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1、纤维技术 F i b e r T e c h n o l o g y 76纺织导报 China Textile Leader2006 No.11 聚丙烯腈纤维抗静电改性的 技术现状与发展趋势 摘要文章介绍了普通腈纶的缺点和局限性以及抗静电腈纶的优越性详细阐述 了用于腈纶抗静电改性的后整理法 抗静电剂与纺丝原液共混法以及共聚法等3 类 方法与技术评析了这几种方法的优缺点并对腈纶抗静电改性技术的发展趋势 作出了展望 关键词聚丙烯腈纤维纤维改性抗静电纤维后整理法共混法 中图分类号 T Q 3 4 0 . 4 7 2 文献标识码 A 文章编号1 0 0 33 0 2 5 2 0 0 6 1 10 0
2、7 60 3 东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室 车 耀 沈新元 作者简介车 耀男1 9 8 1 年生硕士在读上海2 0 0 0 5 1 聚丙烯腈 P o l y a c r y l o n i t r i l eP A N纤维 又名腈纶 是最广泛使用的民用纤维之一 早在1 9 5 0 年 美国D u P o n t 杜邦 公司就实现了腈纶工业化生产 腈纶以其优异的强 度蓬松的外观鲜艳的色泽受到了人们的钟爱迅速成 为世界合成纤维的三大主要品种之一腈纶的许多性能与 羊毛相似 甚至超过羊毛 被人们称为 合成羊毛 或 人 造羊毛 1 纤维概述 P A N中含有大量的疏水性基团使得腈
3、纶的吸湿性 差极易发生静电现象在加工过程中带有静电的纤维 会缠绕或堵塞机件织造时易出现经纱开口不清织物折 叠不齐等现象影响生产的顺利进行腈纶纺织品在使用 过程中静电荷积聚易引起灰尘附着服装纠缠肢体产 生粘附不适感并可引起血液 p H 值升高等生理变化这 些问题都极大地降低了腈纶纺织品的服用性能此外由 静电所产生的较高电位可能会对人体产生电击还可能击 穿电子元件导致其损坏静电放电产生的电磁辐射会对各 种电子设备信息系统造成电磁干扰因此腈纶易产生 静电这一特性已经使其在生产及应用中受到极大的限制 腈纶及其纺织品的发展也受到极大的阻碍 为了促进腈纶生产的迅速发展 满足人们日益增长的 对于高品质纤维和
4、面料的需求人们开始寻求对腈纶进行 改性的方法增强其吸湿性和抗静电性改善其在生产和 使用中的缺陷尽量使其像羊毛一样既具备良好的舒适性 和吸湿性又能杜绝静电现象这已经成为很多合成纤维 工作者和染整工作者所共同关注与研究的重要课题 普通腈纶在标准状态下的体积比电阻为1 0 1 3 c m一 般认为纤维的体积比电阻小于 1 0 1 0 c m 时即可达到抗 静电效果通过改性可以将腈纶的体积比电阻降至 1 0 8 1 0 1 0 c m 以下这种纤维称为抗静电腈纶甚至可以将 腈纶的体积比电阻率降至1 0 5 c m 以下 这种纤维称为导 电腈纶纤维抗静电技术关键在于使纤维成为同时具备较 低的电阻率优良持
5、久的抗静电性能以及普遍的使用范围 的新型导电纤维 2 腈纶抗静电改性的方法和技术 2 . 1 后整理法 后整理法是指用含抗静电剂 多用表面活性剂类抗静 电剂的溶液对纤维及其织物进行浸渍或涂覆处理从而 赋予纤维和织物抗静电性能后处理法一般在高于腈纶玻 璃化温度下进行或在冻胶状态下处理以便抗静电剂能更 好地渗透到纤维中提高其抗静电耐久性有机化合物和 无机化合物都可以用作抗静电处理剂 在纤维后加工过程中加入抗静电剂 可使材料表面或 因阴阳离子相互吸引或因经热处理发生交联或用黏 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR t
6、o remove the watermark 纺织导报 China Textile Leader2006 No.1177 F i b e r T e c h n o l o g y 纤维技术 合剂使抗静电剂固着使材料具备抗静电性能 在使用抗静电剂对纤维进行抗静电改性处理时 由于 这些表面活性剂类抗静电剂具有亲水性基团在纤维外层 根据它们的相容性即抗静电剂与纤维大分子间的极性相 近的原则抗静电剂的疏水基团向疏水性纤维表面结合或 靠近而亲水性基团则向着空气也就是抗静电剂在空气 与纤维的界面上形成了定向排列亲水性基团既然向着空 气就能吸收空气中的水分供给出离子加快了静电荷 的逸散从而达到抗静电效果
7、将无机硝酸钙 硝酸镁与低级羧酸的低级铵盐或金属 盐混用可用作聚丙烯腈的外用抗静电剂混合抗静电剂 还可与阻燃剂柔软剂等助剂混用使聚丙烯腈同时具有 阻燃抗静电等多功能并且不会使织物褪色这种方法 的优点是工艺简单但耐久性差摩擦洗涤后纤维的抗静 电性能大大降低 国外有研究人员采用冻胶纺丝法 以水溶解性差的长 链烷基磺酸盐离子型表面活性剂为抗静电剂使聚丙烯腈 纤维的抗静电性能具有一定的持久性由于在冻胶纺丝过 程中形成了很多孔洞且抗静电剂本身的溶解性低能长 久地存在于纤维中提高了聚丙烯腈的抗静电耐久性再 如将腈纶初生纤维的表面用非离子表面活性剂聚乙二醇 P E G 处理然后在高温酸性介质下使纤维干燥致密
8、化将P E G 包缠在纤维的微孔中以及在纤维冻胶状态下 加入P E G 也能赋予纤维抗静电耐久性另外将初生冻胶纤 维在C a C 1 2 K 2S O4 L i 2S O4 N a 2S O4 L i C l 溶液中处理使 碱土金属浸渍到聚丙烯腈纤维上 通过这些物质所具有的潮 解特性提高纤维表面的吸湿性从而改善抗静电性能 季铵盐是一种常被用来做纤维抗静电剂的阳离子表面 活性剂将季铵盐聚合体和多元醇高级脂肪酸混用可使 腈纶达到耐久抗静电的目的国内有研究者以聚氯化脂肪 醇铵盐为阳离子抗静电柔软剂与多种酯型醚型非离子 表面活性剂复配对已有腈纶油剂进行了更新新油剂针 对腈纶纤维结晶区不紧密易使油剂渗入
9、的特点采用聚 阳离子大分子作主剂既保证油膜牢固又防止油剂渗入 纤维内部结果使得腈纶同时具备了优异的抗静电性能及 柔软性 其他用后处理法改善腈纶吸湿性和抗静电性的还有许 多实例将聚丙烯腈纤维用含氨的可聚合乙烯基单体和含 磺酸基及羧基的可聚合乙烯基单体处理然后对其进行辐 射即可赋予腈纶抗静电性腈纶用 S n C l 4 C u S O 4处理 得到机械强度优良电阻率为 1 0 3 1 0 5 c m 半导体性 质的纤维将聚丙烯腈纤维先用阳离子染色然后浸入能 形成共轭聚合物的单体和某种氧化剂的溶液中形成纤维 聚合物络合物纤维表面电阻为3 8 0 经1 0 0 h 洗涤后 为1 5 k 而未经染色处理
10、的为1 7 k 洗涤后为5 1 0 5 2 . 2 共混法 将抗静电剂加入聚丙烯腈纺丝原液进行共混来生产抗 静电纤维是当前进行腈纶抗静电改性的重要方法之一用 此法改性的纤维抗静电性耐久性较后整理法好加入共 混的抗静电剂要求颗粒细分散性成形稳定性好并且 不溶于凝固浴和水纺丝过程无堵孔现象适宜的抗静电 剂种类十分广泛有无机化合物如钛酸钾碳黑金属 和金属氧化物等有机化合物如二烷基磷酸三乙醇铵 等 以及高分子化合物 如嵌段共聚醚酯 聚乙烯乙二醇的 二丙烯酸酯 含磺酸基的聚氧乙烯化合物 含硫的聚醚等 金属粉末的缺点是易被氧化耐腐蚀性差碳黑是很 理想的抗静电剂但纤维带黑色不适于生产鲜艳制品 而且当纤维含有
11、2 0 % 的碳黑才具有耐久性好的抗静电性 这时虽然能勉强制成导电纤维但这种纤维强度很低几 乎没有实用价值所以迫切需要开发色浅导电性好稳 定性好 成本低的金属氧化物导电粉末 如超细S n O 2S b O3 和 T i O 2包覆 S n O2S b2O3等浅色导电粉末 日本三菱人造丝公司制备了具有优良白度和强度的抗 静电皮 芯结构聚丙烯腈纤维 皮层是丙烯腈的共聚体有 机溶液 中心以丙烯腈的共聚体为基体 其中含有1 5 % 7 0 % 的导电材料T i O 2 按一定的比例共纺然后拉伸进 行热收缩得到持久性好的抗静电腈纶该纤维可用于抗静 电的运动衫 加入其他无机导电组分的研究也有很多 如日本钟
12、纺 公司将钛酸钾顺晶加入到纺丝液中制备出电阻为2 . 4 1 0 2 纤度为2 . 8 g / D 的淡灰色导电纤维 将羟丙基纤维素加入腈纶纺丝原液中 共混后制得的 纤维可以显著降低电荷的积累在 P A N V A c 的纺丝 原液中加入3 0 % 的醋酸纤维素 可以大大改善腈纶的吸湿 性从而增强了腈纶的抗静电性能聚乙烯吡咯烷酮甘 油聚苯乙烯以及 A N V A c 共聚物都可以加入纺丝原液来 改善腈纶的吸湿性抗静电性 将聚氧乙烯化的直链醇硫酸钠盐阴离子表面活性剂加 到三元共聚腈纶纺液中 可制成耐久抗静电的腈纶 例如 将丙烯腈丙烯酸甲酯甲基丙烯磺酸钠9 4 5 1 质 PDF Watermar
13、k Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤维技术 F i b e r T e c h n o l o g y 78纺织导报 China Textile Leader2006 No.11 量比的三元共聚物溶解在二甲基甲酰胺中配成2 7 % 的溶 液在此纺丝液中加入相对于聚丙烯腈质量的1 0 % 的聚氧 乙烯化十八硫酸酯钠盐 用常规方法纺丝 即可制得在2 3 下体积比电阻为 31 0 2 c m 的抗静电腈纶 共混法改性中的抗静电剂不是涂在纤维表面而是分布 在纤维内部不容易磨损和因洗涤而流失所
14、以用此法 得到的抗静电纤维的耐洗涤性能要优于经物理型抗静电后 处理得到的纤维因而其抗静电效力也就更持久这种改 性方法的工业化水平仍在不断提高 利用共混法纺丝制备抗静电纤维的技术关键是 选择 抗静电剂和控制好纺丝成形加工的工艺条件控制好纤 维抗静电性能与力学性能之间的关系改进的方法大多数 是采用复合纺丝工艺 2 . 3 共聚法 与上述方法相比共聚法是制备抗静电性能稳定且 耐久性良好的抗静电腈纶的最重要最可靠的方法共聚 法就是将具有亲水性抗静电性的功能共聚单体直接与丙 烯腈单体进行共聚从而在聚合物基质上引入可电离的 基团以达到抗静电的目的如含有功能性基团的羟基 醚羧基酰胺基取代酰胺基等乙烯类单体
15、三菱人造丝采用 C H 2C R1C O2 C H2C H R1 O nR2和含 磺酸基的化合物与丙烯腈共聚经纺丝制成染色性良好的 抗静电聚丙烯腈纤维 将 P A N 与 P E O 聚亚烷基衍生物N 乙烯基吡咯烷 酮甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚可以制得抗静电性良好的聚 丙烯腈纤维 此外与N 羟乙基甲基丙烯酰胺共聚还可以改 善纤维的亲水性染色性也可以通过三元共聚物改善腈 纶的抗静电性能如 A N 衣康酸 N乙烯基 己内酰胺 日本东丽公司研发出了吸湿性强 弹性好的聚丙烯腈 纤维该纤维采用丙烯酸甲酯甲基丙烯磺酸钠与丙烯腈 共聚 并加入5 % 3 0 % 的聚乙烯吡咯烷酮和不到0 . 1 % 质量比 的
16、吡咯烷酮为添加剂 通过湿法纺丝成形 这种 改性腈纶在2 0 和6 5 % 相对湿度与3 0 和9 0 % 相对湿 度下吸湿性差 2 . 0 % 改性效果显著吸湿性和抗静电性 得到明显增强 2 . 4 其他改性技术 国内有研究者采用高导电率的纳米粉体 A T O S n O 2 S b 2O3 为抗静电剂从不同类型的分散剂中筛选出聚乙烯 亚胺P E I将纳米A T O 稳定均匀地分散于去离子水中 并首次将该悬浮液作为聚丙烯腈纤维纺丝过程的预热浴 来改善腈纶的抗静电性同时还保持了纤维原有的力学 性能染色性能当初生纤维通过预热浴时由于纤维内 外纳米无机微粒的浓度差和初生腈纶纤维内部大量微孔的 存在纳
17、米A T O 微粒能够通过扩散迁移进入纤维或吸附 于纤维表层 当腈纶纤维被拉伸 干燥 致密化处理时 纳 米 A T O能留在纤维中并形成纳米 A T O局部接触的导电通 道赋予了腈纶抗静电性能 国内还有研究者选用一种经特种化学处理而成的导电 能力强的腈纶 S U 9 0 作为导电纤维和普通腈纶在 F S 3 型摩擦纺纱机上混纺纺制成了具有皮芯结构的抗静 电地毯纱该纱线皮层是导电腈纶中心是普通腈纶含 导电腈纶量为2 % 6 %且抗静电性能随导电腈纶量的 增大而增强当导电腈纶量为2 . 2 % 时体积比电阻达到 3 . 71 0 3 c m 同时具有良好的抗静电性能和良好的力 学性能 3 结语 综
18、上所述腈纶的抗静电性改性对于促进腈纶生产 的发展和满足人们日益增长的需求有着重要意义现有 的各种改性方法与技术具有各自的优势和局限性未来腈 纶的抗静电技术 将向着同时具备强抗静电性 可染色性 并且适合工业加工成形的方向发展 参考文献 1 管义夫. 静电手册M. 北京科学出版社1 9 8 1 . 2 刘尚合. 静电子理论与防护 M. 北京 兵器工业出版社 1 9 9 9 . 3 隋坤艳. P A N 聚乙二醇嵌段共聚和P A N / 氧化锌晶须共混对P A N 抗静电改性的研究D. 上海 东华大学 2 0 0 3 . 4 赵泽卿. 高分子材料抗静电技术 M. 北京 纺织工业出版社 1 9 9 1
19、 . 5水上义藤 渡边和美 田村裕子. 导电性纤维 P. J P 0 4 2 0 9 8 2 61 9 9 2 . 6 水上义藤 松村隆 寺西修二 等. 白色皮 芯结构导电纤维 P. J P 0 5 0 0 5 2 1 4 1 9 9 3 . 7 水上义藤 渡边和美 田村裕子. 导电性组分 P. J P 0 7 0 1 8 5 1 6 8荫地骏作 草本伸夫. 导电性丙烯腈纤维 P. J P 0 6 2 2 8 8 1 2 1 9 9 4 . 9王 栋 林 耀 赵 妍 等. 纳米A T O 改性聚丙烯腈纤维的研究 J. 功能高分子学报 2 0 0 4 1 7 1 1 0 2 1 0 杜文琴. 导电纤维包覆防静电地毯纱的研制 J. 纺织导报 2 0 0 6 4 因信息来源有误本刊2 0 0 6 年第1 0 期第1 1 6 页 尾段中的B a r m a g 巴马格应为N e u m a g 纽马格特此更 正并向读者与相关单位致歉 CTL 1 0 8 . 6 7 6 8 . 更正启事 1 9 9 5 . PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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