Статическое электричество

Под статическим электричеством подразумевают совокупность явлений, связанных с возникновением электрических зарядов на поверхности диэлектриков или изолированных проводящих тел и различным их проявлением.

В основе образования статического электричества лежат очень сложные процессы, зависящие от многих факторов. В настоящее время нет единой теории, объясняющей статическую электризацию, а существует ряд гипотез. Общим для них является положение о том, что при электризации образуется двойной электрический слой, который служит непосредственным источником возникновения статических зарядов (Л. Леб, 1963).

Наибольшее распространение имеет гипотеза контактной электризации вещества. Согласно этой гипотезе электризация происходит при соприкосновении двух различных веществ в силу неуравновешенности атомных и молекулярных сил на поверхности соприкосновения. При этом происходит перераспределение электронов или ионов вещества и образование двойного электрического слоя (по одному на каждой поверхности) с противоположными знаками. Такая электризация наблюдается при контакте металла с полупроводником или диэлектриком, резин и других тел (Й. Староба, Й. Шиморда, 1960). Величина контактной разности потенциалов неодинакова и зависит от диэлектрических свойств соприкасающихся поверхностей, состояния поверхности, давления между ними, а также от влажности и температуры. При разделении поверхностей каждая поверхность сохраняет свой заряд.

По другим гипотезам, статическую электризацию обусловливают явления эффекта удара и отрыва; поверхностная ориентация нейтральных молекул, содержащих электрические диполи; пьезо-электрические явления при трении, образование электролитов на контактирующих поверхностях и другие процессы. Экспериментально установлено, что электрические заряды накапливаются на поверхности соприкасающихся материалов, диэлектрическая проницаемость которых различна.

Положительные заряды накапливаются на поверхности материала, диэлектрическая проницаемость которого больше. Незаряженное, электрически нейтральное, тело означает присутствие в одно и то же время в равных количествах двух противоположных видов зарядов.

Возникновение электрических зарядов на телах сопровождается появлением статического электрического поля (СЭП), в котором они взаимодействуют друг с другом. Отрицательная электризация, т. е. избыток электронов в полимере, не может вызвать подвижности электронов в молекулах и перераспределения их в объеме. За счет избыточных свободных электронов при снижении взаимодействия положительно заряженных частиц могут образовываться дополнительные химические связи, протекать различные химические реакции.

В последние годы получили широкое применение в быту и различных отраслях техники синтетические полимеры. Это — одежда, белье, обувь, покрытия из пластмасс, коврики из латекса и поливинилхлорида, посуда из полиэтилена, корпуса автомашин, судов, самолетов, различного оборудования. Синтетические полимеры представляют собой диэлектрик, на поверхности которого накапливается электрический заряд. Человек может и не подозревать, что на его теле распределяются электрические заряды, но если зарядов накопилось много, он может ощутить их присутствие, прикоснувшись к металлическому предмету, например, к водопроводному крану или к батарее парового отопления. В этом случае человек почувствует удар тока.

Особенно сильно электризация проявляется при контакте резиновой обуви на синтетической подошве с резиновыми дорожками, пластмассовыми покрытиями полов и при трении одежды о тело (К. А. Рапопорт, 1965). При выполнении различных производственных операций или ходьбе по ковру на поверхности тела человека могут возникать электрические заряды до 10— 15 кВ. На некоторых видах одежды из синтетических тканей тоже возникают большие заряды статического электричества — около 3000—5000 В/см.

В химической, текстильной, полиграфической и многих других отраслях промышленности при любом технологическом процессе, где присутствует динамическое взаимодействие (смешение, распыление, перемещение по трубам, "дробление, разделение, механическая обработка диэлектрических материалов, и др.) на поверхности оборудования и обрабатываемого материала образуются электрические заряды.

Возникающие при этом СЭП оказывают отрицательное влияние на течение производственного процесса и качество продукции.

Электрические заряды вызывают взаимное отталкивание одноимённо заряженных нитей, слипание листов бумаги, диэлектрической пленки. Создаются значительные трудности в процессе производства, переработки, упаковки и транспортировки синтетических материалов.

В одних случаях заряды быстро стекают в землю, рассеиваются и нейтрализуются, в других — накапливаются на отдельных элементах оборудования. При этом создаются СЭП высоких напряжений, вызывающие электрические разряды. Во взрывоопасных производствах, связанных с применением легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, горючих газов и пылей, искровые разряды статического электричества могут вызывать взрывы и пожары, приводящие к значительным убыткам, увечьям или человеческим жертвам.

Механизм искрового разряда напоминает явления атмосферного электричества. Обладая энергией, в миллионы раз меньшей по сравнению с молнией, разряды статического электричества способны тем не менее поджечь любую горючую смесь, образующуюся или присутствующую в производственных процессах.

Там, где применяются легковоспламеняющиеся среды, реальную опасность их воспламенения от разрядов статического электричества представляет человек. При постоянном контакте с заряженным оборудованием или материалом, а также при ходьбе по пластмассовым полам тело человека, будучи хорошим проводником, накапливает электростатические заряды. Разность потенциалов между телом человека и окружающими предметами может достигать огромных величин — десятков тысяч вольт. И стоит только такому наэлектризованному человеку приблизиться к металлическим заземленным конструкциям, как возникает искровой разряд.

При средней электрической емкости человека 200 пФ и потенциале тела относительно земли 10 000 В величина энергии разряда будет составлять 10 мДж. Это во много раз больше той энергии, которая необходима для воспламенения или взрыва целого ряда взрывчатых веществ, а также паро- и газовоздушных горючих смесей.

Например, для воспламенения наиболее чувствительных к тепловому импульсу воздушных смесей водорода, метана или бензола требуется энергия искрового разряда, соответственно, 0,02, 0,33, 0,55 мДж.

Статическое электричество и взрывы могут наблюдаться также при транспортировке сыпучих продуктов или жидкостей по трубопроводам из полимерных материалов. Возникновение зарядов при движении жидкости объясняется гипотезой, предполагающей, что на поверхности раздела жидкой и твердой фаз образуется двойной электрический слой. Любая молекула, расположенная внутри объема жидкости, испытывает со стороны молекул воздействие сил Ван-дер-Ваальса и Кулона. При этом действие всех сил взаимно уравновешивается, тогда как на молекулы, находящиеся в пограничном слое, действуют неуравновешенные силы, направленные к поверхности раздела, создающие силовое и электрическое поле. Ориентированные в этом поле молекулы образуют двойной электрический слой — отрицательно заряженные частицы располагаются с наружной стороны слоя жидкости, положительно заряженные — внутри.

В случае нарушения равновесия двойного слоя, как это наблюдается при движении жидкости, происходит пространственное разобщение зарядов, в результате чего поверхности трубопроводов и жидкости оказываются заряженными электричеством противоположного знака. Величина образующегося электрического заряда возрастает обратно пропорционально скорости течения жидкости, шероховатости и длине трубы. Большие скопления зарядов отмечаются в местах повышенного динамического сопротивления, т. е. при выходе жидкости, на поворотах, в сужениях, расширениях и пр.

Опыты показали, что скорость транспортирования по трубопроводам горючих жидкостей с высоким электрическим сопротивлением порядка 10—10 Ом во избежание скопления опасного потенциала не должна превышать 1 м/с. Для ацетона скорость протекания должна быть не выше 10 м/с.

Для жизни человека разряды статического электричества не представляют смертельной угрозы: они либо кратковременны, либо малых токов.

Однако физиологическое воздействие на организм человека они оказывают. Частые разряды статического электричества вызывают нервозность у рабочих, что приводит иногда к нарушению технологических режимов, снижению производительности труда. В результате мышечной реакции, вызванной электрическими ударами возможны механические увечья от подвижных и плохо защищенных частей оборудования. Отмечены случаи падения людей с высоты при получении ударов от разряда статического электричества.

Образование на синтетических материалах статического электричества приводит к быстрому загрязнению их поверхности. В связи с этим возникают определенные неудобства при эксплуатации мебели, осветительных приборов, предметов домашнего обихода, изготовленных из пластмасс и др.

Установлено, что загрязняемость одежды из синтетического волокна в 300—500 раз больше, чем одежды из хлопчатобумажной ткани. При ношении такой одежды из синтетической ткани у человека быстро ухудшается микроклимат, в результате чего нарушается кожное дыхание, теплообмен и т. д.

Электризация синтетических материалов способствует более интенсивному выделению из них составных компонентов (В. А. Цендровская, А. М. Шевченко, 1969) и увеличивает скорость их химической деструкции. Опасность статического электричества, образуемого на поверхности полимеров, заключается еще и в том, что выделяющиеся из них летучие токсичные вещества, приобретая потенциал, легче проникают в организм.

Ученые многих стран сейчас заняты проблемой борьбы с электризацией. Но, оказывается, не каждую электризацию нужно уничтожать. Так, СЭП Земли постоянно влияет на жизнедеятельность организма, но изоляция человека от этого поля неблагоприятно скажется на его самочувствии. Примером может служить плохое самочувствие некоторых лиц во время путешествия в цельнометаллических вагонах и самолетах, когда СЭП Земли экранизируется металлическим корпусом (Ю. Морозов, 1969).

Для измерения электростатических зарядов в естественных условиях используются различные измерительные приборы, применение которых зависит от вида синтетического материала и окружающей среды.

Для измерения величины потенциала, накапливаемого на полимерных материалах, в лабораторных условиях создан прибор, моделирующий основные факторы — скорость трения, нагрузку на образцы материалов (К. И. Станкевич, В. А. Цендровская, 1970).

Степень электризации полимерных материалов в значительной мере зависит от химического состава и электропроводящие свойств. Например, электризация поливинилхлоридных (ПВХ) плит на латексной смоле более чем в 20 раз меньше, чем на суспензионной смоле. Низкой степенью электризации обладают ПВХ-плиты, изготовленные на смеси латексной и суспензионной смол. Наименьшей электризуемостью обладают пластмассы, имеющие в своем составе наполнители, обладающие гидрофильными свойствами.

Существенное влияние на электризуемость полимерных материалов оказывает влажность (рис. 1). При влажности 60— 80% величина заряда уменьшается в 2—3 раза. При влажности 80% образуется мономолекулярный слой, что обусловливает потерю способности материала накапливать на поверхности заряды статического электричества. Уменьшение содержания влаги в воздухе приводит к увеличению проводимости полимерного материала.

Адсорбированная на поверхности материала вода при изменении влажности среды десорбируется, а образец в течение нескольких месяцев сохраняет свои диэлектрические свойства. Однако при длительном хранении на воздухе способность пластмасс накапливать заряды статического электричества падает. Это, по-видимому, объясняется деструктивными изменениями

Рис. 1.

Зависимость величины заряда

, накапливаемого на полимерах, от влажности окружающего воздуха.

Рис. 2.

Влияние температуры воздуха на величину заряда

, накапливаемого на полимерах, при относительной влажности: А— 30%, Б, В-50%, Г, Д — 60%. материала под действием не только воды, но и других факторов внешней среды.

Существует также определенная математическая зависимость между величиной заряда, накапливаемого на полимерном материале, и температурой окружающей среды (рис. 2). Зависимость величины заряда от температуры носит обратный характер — с уменьшением температуры при одной и той же влажности наблюдается увеличение заряда. Однако влияние температуры на величину заряда значительно менее выражено, чем влажности.

Для некоторых синтетических материалов например, одежды на основе нейлона, зависимость от температуры может быть выражена следующей формулой (Capt James, 1963):

Q = A*T + B,

где Q —величина заряда;

А и В = постоянные величины;

Т —температура воздуха.

При исследовании одежды в условиях Крайнего Севера было подтверждено, что расчеты по этой формуле можно проводить для определения электризации при температуре от —45 до 10° С. Зная величины зарядов в условиях двух температур, можно рассчитать величину заряда, возникающего при любой другой температуре.

Из полимеров, используемых для покрытий пола, наибольшей электризуемостью обладают ПВХ-линолеум и плиты. При влажности воздуха 15—30% величина заряда на покрытиях полов из ПВХ-линолеума может достигать около 2000 В. При относительной влажности воздуха и температуре 20±3°С возникает стабильное поле статического электричества, величина которого зависит от наличия и характера электрической аппаратуры. В помещениях с паркетными полами напряженность поля у поверхности пола и на теле человека не превышает 50 В/см. В то же время в помещениях с большим количеством аппаратуры на поверхности пола, покрытого ПВХ-линолеумом, величина заряда достигает нескольких десятков киловольт. При хождении по этим полам на теле рабочих накапливаются заряды до 40 кВ и более. Более низкими электрическими свойствами обладает релин, нитролинолеум, кумароновые плиты.

Исследования электризуемости покрытий пола из полимерных материалов в естественных условиях разных климатических зон СССР показали, что величина заряда статического электричества колеблется в основном в пределах 300—500 В/см. Иногда она достигает 1500—2000 В/см при низкой влажности воздуха (20—25%), в основном на импортных пластиках, содержание связующего вещества в которых составляет около 50% всей массы материала. Мнение о том, что в условиях Заполярья и Казахстана, где бывает низкая относительная влажность атмосферного воздуха (10—20%), электризуемость покрытий пола из полимерных материалов достигает десятков киловольт, не оправдалась. Это обусловлено тем, что низкая относительная влажность отмечается только в открытой атмосфере, а внутри помещения она нивелируется во всех климатических зонах.

При массовом опросе населения, проживающего в помещениях с пластмассовыми покрытиями полов, выявлено, что жалобы на действие статического электричества в основном сводятся к головным болям, быстрой утомляемости, боли в области сердца.

Существенное значение при электризации пластмассовых покрытий пола имеет вид подошвенного материала обуви. Из 9 (ВМШ, кожа, БШ, БМ, ВМ, вулканит, ж, кожволокарнит, войлок) подошвенных материалов наибольшую электризуемость ПВХ-линолеума при 60% влажности воздуха вызывает кожзаменитель марки ВМШ (1400 В), а наименьшую — войлок (710 В).

Величина заряда, возникающего при трении, позволяет не только судить о влиянии электростатического поля в гигиеническом аспекте, но и дать оценку степени электризации по сравнению с потенциалом. Величина потенциала определяется с помощью вольтметра (киловольтметра) и зависит от емкости его. Поэтому одно и то же значение потенциала, регистрируемое с помощью вольтметра, соответствует различному количеству электричества на исследуемой поверхности.

Большое влияние на уровень электризуемости полимерных материалов оказывает мытье полов, оборудования, стирка одежды и т. д. Установлено, что после однократного смачивания и сушки образцов в течение 15 мин величина заряда на их поверхности уменьшается в 2—3 раза, а после многократного смачивания и сушки в течение 14 сут—в 10—12 раз. Следовательно, в условиях эксплуатации после многократной и продолжительной обработки поверхности водой, способность их к накоплению зарядов статического электричества, уменьшается примерно в 10—12 раз.

Известно, что поверхностное сопротивление материалов, определяет его способность к статической электризации (Л. Леб, 1963). Исследования показали, что после кратковременного смачивания и сушки образцов на воздухе в течение 15 мин их поверхностное сопротивление уменьшается в 5—10 раз, а после сушки в течение суток—1,5—3 раза. Если эти образцы подвергнуть многократному смачиванию, то их диэлектрические свойства не восстанавливаются даже через 10 сут после последнего смачивания. Вероятно, это объясняется тем, что образцы содержат в своем составе вещества, которые могут адсорбировать влагу в больших количествах (глину, тальк, барит, известковую муку). Смачивание образцов приводит к поглощению влаги во всем материале. Десорбция из внутренних слоев происходит значительно медленнее, чем с поверхностных.

Из факторов, влияющих на уровень накопления статического электричества на полимерных материалах, следует отметить также нагрузку на образец. Величина заряда прямо пропорциональна нагрузке. Увеличение нагрузки в 2 раза приводит к увеличению заряда в 1,3—1,5 раза.

На уровень электризации синтетических тканей существенное влияние оказывают их проводимость и сорбционные свойства. Наибольшей электризуемостью обладают материалы с низкой проводимостью и сорбционными свойствами (Э. X. Цирин, 1973).

Между электризуемостью тканей и их сорбционными свойствами отмечается четкая корреляция (табл. 3).

Таблица Зависимость электризуемости текстильных материалов от их сорбционных свойств

Сорбцнонные свойства	Вид волокна
Сорбцнонные свойства	триацетат	ацетат	вискоза	хлопок	шерсть
Гигроскопичность, %
при относительной влаж
ности 45%	2,3	4,5	9,4	6,6	9,1
при относительной влаж
ности 100%	8,1	14,9	0,34	2,14	1,3
Водоемкость, ч
минимальная	0,17	0,34	0,86	0,65	1,30
максимальная	1,54	2,14	3,17	3,12	3,90
Напряженность электростати
ческого поля на поверхности
материала, кВ/см	1,5	1,3	0,05	0,10	0,08

Результаты исследований электризуемости на предприятиях текстильной промышленности, изготавливающих синтетические материалы, показали, что в аппретурном и печатном цехах величина заряда статического электричества достигает 15—30 кВ на технологическом оборудовании и около 1,5 кВ — на теле рабочих.

В сновальном цехе статическое электричество на теле рабочих не регистрируется, а на оборудовании составляет 1 кВ. Примерно в тех же пределах определяются величины статического электричества на технологической линии трикотажной фабрики. Наибольшие уровни статического электричества накапливаются на ворсовальной машине, в частности при изготовлении хлопчатобумажных изделий (до 20—30 кВ), полушерстяных (до 20 кВ), шелковых с вискозой (до 30 кВ), капроновых (до 40 кВ).

Электризуемость рабочих, участвующих в различных технологических процессах, составляет: при работе на ворсовальной машине — от 0,5 до 2 кВ (в зависимости от вида ткани), на стригальной машине — от 1,5 до 3 кВ. В основовязальном цехе и на других участках электризации не наблюдается.

Весьма важной и актуальной задачей является разработка мероприятий, исключающих или снижающих возможность воздействия статического электричества на человека на производстве и в быту. Для снижения электризуемости диэлектриков разработано несколько методов: ионизация окружающей среды, установка специальных приборов — нейтрализаторов и увеличение проводимости материалов. Среди них наиболее эффективным является увеличение проводимости полимеров за счет внесения в их состав антистатических агентов. С помощью этих веществ удаляют статические заряды, которые могут накапливаться на поверхности материала, поэтому они должны быть гидрофильными или ионными по природе.

Применение антистатических препаратов на производствах в нашей стране находится в стадии становления. Результаты первых экспериментальных исследований полимерных материалов с введенными в их состав антистатиками подтвердили перспективность этого метода. Нанесение на поверхность антистатика снижает электризуемость материала в 2—5. раз.

Большое значение имеют антистатические свойства препарата и его количество. Среди изученных 8 антистатических препаратов (стеарокс-6, стеарокс-920, оксалин G-2, синтанол ДТ-7, синтанол ДС-10, оксанол УС-17, оксанол 0-18, препарат ОС-20) наиболее эффективными были оксанол 0-18, оксалин С-2 и синтанол ДС-10.

Основные требования, предъявляемые к антистатическим агентам, следующие. Они должны препятствовать аккумуляции статических зарядов или очень быстро их разряжать. Кроме того, антистатические агенты должны увеличивать поверхностную проводимость пластмасс таким образом, чтобы ассоциированные заряды быстро стекали в окружающую атмосферу. Увеличение поверхностной проводимости может быть достигнуто либо повышением концентрации влаги в материале за счет увеличения гигроскопичности его поверхности или создания органических проводящих слоев.

Одним из эффективных методов снижения аккумуляции статического электричества является уменьшение коэффициента трения между полимером и материалом, контактирующим с ним. Для этого необходимо, чтобы антистатический агент образовывал на поверхности пластмассы резиноподобную пленку.

В настоящее время огромное количество веществ предложено в качестве антистатических агентов. Большинство из них принадлежит к одному из 5 классов: нитросоединения (длинные цепи аминов, амидов и четвертичные основания или соли), сульфокислоты или арилалкилсульфонаты, фосфорсодержащие кислоты или арилалкилфосфаты, полигликоли и их производные, включающие полигликолевые эфиры жирных кислот и полигликольарилалкилпроизводные, многогидролизные спирты и их производные.

Антистатические агенты наносят на поверхность пластмасс или вводят в состав их. Более эффективными являются антистатические добавки, вводимые в состав пластмассы. Материалы, применяемые для этих целей, должны обладать небольшим электрическим сопротивлением и образовывать пленку на поверхности с низкой поверхностной энергией растворов воды или других летучих растворителей.

Эффективность всех антистатических агентов в значительной степени понижается с уменьшением атмосферной влажности. Это, вероятно, связано с тем, что небольшие количества сорбционной влаги оказывают влияние на ионизацию, которая может происходить в неионных антистатических агентах.

Образовывать антистатическую поверхность могут многие химические соединения. В то же время для введения этих веществ в состав полимеров выбор более ограниченный, поскольку их эффективность может быть специфичной для каждого типа пластмассы. Например, четвертичные аммонийные соединения более предпочтительны для использования в полистироле, а полиэтиленгликолевые эфиры — в полиэтилене. Кроме того, эти добавки должны обладать определенной совокупностью свойств. По химическим свойствам они должны обладать определенной совместимостью с пластмассой, так как существуют пределы, при которых эффективность бывает самой высокой. Очень большая совместимость ведет к полному растворению агента в пластмассе. Следовательно, на поверхности материала должно быть всегда определенное количество вещества, сообщающего антистатические свойства. Если поверхностный слой смывается, то антистатик остается в массе материала и не поднимается на поверхность. Весьма низкая совместимость приводит к расслоению массы. Это может произойти с соединением низкого молекулярного веса и привести к такому нежелательному результату, как выпотевание. Опыты и наблюдения в естественных условиях показали, что агент должен обладать средней совместимостью с пластмассой.

Совместимость определяют по способности антистатического агента диффундировать через материал. Это свойство особенно важно и является показателем продолжительности эффективной жизни агента. Очевидно, что соединения с низким молекулярным весом будут свободно перемещаться в массе материала к его поверхности. В таких случаях, несмотря на то что эффективность агента может быть хорошей, его жизнь будет недолгой. При обычном использовании агент может быть легко стерт, а поскольку количество его ограничено, то его активность не может быть продолжительной. В то же время соединения с высоким молекулярным весом или высокой совместимостью будут перемещаться медленнее и активность их будет продолжительней. Кроме того, если совместимость добавки с пластмассой очень высока, то требуется больше антистатического агента, в связи с чем ухудшаются его механические свойства.

Скорость диффузии определяется временем, которое необходимо, чтобы на поверхности создавалась максимальная концентрация, или временем между производством продукта и получением им антистатических свойств. Равновесие между совместимостью и скоростью диффузии можно регулировать двумя методами. Прежде всего действие антистатического агента можно изменять, добавляя второй компонент, при этом увеличивается или уменьшается совместимость и последующее перемещение. Другим способом может быть создание такого антистатического агента, в молекулярную структуру которого входят химические соединения, устанавливающие равновесие между совместимостью и способностью к перемещению. Например, серия спиртовых четвертичных аммонийных соединений может быть приготовлена с различными катионными и анионными соединениями.

Многие антистатические агенты не применяются вследствие их термической нестабильности при производстве и обработке пластмасс. В настоящее время существует мало соединений с устойчивой химической структурой, которые могут дать постоянный антистатический эффект и одновременно выдержать высокую температуру и давление, не разрушаясь. Например, установлено, что четвертичные аммонийные соединения нестабильны при высокой температуре и при обработке пластмасс

разлагаются по следующей

реакции:

Такая реакция опасна не только потому, что добавляемое вещество теряет свои антистатические свойства, но и тем, что освобождается кислота, увеличивающая коррозию оборудования, употребляемого в производстве пластмасс.

Антистатические агенты должны обладать низкой летучестью и нетоксичностью и оказывать длительный антистатический эффект. Предусмотреть продолжительность действия антистатического агента очень трудно, так как в процессе эксплуатации пластмасс постоянно нарушается поверхностный слой его, диффузия и равновесие антистатика.

Вносимые в пластмассу антистатические добавки должны составлять определенный процент по отношению к ней. Оптимальная концентрация антистатических агентов зависит главным образом от их родства к полимеру и поверхности в единице объема, т. е. насколько поверхность частиц в единице объема в добавке больше, чем в полимере. Наблюдения показали, что для образования долговечного поверхностного слоя нужна минимальная концентрация соединений. Дальнейшее повышение концентрации не дает немедленного эффекта, хотя, возможно, при этом образуется резерв для пополнения потерь соединения при распаде.

Агент должен иметь молекулярный вес настолько низкий, чтобы мигрировать к поверхности, и в то же время достаточно высокий, чтобы обладать некоторым сопротивлением и не быть легко удаленным с поверхности. Антистатики должны быть бесцветными или же иметь слабую окраску, так как сильно окрашенные соединения вызывают определенные затруднения в получении бледных тонов.

Действие антистатических агентов должно основываться на одном или нескольких физических явлениях: на гигроскопичности — собирать воду из атмосферы, полярности — агент представляет полярное соединение и проводит ток, вязкости — агент должен иметь такую степень вязкости, чтобы он захватывал электроны, движущиеся к поверхности.

Универсальных антиэлектростатических агентов не может быть, поскольку они определяются видом пластмассы, ее назначением и т. д.

В последнее время большое внимание уделяется изучению биологического действия статического электричества. Этот интерес не случаен. Известно, что статическое электричество, возникающее, например, при ношении хлоринового белья оказывает лечебное действие (К. А. Рапопорт, 1965) при некоторых неврологических заболеваниях (ревматизме, радикулите, плекситах и т. д.). Вероятно, здесь наблюдается тот же эффект, что и при одном из методов электротерапии — франклинизации. Под франклинизацией понимают лечение статическим электричеством, которое включает в себя комбинированное действие ионизированного воздуха, поля высокого напряжения и небольших разрядов между телом и электродами франклинизатора. Однако широкое применение статического электричества как лечебного средства вызывает скептическое отношение. Это объясняется тем, что еще не выяснено, какие явления — физические или химические приводят к улучшению.

В то же время известно, что ионы не только обусловливают кислородную обеспеченность кожи, но и активизируют обменные процессы в клетке. Поэтому при ношении одежды очень важно, какой полярности на ней будет СЭП. Например, при ношении одежды из лавсановой ткани вокруг тела возникает СЭП отрицательной полярности, которое не пропускает аэроионы с отрицательным зарядом. При ношении одежды из искусственной шерсти вокруг тела образуется электростатическое поле с положительным зарядом, препятствующее проникновению аэроионов кислорода в кожу (Н. Н. Алфимов, В. В. Белоусов, 1973).

Биохимические процессы в организме невозможны без обмена электрических зарядов на молекулах белков, жиров, углеводов и солей.

Нарушение проникновения аэроионов может способствовать развитию трофических изменений в коже и рефлекторным путем к ряду других патологических сдвигов в организме, особенно со стороны сердечно-сосудистой и нервной систем.

Экспериментально установлено, что существует тесная корреляция электрического; сопротивления кожи с такими показателями состояния центральной нервной системы, как скрытое время реакции на свет, звук, тепло, а также связь уровня электрического сопротивлений кожи с порогом ощущений, возникающих при разрядах статического электричества (Н. С. Смирницкий, Г. А. Антропов, 1969). Отмечается также индивидуальная чувствительность кожи у людей к действию статического электричества. Вероятно, это объясняется неодинаковым состоянием кожи у различных людей. Кожа может быть жирной, нормальной и сухой. Чем суше, тем больше удельное электрическое сопротивление ее и, следовательно, больше зарядов в ней сохраняется. С возрастом клетки организма, в том числе и эпидермиса, претерпевают некоторые изменения, кожа становится суше. Люди пожилого возраста чаще жалуются на электрические заряды при прикосновении к незаряженным предметам или другому человеку (С. Ю. Морозов, 1969). Высыхает кожа и при частом мытье горячей водой с мылом.

В остром эксперименте обнаружено (Ф. Г. Портнов, 1968), что в результате кратковременного (15—60 мин) действия СЭП 4000 В/см количество эритроцитов, процентное содержание гемоглобина и вегетативные функции организма (частота сердечных сокращений и дыхания) отклоняются от исходного уровня.

В хроническом эксперименте при действии СЭП напряженностью в 2000 ф/см в течение 1,5 мес по 4 ч в день 6 раз в неделю гематологические показатели и состояние сердечно-сосудистой системы статистически достоверно не изменялись. Хронический эксперимент показал тенденцию к ослаблению реактивности организма животных по отношению к действию СЭП.

В условиях производства, где СЭП достигало 30—40 кВ, чаще отмечались заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушения овариально-менструального цикла, грипп и катар верхних дыхательных путей. Эти данные свидетельствуют о том, что у лиц, подвергшихся длительному воздействию СЭП, резистентность организма к инфекционным заболеваниям понижена.

У лиц, подвергающихся воздействию статического электричества, снижается сопротивление кожи к электрическому току, уменьшается сила и выносливость мышц, костей, замедляются нервные реакции на свет и звук, отмечается более высокое количество дней нетрудоспособности, чем у людей, не подвергшихся действию СЭП (Л. И. Максимова, 1972). Под воздействием СЭП значительно снижается рН желудочного сока и сокращается время свертывания крови.

При воздействии СЭП напряженностью 400—500 В/см у экспериментальных животных отмечаются субстанциальные и конформационные изменения в клетках головного и спинного мозга, надпочечниках, печени, почках, селезенке, скелетных мышцах, уменьшается гематокрит, увеличивается время термического свертывания белков плазмы, эозинофилия (Б. М. Медведев, С. Д. Ковтун, 1969). Электрофизиологические исследования функционального состояния периферических нервов свидетельствуют о том, что СЭП увеличивает время скрытого периода, длительность потенциала действия и абсолютную рефракторную фазу возбуждения. Повышение этих показателей во времени авторы рассматривают как некоторое снижение подвижности процессов-возбуждения в нервных волокнах смешанных периферических нервов. Это происходит за счет нарушения клеточной проницаемости для ионов калия и натрия, которая, как известно, непосредственно связана с изменением электрических реакций в клетках.

Установлено, что СЭП напряженностью 500 В/см снижает тактильную и болевую чувствительность, снижает тонус и реактивность сосудистой системы кожи, кровообращение в коже, увеличивает сопротивление кожи, понижает окислительно-восстановительный потенциал (М. Г. Шандала, В. Я. Акименко, 1973). СЭП напряженностью 1000 В/см кроме указанных изменений снижает уровень функциональной стабильности холодовых рецепторов, бактерицидность кожи и величину кожно-гальванических рефлексов, повышает потенциалы в /активных точках сердца и легких. СЭП 250 В/см не вызывает (каких-либо биологических сдвигов, а поэтому рекомендуется как ДУ накопления на одежде. В качестве ДУ накопления/ СЭП на одежде К. А. Рапопорт и соавторы (1973) на основании опроса испытуемых рекомендуют напряженность 300 В/см.

С целью регламентации СЭП, накапливаемого на полимерных материалах, используемых в строительстве, нами проведены исследования на белых крысах в моделируемых условиях (К. И. Станкевич и соавт., 1972). Созданная нами установка состоит из камеры размером 45 X 30 X 13 см. С помощью кронштейнов электроды могут приближаться и отдаляться от камеры, а также изменять свое положение по отношению к камере (горизонтально или вертикально). Это позволяет исследовать влияние направления силовых линий по отношению к телу экспериментальных животных. В камере можно изучать биологическое действие как СЭП, так и его заряда.

В качестве генератора статического электричества используются аэрофранклинизаторы, подключенные к сети. Для контроля за подаваемым аэрофранклинизаторами напряжением в камере устанавливается киловольтметр. Расчет напряженности СЭП (Е) в камере осуществляется по формуле:

где G — напряжение, отмечаемое на шкале киловольтметра;

Н — расстояние между электродами.

Исследования в моделируемых условиях мы проводили при напряженности СЭП 1800, 1100, 300, 150 В/см, т. е. при наиболее характерных натурных условиях. По данным этих исследований, наиболее чувствительными показателями при действии на организм животных СЭП являются окислительно-восстановительные ферменты — пероксидаза, каталаза, сукцинатдегидрогеназа. При напряжении поля 300 В/см и выше у подопытных животных статистически достоверно снижались активность пероксидазы, пероксидазный и каталазный индексы, однако эти сдвиги начинались лишь со 2-го месяца опыта.

Спустя 2 нед после начала опыта статистически достоверно увеличивалось содержание адреналина в моче, повышалась свертываемость крови и снижалась осмотическая резистентность эритроцитов.

Стабильный характер имело снижение терморезистентности белков плазмы и лейкоцитов крови, а также увеличение количества ионов натрия в плазме крови. Последнее, вероятно, обусловлено повып1енной проницаемостью клеточных мембран под воздействием СЭП. А, как известно, ионы Na+ влияют на возбудимость нервной системы, водный баланс и формирование адаптационных свойств организма. Показатели крови (количество эритроцитов, эозинофилов, ретикулоцитов, процент гемоглобина, содержание сахара) носили фазовый характер, что, по-видимому, можно объяснить раздражающим действием СЭП на кроветворную функцию костного мозга и первоначальным стрессом в организме с последующей адаптацией.

Наряду с исследованиями на животных клиницистами было проведено комплексное обследование обслуживающего персонала междугородной телефонной станции, где электризуемость покрытий пола на основе ПВХ-линолеума и тела рабочих достигает 10—30 кВ. У 71% служащих наблюдались функциональные нарушения со стороны нервной системы, а у 44% — со стороны сердечно-сосудистой. Служащие жаловались на постоянные головные боли, повышенную раздражительность и утомляемость, боль в области сердца, которые усиливались в течение рабочего дня. При гематологических исследованиях установлена выраженная лейкопения и снижение гематокритного показателя.

Таким образом, исследования показали, что величина СЭП 300 В/см является пороговой, а 150 В/см подпороговой и может быть регламентирована как «недействующая».

Весьма важным теоретическим и практическим вопросом рассматриваемой проблемы является выяснение механизма биологического действия СЭП. Из представленных данных видно, что раскрытие механизмов ответных реакций на СЭП представляет значительные трудности.

Б. М. Медведев и С. Д. Ковтун (1969) считают, что в основе механизма биологического действия СЭП лежат нарушения конформационных процессов в. белковых клеточных компонентах как следствие сдвигов электростатических внутриклеточных сил и нарушения клеточного метаболизма. В качестве одного из звеньев механизма биологического действия СЭП Ф. Г. Портнов и соавторы (1973) рассматривают участие адренорецепторов.

Наши исследования свидетельствуют, что в механизме биологического действия СЭП важную роль играет проницаемость клеточных мембран и нарушение активности оксидоредуктаз.

Ю. Л. Холодов (1966) считает, что физиологическое влияние СЭП на организм осуществляется рефлекторным способом. Раздражая окончания тройничного и других нервов, СЭП может вызвать изменение функционального состояния центральной нервной системы. Кроме того, при этом наблюдаются изменение кожной чувствительности, стимуляция капиллярного кровообращения, нормализация сосудистого/тонуса, сдвиг морфологического состава крови, улучшение газообмена и деятельности желудочно-кишечного тракта.

На основании вышеизложенного можно сделать заключение, что необходим совершенно новый подход к вопросу гигиенической оценки электризации синтетических материалов. Статическое электричество следует рассматривать в неразрывной связи с санитарно-гигиеническими требованиями к пластмассам. Изучение биологического действия статического электричества, гигиеническая регламентация его накопления, разработка профилактических мероприятий, эффективных и безвредных для здоровья человека антистатиков является одной из важнейших и актуальнейших народнохозяйственных задач.

<< | >>

↑

Источник: Станкевич К.И., Бей Т.В, Пестова А.Г. и др.. Гигиена применения полимеров. 1970

Еще по теме Статическое электричество:

- Хирургия - Акушерство и гинекология - Валеология - Ветеринария - Вирусология - Внутренние болезни - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Гигиена и санэпидконтроль - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация, первая помощь - Инфекционные заболевания - История медицины - Кардиология - Кожные и венерические болезни - Медицинская паразитология - Наследственные, генные болезни - Неврология и нейрохирургия - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Патологическая анатомия - Патологическая физиология - Педиатрия - Фармакология - Фельдшерское и сестринское дело -

- Здоровье и народная медицина - Медицина - Психология - Medic.Studio