纺织品抗静电整理.ppt

1、,前言 静电的危害 普通化学纤维的比电阻一般大于1014 cm 。,在穿着过程中，衣服与人体皮肤等摩擦所带电压可达数千甚至数万伏。,在某种条件下，静电放电的小火花,带电体分类,表面电阻R（）,非带电体 108以下,低带电体 108 1011,带电体 1011 1013,高带电体 1013 1015,超高带电体 1015以上,静电防护织物的作用机理 防静电方法可分为：分散泄漏消除静电法、放电消除静电法及电荷中和消除静电法,(2）利用电晕放电作用消除静电： 即在织物的纺织加工过程中混入适量的导电纤维,（1）利用静电的分散泄漏作用消除静电：合成纤维及其织物固有的比电阻一般为10l11018 cm ，

2、如将其降低到108109 cm以下，带电就大大降低，,纺织材料抗静电技术的发展经历三个阶段： (1)用表面活性剂对纤维或织物进行亲水化处理 (2)对成纤高聚物进行共混、共聚合、接枝改性引入亲水性极性基团，或在纤维内部添加抗静电剂，制取抗静电纤维。 抗静电纤维的电阻率为108-1010 cm 但仍以高湿环境作为电荷逸散的必要条件。,(3)导电纤维的研制和应用研究，导电纤维尚未形成公认的定义。通常把电阻率小于107 .cm的纤维定义为导电纤维。导电纤维的电阻率甚至小到10-410-5 cm .,包括金属纤维、碳纤维、导电聚合物等导电物质均一型导电纤维的研究、合成纤维外层涂覆碳黑等导电成分的导电物质

3、包覆型导电纤维的研究、碳黑或金属化合物与成纤高聚物复合纺丝得到的导电物质复合型导电纤维的研究。 导电纤维的应用使纺织品抗静电效果显著、耐久而不受环境湿度的影响。,纺织品防静电的手段 （1）抗静电纤维 合成纤维在摩擦时自然会带电，但是如何使产生的静电荷迅速泄漏，避免静电危害却是可以做到的。纺织材料泄漏静电荷的能力与纤维的比电阻有关，为了使静电电压处于不致使人产生不愉快的水平，纤维的比电阻应小于1010cm。通常把在标准条件下(相对湿度65，20)达到这一比电阻水平的纤维称为抗静电纤维。,一般合成纤维比电阻多在1013cm以上，通过吸湿改性方法，可以使纤维达到抗静电的水平。例如用亲水性的聚乙二醇、

4、烷基磺酸钠等，与聚合物共混或共聚改性等方法可以改善纤维的抗静电性。但是，这样处理往往会降低纤维的物理性能和耐热性能。,而且用这种方法制得的抗静电纤维织物在碱减量处理时，亲水组分易被碱液溶掉，并使纤维原纤化，在纤维热定型以及织物精练、染色、洗涤中，抗静电性能都会受到损失。 为了解决上述问题，目前较多采用的是复合纺丝法，即把纤维制成海岛型或芯鞘型复合纤维，其中岛相或芯部为含抗静电剂的聚合物组分，作为海相或鞘部的基体聚合物对抗静电组分起保护作用，以保持长期抗静电性能，同时不失去纤维原有的风格。,为了使织物具有抗静电性，抗静电纤维在织物中的混用量要达到50以上。 纤维抗静电性能也会受气候条件的影响，在

5、低温、干燥的条件下，抗静电效果明显降低。纳米抗静电剂的出现改变了抗静电剂加入量多的现状，目前研制的纳米抗静电剂的加入量在510左右就可以达到理想的效果。,获得抗静电织物的方法 主要有（1）把普通纤维与导电纤维按特定比例混纺；（2）将化纤织物表面涂敷抗静电整理剂；（3）利用抗静电纤维直接进行纺织品的织造。目前，利用普通纤维与导电纤维混纺获得抗静电织物的方法，在国内比较成熟。,抗静电纤维的制备 1.表面活性剂添加型抗静电纤维 作用原理为表面活性剂分子疏水端吸附于纤维表面、亲水性极性基团指向空间，形成极性表面，吸附空气中的水分子，降低纤维的表面电阻率，加速电荷逸散。所用表面活性剂包括阳离子型、阴离子

6、型和非离子型其中以阳离子表面活性剂的抗静电效果为最好、以高分子量非离子型表面活性剂的抗静电效果耐久性为最好。,采用的施加方法有喷洒、浸渍、涂敷等。此法的优点为简便易行，特别适合于消除纺织加工过程中的静电干扰；缺点为抗静电效果的耐久性差，表面活性剂易挥发，更不耐洗涤。 为制备效果相对耐久的表面活性剂添加型抗静电纤维，可采用将表面活性剂添加到纺丝液中进行共混纺丝的方法，利用表面活性剂从内向外的不断迁移扩散，使纤维表面长期含有表面活性剂。,表面活性剂的极性应与成纤高聚物有适当的差异，如极性相似，则二者相容性好，共混纺丝后表面活性剂难以迁移，纤维内部的表面活性剂未吸收水分而不起作用；如极性相差过大，则

7、很难相容，共混纺丝后表面活性剂很快渗析到表面，影响抗静电效果的耐久性。,由于表面活性剂的迁移是在纤维的非晶区依靠布朗运动向纤维表面迁移的，这种运动在纤维的玻璃化温度Tg以上时比较活跃、而在Tg以下时难以进行，故表面活性剂内部添加型抗静电纤维只适用于Tg处于室温的成纤高聚物，并且对于结晶度高的高聚物，应增加表面活性剂的用量。但添加量过大则影响纺丝性能.,此外，还有用粘合剂将表面活性剂固着于纤维表面、或使表面活性剂在纤维表面交联成膜等方法，其效果类似于在塑料表面涂刷抗静电清漆。 总之，此类纤维的抗静电效果均与环境湿度有密切关系。例如，含5聚乙烯醇(PEG)的PET纤维在75相对湿度时的表面比电阻为

8、108M，而在35相对湿度时达到1010M。,2 共混、共聚合和接枝改性型抗静电纤维 共混、共聚合和接枝改性型抗静电纤维的共同特点是在成纤高聚物中添加亲水性单体或聚合物，提高吸湿性、从而获得抗静电性能。 在PA、PAN、PET等基体中添加聚亚烷基二醇类聚合物进行共混纺丝的研究始于60年代。用PET与聚氧乙烯醚的嵌段共聚物和PET共混纺丝，可显著提高PET的抗静电性能。,硫酸铜混入腈纶纺丝液中，纺丝凝固成形后再经含硫还原剂处理，可提高导电纤维的生产效率、提高导电性能的耐久性。,除普通成纤高聚物与亲水性聚合物共混的典型共混纺丝方式外，还有聚合过程中加入亲水性聚合物、形成微多相分散体系的共混方式。

9、例如将聚乙二醇加入到已内酰胺反应混合物中，聚乙二醇以原纤状分散于PA6之中。同时聚乙二醇也有少量端羟基与己内酰胺开环后生成的氨基己酸中的羟基反应，提高了抗静电性能的耐久性。,采用化学引发、热引发、高能射线和紫外线辐照引发的接枝改性方法，将亲水性单体接枝于纤维表面，可有效地改善合成纤维的吸湿性，且亲水性单体的用量远少于其他方法，耐久性好。例如、PET纤维以二氯甲烷为膨胀剂、表面接枝丙烯酸后可提高吸湿性能、抗静电性能和染色性能，在接枝率为0、5.3、9.2时，织物静电半衰期分别为405s、0.5s、0.5s，经5次皂洗后的半衰期为405s、14s、o.5s,聚酯纤维通常采用丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙

10、烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸羟乙基酯等单体或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯等活性低聚物进行接技改性，形成抗静电纤维。接技率通常在10以下。 此类抗静电纤维仍以提高纤维的亲水性来加速电荷的泄漏，故在相对湿度低于40的干燥环境中，纤维的抗静电性能将受损失。,导电纤维 通常将比电阻率小于107 cm的纤维定义为导电纤维 （一）导电纤维的发展状况 导电纤维的现有品种类型有：金属纤维(不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维等)、碳纤维和有机导电纤维。,有机导电纤维又包括普通纺织纤维镀金属；普通纺织纤维镀碳；碳黑、石墨、金属或金属氧化物等导电性物质与普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤维；导电高

11、分子直接纺丝制成的有机导电纤维。 这些导电纤维从其结构上可分为导电成分均一型、导电成分被覆型、导电成分复合型三类。,金属纤维： 出现于60年代，最早由美国Bekaert公司推出商品化不锈钢纤维“Bekinox”。 金属材料的纤维化方法包括拉伸法(单丝拉伸法、集束拉伸法，直径835um)、熔融纺丝法(直径835um)、切削法(直径15300um)、结晶析出法(直径0.2-0.8um)等。,使用最多的金属材料为不锈钢，也有铜、铝、镍等。通常制成短纤维，与普通纺织纤维混纺织造，用于防静电地毯和工作服面料。 金属纤维的特点是导电性能好(10-4-10-5 cm )，耐热，耐化学腐蚀，但抱合力小，可纺性

12、能差，制成高细度纤维时价格昂贵；成品色泽受限制。多用于地毯和工作服面料；,碳素导电纤维：粘胶基、PAN基、沥青基碳纤维均为良好的导电纤维，且高强、耐热、耐化学药品。但纤维模量高、缺乏韧性、不耐弯折、无热收缩能力，不适合于纺织品使用。碳短纤维可填加于地毯胶乳中，赋予导电性。,由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电材料直接纺丝制成的有机导电纤维，纺丝困难，价格更高，也难在纺织品中使用。,自1977年美国科学家AFHeeger发现聚乙炔有明显的导电能力以来，聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物有迅速的发展，目前加碘聚乙炔的导电能力已达到室温下金属铜的水平(10-4 cm )。但导电聚合物

13、目前尚难应用于纺织品；主链中的共轭结构使分子链僵直，不溶不熔，难以纺丝加工，某些导电聚合物中的氧原子对水极不稳定；某些导电聚合物的单体有毒且怀疑是致癌物质，某些掺杂剂多有毒性，复杂的合成工艺使其制造成本昂贵。,只有聚苯胺可用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基丙烯脲(DMDU)、浓硫酸等溶剂、湿法纺丝或干湿法纺丝直接加工成导电纤维，但NMP价格昂贵，浓硫酸对设备的耐腐蚀性提出了苛刻的要求。聚苯胺在导电态是不能熔融的。目前正在研究聚苯胺塑化后熔融纺丝的方法。,帝人公司、BASF公司率先开发了表面涂覆碳黑的有机导电纤维。此后以普通合成纤维为基体，通过物理、机械、化学等途径在纤维表面涂敷固着金属

14、、碳、导电高分子等导电物质的方法出现过许多。此类导电纤维可获得较低的电阻率，导电成分都分布在纤维表面，放电效果好，但在摩擦和反复洗涤后皮层导电物质较易剥落。目前应用较广的碳黑涂敷型有机导电纤维的电阻率通常在103 cm 。,合成纤维编织成针织物经化学电镀或真空镀膜，再解编制成导电纤维。美国Rohm and Haas公司用化学镀层方法在尼龙纤维表面镀银制成导电纤维xStatic,东洋纺公司用低温熔融态金属浸渍制成具有金属皮层的导电纤维。Statex公司的Exstat则是采用非电解镀银技术制成的导电纤维。表面金属化导电纤维的电阻率可达到10-4 cm ，但耐久性、可纺性和染色性能较差，应用范围受到

15、限制。,将金属粉末或碳黑添加于粘合剂(白乳胶、丙烯酸树脂、环氧PA树脂等)，粘合剂定量注射到隙缝上，纤维连续通过隙缝时涂敷于表面。固化后经防水处理，制成导电纤维。电阻率可达10-210-3cm。,日本帝人公司的“梅塔莱安”即以聚酰胺为基材，以此法涂碳黑粉末制得。 采用皮芯复合结构的合成纤维为基材，皮层有较低的熔点。纤维在与碳黑相接触的状态下加热，当皮层软化时碳黑嵌入纤维表面。英国IcI公司曾以PET、PA为基材用此法生产导电纤维。,日本菱田三郎将涤纶置于含Na2S和HCl的混合溶液的密闭容器中，然后再经含硫化铜和还原剂的混合溶液处理，在Na2S和HCl反应产生的H2S气体高压作用下使Na2s渗

16、入纤维内部，使涤纶获得耐久的导电性。,1977年波兰okoniewskim等人将腈纶浸于铜盐溶液，使其吸附二价铜离子，再用还原剂使二价铜离子还原为一价铜离子，一价铜离子与腈纶纤维上的氰基络合并生成铜的硫化物，在纤维表面形成导电层。,以普通合成纤维为基体，经氧化剂处理后吸附苯胺单体，并引发聚合反应，形成有良好导电性能的聚苯胺导电层。 1987年日本菱田三郎等人将PET纤维经碘及碘化钾处理后置于吡咯蒸汽中，并引发聚合反应，在PET表面形成经掺杂的聚吡咯层，纤维的电阻率达17IO2cm 。,为寻求导电性能及耐久性更好的导电纤维，1978年日本东丽公司生产了以含碳黑的聚合物为岛、PAN为海的海岛型导电

17、纤维“SA7”，此后各大化纤公司纷纷开始含碳黑复合导电纤维的研究与开发，到80年代末期，日本碳黑复合型导电纤维的年产量达到200吨。,由于碳黑复合导电纤维通常呈灰黑色，不适合于浅色纺织品，故其应用范围受到限制。 曾对碳黑复合导电纤维采用增加含消光剂皮层的方法屏蔽碳黑的黑色，但效果有限；采用普通合成纤维长丝和碳黑复合导电纤维长丝做成混纤丝的方法可降低灰度，但导电能力受到影响。,（二）导电纤维的特性和抗静电机理 导电纤维学具有电晕放电能力，能起到向大气放掉静电的效果，电晕放电是一种很缓和的放电形式，当露电压达到一定的数值后即产生无火花的电晕放电，使露电消除，这是因为织物中的导电纤维，在露电场的作用

18、下，周围的空气产生电离作用而形成正负离于，正负离子中的一种与织物所带的露电荷相反而中和，另一种则与环境或大地中和，从而消除了静电。,抗静电剂 （一）概况： 目前使用最多的是外部抗静电剂。 它用于合成纤维生产、加工过程等表面喷涂；作为合成树脂薄膜及模制品加工过程的添加剂、抗静电剂。 外部抗静电剂有阴离子型、阳离子型、非离子型和两性表面活性剂。其中，阴离子型抗静电剂热稳定性好，多用于合成纤维生产、加工过程。,其主要有高级醇酸酯(盐)、脂肪族磺酸盐、高级酸磷酸酯(盐)。 平衡离子的阳离子部分除使用钠、钾等金属离子外，也用三乙醇胺等烷基醇胺。,常用的抗静电整理剂是脂肪族衍生物和季胺盐化合物。可以把烷基

19、氯化物连接到氮原子上，增加热稳定性(烷基磷酸盐化合物有200以上的稳定性)。 季胺盐一个突出的特点是它有油溶性和良好的吸湿性能。 含磷化合物也被广泛应用，但含磷化合物整理效果不能持久。,永久性的整理主要是在纤维的表面形成交联的聚合物薄膜，它含有吸水性基团或离子。理想的整理是在纤维的表面形成不溶性的膜，但抗静电(吸湿性)性能提高的同时会导致纤维的膨胀，从而降低纤维耐湿摩擦的性能。因此高吸湿低膨胀是人们追求的目标，目前人们只能以抗静电性能的部分损失来换取抗静电效果的持久性。这也就要求整理剂的耐洗性要好。,抗静电整理所用的抗静电整理剂一般属于表面活性剂，包括阳离子型、阴离子型和非离子型，其中阳离子表

20、面活性剂的抗静电效果最好，高分子量非离子型表面活性剂的抗静电耐久最好。 生产中不管采用那种抗静电整理剂，应具有以下物质和反应性交联基团,（1)具有吸湿性强的有机物质。如甘油、聚乙二醇等多元醇，吸湿性强的无机盐(氯化锂、氯化钠等)，以及离子型的溴化钾等。(2)具有吸附性和定向的表面活性剂，易与织物交联的基团，以及改性树脂、复合树脂和反应性有机硅酮树脂等。 (3)能够形成良好的导电性连续膜,（4)对染料的染色牢度无影响或影响很小，与其他整理剂拼混性较好，无刺激气味，以及不损害人体、不污染环境。 有些抗静电剂与含氟防水、防油剂混合使用，将大大降低防水性和防油性，同时也降低了抗静电性。因而在综合整理过

21、程中必须慎重选择抗静电整理剂，以获得理想的效果。,早期的抗静电整理剂聚合物含有聚氧乙烯片段，而聚氧乙烯片段是一种吸水性基团。也就是通过吸水性能的提高来达到抗静电的效果。 如一NH(CH2CH2O)nCH 2CH2NHRX-这类整理剂有两种类型.第一种类型的整理剂可用于尼龙、聚酯或醋酸纤维，整理时是纤维和聚胺发生反应。,经常使用的永久性的整理剂用PHPA(polythydroxyPoIyamines，聚羟胺)和TMPT(三嗪)。TMPT为：,（二）分类 1 吸湿剂和电解质 利用它们的吸湿作用增加纤维表面水分，从而增加其电导率，以迅速泄漏电荷，例如电解质(导电物质)能很快泄漏电荷。 常用的有甘油与

22、醋酸钾起使用、无机盐(如氯化锂)、胺类(如三乙醇胺)等。使用抗静电剂溶液的例子有：,三乙醇胺醋酸盐 8份,水 972份,三乙烯四胺蚁酸盐 8份,水 972份,二甲基乙醇胺丙二酸盐 10份,水 970份,以上三种抗静电液，可用于涤纶、锦纶、二醋纤维或三醋纤维及其与棉、毛、丝混纺物的外用抗静电剂。 能使纤维或织物的面电阻率从1014降到109,2.阴离子表面活性剂 烷基苯)硝酸钠、烷基硫酸钠、烷基硫酸酯、烷基苯酚聚氯乙烯醚硫酸酯和烷基磷酸酯都有抗静电作用，而以烷基磷酸酯和烷基苯酚聚氯乙烯醚硫酸酯的效果最好，在合纤纺丝油剂中常使用烷基磷酸酯。 它在浓度低时就有很好的抗静电作用，烷基苯磺酸钠浓度要达到

23、4时才有抗静电效果。,国产的抗静电剂P(相应于美国的victawet P)即为磷酸酯的二乙醇胺盐：,阴离子表面活性剂的抗静电作用是由于它在高聚物材料上定向吸附，它的亲油性基团朝向高聚物，而亲水性基团朝向空气，后者能与水缔合 从而能改善表面电导率，迅速泄漏电荷，达到抗静电的效果,若其亲油性基团朝向空气，非但无抗静电作用，反而会增加静电。所以，阴离子表面活性剂不适宜用作亲水性纤维的抗静电剂，因为它在亲水性纤维上，其亲水性基团定向吸附在纤维上，而亲油基朝向空气。也因为这个缘故，当处理织物时不同浓度会出现不同现象：最初表面活性剂分子的亲水基指向空气取向随着浓度增加，第二层分子是憎水基指向空气，如此反复

24、多次，最终几层分子处于无取向状态抗静电作用反而下降。,试验证明，在临界胶束（cmc)浓度时，往往表现抗静电的极大值。也由于同一原因无机电解质就能提高抗得电效果，因为它们能降低cmc，同一种抗静电剂在不同高聚物上的抗静电效果差别很大，甚至会出现相反效果。有的抗静电剂在涤纶上效果很好，但在TC混纺织物上却没有效果。,3 阳离子表面活性剂 阳离子表面活性剂是抗静电剂的大类品种，在低浓度时就具有优良的抗静电性能。由于大多数高分子材料都带负电荷，因此最有效的抗静电剂是阳离子和两性表面活性剂。 对塑料和合成纤维来说，好的抗静电剂是季铵盐，如抗静电剂TM,抗静电剂SN,NO3-,美国ACY公司抗静电剂Cat

25、anicSN,具有2个长链烷基如二(十二烷基)二甲基氯化铵、二十八酰基)二甲基氯化胺都是很好的抗静电剂，但三个以上长链烷基则抗静电效果明显减弱，有机酸季铵盐的抗静电效果最好，如三甲基十八烷基乙酸铵、丁酸铵及戊酸铵的抗静电性最好。,以吡啶作为阳离子基的烷基吡啶盐，如N十六烷基吡啶硝酸盐抗静电效果相当优良。碳链增加效果更好，但具有苯环时，效果减弱,NO3-,4.两性表面活性剂 两性表面活性剂中RNH2CH2COONa(氨基酸型)、,都可作抗静电剂。,甜菜碱型,咪唑啉型,每一类型中的阴离子部分可以是羧酸，也可以是磺酸基、硫酸基或磷酸基。两性表面活性剂是一类优良的抗静电剂。其中氨基酸型及吡唑琳型在PH低于其等电点时呈阳荷性，高于等电点时为阴荷性，而甜菜贼型在pH低于