اصل اساسی بر روی رسوب مواد وابستگی به رطوبت است، که مقدار کافی آب را جذب کرده و یک لایه رسانا تشکیل می‌دهد. در نتیجه این نوع تکمیل‌های آنتی استاتیک به جذب آب و بنابراین شرایط آب و هوایی اطراف نمونه بستگی دارد.

مکانیسم‌های اصلی تکمیل آنتی استاتیک افزایش رسانایی سطح الیاف (معادل کاهش مقاومت سطحی) و کاهش نیروهای اصطکاکی از طریق روانکاری است. مقاومت سطحی به عنوان ویژگی فیزیکی ماده‌ای تعریف می‌شود که مقدار عددی آن برابر با نسبت گرادیان ولتاژ به چگالی جریان است. مقاومت در واقع مقاومت لیف در برابر جریان الکتریکی است. افزایش رسانایی باعث تجمع بار کمتر و اتلاف سریعتر می‌شود در حالی که افزایش روانکاری تجمع بار اولیه را کاهش می‌دهد.

عوامل آنتی استاتیک که رسانایی سطح لیف را افزایش می‌دهند ، یک لایه میانی روی سطح تشکیل می‌دهند. این لایه معمولاً وابسته به رطوبت است. افزایش رطوبت منجر به رسانایی بیشتر می‌شود. وجود یون‌های متحرک در سطح برای افزایش رسانایی بسیار مهم است. اثربخشی سطوح آنتی استاتیک رطوبت گیر بستگی زیادی به رطوبت هوای اطراف در هنگام استفاده واقعی دارد. رطوبت کمتر منجر به هدایت کمتر (مقاومت بیشتر) و مشکلات بیشتر با الکتریسیته ساکن می‌شود.

اکثر تکمیل کننده‌های آنتی استاتیک غیر پلیمری نیز سورفکتانت‌هایی هستند که می‌توانند به روش‌های خاصی در سطوح الیاف قرار بگیرند. ساختارهای آبگریز مولکول به عنوان روان کننده برای کاهش تجمع بار عمل می‌کند. این امر به ویژه در مورد سورفکتانت‌های آنتی استاتیک کاتیونی که با گروه آبگریز دور از سطح لیف ، مانند نرم کننده‌های کاتیونی همسو هستند ، صادق است. اثر آنتی استاتیک اصلی سورفکتانت‌های آنیونی و غیر یونی ، افزایش رسانایی از یون‌های متحرک و لایه هیدراتاسیون است که قسمت آبدوست مولکول را احاطه کرده است ، زیرا جهت گیری سطحی این مواد ، لایه هیدراته را در سطح هوا قرار می‌دهد.

منبع یادداشت: https://textilelearner.net/antistatic-finishes-on-fabric/