Антиелектростатична композиція

Антиелектростатична композиція, що включає гліцерин і воду, яка відрізняється тим, що додатково містить гідроксихлорид алюмінію за такого співвідношення компонентів, мас. %: гліцерин 5-10 гідроксихлорид алюмінію 3-15 вода решта. (19) (21) a200512394 (22) 22.12.2005 (24) 25.05.2009 (46) 25.05.2009, Бюл.№ 10, 2009 р. (72) СОЛОГУБ ВОЛОДИМИР АНТОНОВИЧ, UA, ПАСТУШОК ЛЮДМИЛА МИХАЙЛІВНА, UA (73) ЗАКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "ІНСТИТУТ ПАПЕРУ", UA (56) SU 661901, 23.04.1982, A1 RU 2003125677, 10.02.2005, A RU 2190712, 10.10.2002, C1 SU 993336, 30.01.1983, A1 3 тання його для зниження електризації матеріалів, що знаходяться поза межами підприємства, неможливе. Всі згадані вище методи є пасивними, тобто спрямовані на видалення вже виниклих зарядів. Однак найбільш доцільними є активні методи, що запобігають появі електростатичних зарядів. Підвищення електропровідності матеріалу можна досягти застосуванням гігроскопічних речовин. Гігроскопічні речовини, завдяки інтенсивному поглинанню вологи з навколишнього середовища, утворюють на поверхні матеріалу водну плівку, яка через наявність на останній слідів сторонніх електролітів підвищує електропровідність матеріалу. Один з активних методів - введення в матеріал або нанесення на його поверхню препаратів, що містять функціональні групи із сильно вираженими електродонорними властивостями - так званих антиелектростатичних препаратів, антиелектростатиків. При введенні в матеріал антиелектростатичних речовин підвищується його електропровідність не тільки в поверхневому шарі, а й в масі матеріалу. Тому антиелектростатичні добавки повинні бути достатньо ефективними в малих концентраціях і при цьому не справляти негативного впливу на фізико-механічні і хімічні властивості матеріалу. Крім того, вони повинні мати високу тепло- та світлостійкість, щоб не піддаватися деструкції в процесі виготовлення та застосування матеріалу. Важливою характеристикою антиелектростатичних добавок є їх спроможність утримуватися в масі матеріалу в процесі його виготовлення, оскільки винос антиелектростатичних добавок разом з відходами і стічними водами призводить до забруднення довкілля. Відоме застосування як антиелектростатиків катіонних препаратів - катаміна, поліетиленіміна, що зменшують поверхневу щільність зарядів практично до нуля (Фролов М.В., Чернышев В.Н. О механизме электризации в производстве бумаги. Бумажная промышленность, 1983, №2, С.9-10). Підвищенню електропровідності матеріалів сприяє і введення так званих антиелектростатичних препаратів в композицію матеріалу або ж нанесення цих препаратів на його поверхню. В композицію антиелектростатичних препаратів вводять, як правило, гігроскопічні і поверхневоактивні речовини. Складовою антиелектростатичних препаратів можуть бути багатоатомні спирти - гліколі та гліцерин, а також низькомолекулярні ефіри. Оскільки впливу гліколів як антиелектростатичних препаратів недостатньо, в композицію вводять неорганічні солі. Застосування гліцерину як антиелектростатичного засобу відоме (заявка РФ №2003125677, МПК В29С 33/60, опубл. 10.02.2005). Композиція для антиелектростатичної обробки згідно з цією заявкою включає власне гліцерин і розчинник, який змішується з гліцерином, зокрема, воду або етиловий спирт. Гліцерин, розведений водою, має недостатній антиелектростатичний ефект. Гліцерин, розведений етиловим спиртом, являє собою 86769 4 вогненебезпечну суміш, застосування якої вимагає особливої обережності. Для надання паперу антиелектростатичних властивостей до його складу вводять хлорид або бромид лужного або лужноземельного металу або їх суміш (патент РФ №2027817, МПК G01R27/20, G01R27/18, опубл. 27.04.2004). Цей склад антиелектростатика також сприяє збільшенню корозії обладнання. Відомий аерозольний засіб для антиелектростатичної обробки синтетичних матеріалів (заявка РФ №2002120881, МПК D06M13/46, D06M13/292, опубл. 20.02.2004), що складається з антиелектростатика, розчинника та евакуюючого газу, де як антиелектростатик використовують калійну сіль диалкілполіетиленгліколевого ефіру фосфорної кислоти і алкілбензилдиметиламонійхлорид. Як розчинник використовують речовини з ряду: етиловий спирт, суміш етилового спирту і хлористого метилену, суміш етилового спирту і метиленхлориду. Відомий засіб містить складні органічні та легкозаймисті речовини, відтак він є вогненебезпечним і не може використовуватись як антиелектростатик у виробництві або переробці матеріалів з діелектричними властивостями. Відомий антиелектростатичний агент (заявка Японії №2003041241, МПК С09К3/16, опубл. 13.02.2003), до його складу входить моногліцерид аліфатичної кислоти з вмістом моноефіру не менше 70 мас.%, отриманого шляхом деацетилювання із продукту реакції ацетильованого гліцерину з жиром, аліфатичної кислоти, яка має 6-24 атоми вуглецю, або її ефіру. В композицію антиелектростатичних агентів входить моногліцерид аліфатичної кислоти, N,N-дигідроетил алкиламіну з 12-22 атомами вуглецю, який має ступінь конденсації 24. Згадана композиція має достатні антиелектростатичні властивості, що не понижуються з часом, проте є досить складною для застосування. Відомий спосіб виготовлення паперу-основи для фотопаперу, покритого поліетиленом (А.с. СССР №1674642, G03C1/775, опубл. 20.09.2000), згідно з яким для покращення антиелектростатичних властивостей в композицію матуючого шару вводять дигліцериновий ефір борної кислоти або суміш дигліцеринового ефіру борної кислоти і гліцерину або суміш дигліцеринового ефіру борної кислоти і ацетату калію або натрію або поліелектроліт - полідиметил-диаліламонійхлорид або полівінілбензилтриметиламоній-хлорид, або полідиметил-ди-(2,3-епоксипропіл)амонійхлорид при певній масовій частці антиелектростатичної добавки в композиції паперу. Згаданий склад антиелектростатичної добавки містить або сполуки на основі гліцерину або поліелектроліт або суміш сполук на основі гліцерину і сіль карбонової кислоти. Такі склади дають незначний антиелектростатичний ефект. Відома композиція для приготування складу для авіважної обробки вовняних, поліефірних волокон та їх суміші (патент РФ №2178031, МПК D06M 15/19, опубл. 10.01.2002). Ця композиція включає: 70-85 мас.% моноолеата гліцерину, 1020 мас.% алкамона ОС-3, що являє собою (алкілтриоксиетилен)метилметилдиетиламоній бензо 5 лсульфонат загальної формули [R-(OC2H4)3-ОCH2-N+(CH3)(C2H5)2] [C6H5SO3], де R - алкил CnH2n+1, n = 12-14), 5-10 мас.% неонола - технічної суміші моноалкилових ефірів поліетиленгліколя на основі первинних жирних спиртів загальної формули CnH2n+1O(C2H4O)m H, где n = 10-14, m = 3. Технічний результат застосування цього винаходу полягає в підвищенні антиелектростатичних, міцнісних і фрикційних властивостей. Відомий засіб для антиелектростатичної обробки текстильних виробів (патент РФ №2190712, МПК D06H13/463, опубл. 10.10.2002), який містить активно діючу речовину, віддушку, гліцерин, дезодоруючий концентрат на основі 1-(3-хлороаліл)3,5,7-триаза-1-азоніаадамантан хлориду, розчинник, що вміщує спирт, та вуглеводневий пропелент. Винахід сприяє посиленню антиелектростатичних властивостей. Застосування цього засобу дає змогу знизити електричний опір з 1013-1015Ом до 109-1010Ом, що є недостатнім. До того ж, застосування розчинника, що містить спирт, підсилює його вогненебезпечність. Під час виготовлення та застосування виробів із синтетичних матеріалів існує ризик накопичення такої кількості статичної електрики, що, за певних умов, може викликати вибух і пожежу. Тому останнім часом існує тенденція розробки антиелектростатичних композицій, які надають матеріалам, на які вони наносяться, антипіренних властивостей. Відомий спосіб виготовлення вогнестійкого двостороннього антиелектростатичного матеріалу (патент РФ №2188760, МПК B29D 9/00, С09К 3/16, опубл. 10.09.2002). Цей матеріал виготовляють шляхом змішування полівінілхлоридної смоли ПВХ С-7058, диоктилфталата, триоксида сурми, стеаринової кислоти, стеарату кальцію, Епоксару-2, технічного вуглецю, оксифосу, бутадієннітрильного каучуку, графіту, аніліду саліцилової кислоти. Згаданий матеріал має антиелектростатичні властивості з обох сторін. Антиелектростатичні властивості проявляються в матеріалі завдяки всьому комплексу його інгредієнтів, і зміна складу матеріалу може призвести до зміни його антиелектростатичних властивостей. З цієї точки зору синтетичні матеріали більш доцільно виготовляти з традиційних для цих матеріалів композицій, а антиелектростатичні агенти наносити на поверхню матеріалу. Таке застосування антиелектростатичних агентів дає можливість наносити їх неодноразово, не послаблюючи тим самим антиелектростатичних властивостей матеріалу з плином часу. Відома композиція для вогнезахисту різноманітних матеріалів, переважно, для захисту деревини, тканин, килимових покриттів для підлоги, а також паперу (патент РФ №2140402, МПК С04В28/34, С04В111:28, С09К21/04, D06M11/72, опубл. 27.10.1999). Відома композиція включає, мас.%: диамонійфосфат 12-18, борну кислоту 4-8, органічний матеріал, що вміщує бром, 2-4, вода решта. Ця композиція надає матеріалу підвищеної вогнестійкості, подовжує довговічність матеріалу без зміни його кольору і фактури та надає йому антиелектростатичних властивостей, зменшує токсичність продуктів горіння. Однак, антиелектростати 86769 6 чних властивостей цієї композиції недостатньо для запобігання можливих небезпечних розрядів. Відомий склад для вогне- та біозахисту деревних матеріалів (заявка РФ №98108968, МПК В27К9/00, опубл. 20.02.2000), який містить, мас.част: диметилфосфіт C2H7PO3 30-40, гліцерин C2H8O3 20-30, аміак NH4OH, розчинний в хімічно активній кислій воді, 20-30. рН відомого складу 5,86,4. Кисле середовище складу під час нанесення його на такі матеріали, як тканина, папір призводить до їх руйнування, зміни кольору тощо. Матеріал має тільки антипиренні властивості, не маючи при цьому антиелектростатичних. До того ж аміак має сильний запах і його застосування погіршує умови праці. Відома антиелектростатична композиція (А.с. СССР №661901, опубл. 23.04.82), яка містить, мас.%: насичений розчин солей лужних металів 32-54, етиловий спирт 1,0-6,0, гліцерин решта. Насичений розчин солей лужних металів являє собою розчин, що знаходиться за певних умов (температура, тиск) в стійкій рівновазі з розчиненою речовиною. Насичений розчин солі лужного металу - це розчин цієї солі в воді, в якому присутні кристали тієї ж солі. Оскільки, розчинником для солі лужного металу є вода, це означає, що згадана антиелектростатична композиція містить воду. Відому антиелектростатичну композицію обрано нами за найближчий аналог як найближчу за призначенням та технічною сутністю. Згадану композицію застосовують для усунення електростатичних зарядів в меблевій, деревота металообробній галузях промисловості під час шліфування. Застосування відомої композиції забезпечує підвищення антиелектростатичної стійкості оброблюваної поверхні, при цьому питомий електричний опір обробленого матеріалу досягає 8,55×102Ом×м, а струм витоку 3,25×10-5A. Вказана композиція не впливає на якість оброблюваної поверхні і є нетоксичною для обслуговуючого персоналу в разі її застосування. Проте вказана композиція містить значну кількість гліцерину, що не дозволяє її застосовувати для оброблення цілого ряду матеріалів, таких, як, наприклад, папір, через зниження фізико-механічних властивостей. Вказана композиція не надає оброблюваному матеріалу і антипіренних властивостей. В основу винаходу поставлене завдання збереження антиелектростатичних властивостей оброблюваної поверхні матеріалу при підвищенні антипіренної стійкості матеріалу, збереження його фізико-механічних властивостей та розширення асортименту оброблюваних матеріалів. Поставлене завдання вирішується тим, що антиелектростатична композиція, що включає гліцерин і воду, відповідно до винаходу додатково містить гідроксихлорид алюмінію за такого співвідношення компонентів, мас.%: гідроксихлорид алюмінію 3-15 гліцерин 5-10 вода решта. Ймовірно, одним з механізмів дії зазначеної композиції є утворення на поверхні матеріалу мікромозаїчної структури надлишкових позитивних і 7 86769 негативних зарядів і їхньої повної нейтралізації в ізоелектричній точці. Внаслідок поверхневої провідності матеріалу відбувається рекомбінація зарядів у мікромозаїчній структурі. Крім того, негативно заряджені іони навколишнього середовища адсорбуються позитивно зарядженими ділянками мікромозаїчної структури матеріалу, а позитивно заряджені іони - негативно зарядженими ділянками. Через статично неоднорідну мікроструктуру на поверхні паперу перебуватимуть ділянки з негативними й позитивними зарядами. Взаємна компенсація електричних полів мікромозаїчної структури призводить до того, що на деякому віддаленні від поверхні загальний заряд буде визначатися різницею сумарного заряду мікромозаїки позитивного знака й сумарного заряду мікромозаїки негативного знака. В ізоелектричній точці загальний заряд дорівнюватиме нулю. Винахід ілюструється такими прикладами. В лабораторних умовах проводять випробування зразків матеріалу з нанесеною композицією згідно з технічним рішенням, що пропонується, та згідно з найближчим аналогом. На матеріал наносять антиелектростатичну композицію. Проводять витримку зразків у повітрі з нормальними кліматичними умовами протягом 24 год із метою одержання порівняльних результатів вимірів. Після витримування зразків вимірюють питомий поверхневий електричний опір матеріалу згідно з ГОСТ 6433.2, при цьому як засіб вимірювальної техніки використовують тераомметр Е613А. Визначають фізико-механічні властивості матеріалу. Визначення параметрів горючості зраз 8 ків матеріалу здійснюють згідно з ГОСТ 12.1.044. Результати вимірювань зводять в таблицю. Приклад 1. Як оброблюваний матеріал використовують картон хром-ерзац за ТУ У 05500659.008-2000. Наносять на поверхню картону антиелектростатичну композицію такого складу, мас. %: гідроксихлорид алюмінію 6 гліцерин 6 вода 88. Приклад 2 (найближчий аналог). Як оброблюваний матеріал використовують картон хромерзац за ТУ У 05500659.008-2000. Наносять на поверхню картону антиелектростатичну композицію такого складу, мас. %: 40 насичений розчин солей лужних металів етиловий спирт 6 гліцерин 54. Приклад 3. Як оброблюваний матеріал використовують картон гофрований за ГОСТ 7376. Наносять на поверхню картону антиелектростатичну композицію такого складу, мас. %: гідроксихлорид алюмінію 6 гліцерин 6 вода 88. Приклад 4 (найближчий аналог). Як оброблюваний матеріал використовують картон гофрований за ГОСТ 7376. Наносять на поверхню картону антиелектростатичну композицію такого складу, мас. %: 40 насичений розчин солей лужних металів етиловий спирт 6 гліцерин 54. Таблиця Найменування показника Питомий поверхневий електричний опір, Ом Температура реакційної камери до введення зразка, °C Максимальна температура газоподібних продуктів горіння, °C Час досягнення максимальної температури, с Втрата маси, % Опір розриву, кН/м Опір продавлюванню, кПа Введення гліцерину в композицію в кількості менше 5 мас.% не дозволяє достатньо зменшити антиелектростатичну стійкість матеріалу, введення ж гліцерину в кількості більше 10 мас.% недоцільно, тому що антиелектростатична стійкість зменшується незначно, а матеріальні витрати зростають. Введення гідроксихлориду алюмінію оптимальне в кількості 3-15 мас.%. Менша за 3% масова доля гідроксихлориду алюмінію не впливає Комп’ютерна верстка А. Крулевський Значення показника Приклади 1 2 3 4 6,7×107 4,2×108 6,8×107 4,8×108 200 201 201 200 748 748 727 750 29 22 35 25 80,3 87,0 72,9 94,1 4,5 3,7 10,0 9,1 507 427 841 696 на антипіренні властивості матеріалу, більша за 15% зменшує антиелектростатичну стійкість матеріалу. Антиелектростатична композиція за технічним рішенням, що заявляється, надає матеріалу значної електростатичної стійкості, підвищує його антипіренні властивості і не знижує фізикомеханічних показників. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601