CN103643338B - 一种利用超吸水微纳米球制备抗静电纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子合成纤维制造技术领域，涉及一种利用超吸水微纳米球制备抗静电纤维的方法，先将亲水单体、疏水单体、阴离子乳化剂和去离子水加入反应容器中进行预乳化处理得到预乳液，取出一部分预乳液备用；再将去离子水加入反应容器加热后逐滴加入引发剂水溶液进行反应直至无单体回流，将取出备用的预乳液、剩余的引发剂水溶液和硅烷偶联剂滴加到反应容器反应，冷却至室温得到超吸水微纳米球乳液后干燥得到抗静电聚合物粉末，将抗静电聚合物粉末与基体聚合物切片进行混合、挤出造粒得到抗静电母粒后再与基体聚合物切片进行混合、干燥和纺丝，制得抗静电纤维；其制备方法简单，生产成本低，应用广泛，环境友好。

Description

一种利用超吸水微纳米球制备抗静电纤维的方法

技术领域：

本发明属于高分子合成纤维制造技术领域，涉及一种利用超吸水微纳米球制备抗静电纤维的方法，将超吸水微纳米球运用到不同种类的纤维制造过程中，得到具有优良抗静电性能的抗静电纤维。

背景技术：

许多高分子材料(聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺6等)在使用过程中易产生静电积累，进而造成吸尘、产生火花，甚至导致***等恶性事故；在纺织工业、化工、炼油业、采矿业以及军事工业中，由于高分子材料在生产、加工和使用过程中易产生静电积累，往往造成重大损失；在人们的日常生活中，织物在使用过程中，由于自身摩擦或与其他物体相摩擦易产生和积累正负不同或电荷大小不同的静电，在干燥环境下更下明显。而且服饰的静电现象不仅会使其容易吸尘，更会使服饰抱缠皮肤，使人体产生刺痒感，对人体健康构成威胁。因此，抗静电高分子材料的研制，尤其是和人们日常生活联系最紧密的抗静电纤维的研制，已成为一个迫不及待的研究领域。目前，国内外对于抗静电纤维的制备方法主要有三种：一是将纤维或者织物浸渍于抗静电剂中，或者是在其表面涂覆表面活性剂类抗静电剂，这种方法操作简单，但是获得的抗静电纤维经过水洗或者干洗后抗静电剂易于脱落，不能保持抗静电效果的持久性；二是在纤维的制备过程中加入炭黑、金属或者是金属氧化物，制成抗静电纤维，这种方法制成的抗静电纤维性能稳定、效果优异、耐久性强、不受气候等条件的影响，但是在加工过程中纤维的可纺性降低，同时获得的抗静电纤维力学性能差，颜色和透明度也难以满足要求；三是将基体聚合物与某些具有特定抗静电性能的高分子化合物进行接枝共聚，或是在高分子材料的加工过程中加入高分子抗静电剂，这种方法制得的抗静电纤维具有良好的热稳定性、抗静电性和良好的耐久性，但仍然要克服抗静电剂与基体聚合物的相容性差的问题。综上所述，现有的抗静电纤维存在以下问题：表面涂覆得到的抗静电纤维抗静电效果耐久性差；添加无机类或金属类抗静电成分降低了纤维的可纺性和可染性；亲水性高分子抗静电剂与基体相容性差，导致纺丝过程中断头等系列问题。

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种抗静电纤维的制备方法，把超吸水微纳米球运用到不同成纤聚合物的加工过程中，制备出不同种类的抗静电纤维。

为了实现上述目的，本发明包括超吸水微纳米球的制备和抗静电纤维的制备两个步骤，其具体制备工艺过程为：

(1)、超吸水微纳米球的制备：先从亲水单体组A中选择分别为0.5～4份的一种或两种亲水单体，从疏水单体组B中选择分别为16～25份的一种或两种疏水单体，并选取常用的阴离子乳化剂0.5～3份，将亲水单体、疏水单体、阴离子乳化剂和20～30份去离子水加入装有温度计、冷凝管并带有氮气保护的250mL反应容器中，在室温下搅拌进行预乳化处理0.5～1小时后得到预乳液，取出预乳液总重量的40～60％留备后用，然后将40～60份的去离子水加入反应容器并升温至65～80℃，逐滴加入引发剂水溶液总重量的40～60％进行反应直至无单体回流，引发剂水溶液由0.1～0.5份过硫酸铵或过硫酸钾溶于10份去离子水配制得到；然后将取出备用的预乳液、剩余未加完的引发剂水溶液和1～5份具有可聚合双键类的硅烷偶联剂缓慢滴加到反应容器，滴加完毕后，在65～80℃温度条件下反应1～1.5小时后冷却至室温，制备得到二元、三元或四元共聚超吸水微纳米球乳液，所加各成份均为重量份；

(2)、抗静电纤维的制备：将步骤(1)制备的二元、三元或四元共聚超吸水微纳米球乳液采用现有技术中的冷冻干燥法进行干燥得到抗静电聚合物粉末，再将10～20份抗静电聚合物粉末与90～180份基体聚合物切片进行混合，在200～300℃温度条件下挤出造粒得到抗静电母粒；然后将10～200份抗静电母粒与400～2000份基体聚合物切片进行混合，在150～200℃温度条件下干燥后，再在纺丝温度为150～300℃、纺丝速度为200～8000m/min的条件下进行熔融纺丝，制得抗静电纤维；所加各成份均为重量份。

本发明涉及的亲水单体组A包括丙烯酸或其盐类、丙烯磺酸或其盐类、甲基丙烯磺酸或其盐类和苯乙烯磺酸或其盐类；疏水单体组B包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、丁二烯、1-丁烯和四氟乙烯；阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；具有可聚合双键类的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂或丙烯酰氧基硅烷偶联剂；基体聚合物为烯烃类聚合物、聚酯或聚酰胺常用的成纤聚合物，是聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺。

本发明将制备的二元、三元或四元共聚超吸水微纳米球作为高分子永久型抗静电剂，在纤维的制备、加工过程中加入抗静电剂制造出耐久性的抗静电纤维，这种通过表面改性和硬化处理的二元至四元的共聚物微纳米球克服传统高分子抗静电剂与基体聚合物相容性差的问题，所获纤维的力学性能、可纺性能也均未受到影响，在工业生产中，这种抗静电纤维可广泛应用于严禁静电、灰尘以及火花的工作环境；在日常生活中，抗静电织物减小静电对人们健康造成的伤害；其制备方法简单，生产成本低，应用广泛，环境友好，在拥有长久的抗静电效果的同时，不影响纤维的力学性能、可染性和表面润滑度。

附图说明：

图1为本发明涉及的超吸水微纳米球抗静电剂在抗静电纤维中的分布结构原理示意图。

图2为本发明涉及的超吸水微纳米球核壳结构抗静电原理示意图，其中1为超吸水纳米微球内核，主要起吸湿作用；2为超吸水纳米微球外壳，由表面硬化处理层而提高与基体高分子的相容性。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

本实施例包括超吸水微纳米球的制备和抗静电纤维的制备两个步骤，其具体制备工艺过程为：

(1)、超吸水微纳米球的制备：先从亲水单体组A中选择分别为0.5～4份的一种或两种亲水单体，从疏水单体组B中选择分别为16～25份的一种或两种疏水单体，并选取常用的阴离子乳化剂0.5～3份，将亲水单体、疏水单体、阴离子乳化剂和20～30份去离子水加入装有温度计、冷凝管并带有氮气保护的250mL反应容器中，在室温下搅拌进行预乳化处理0.5～1小时后得到预乳液，取出预乳液总重量的40～60％留备后用，然后将40～60份的去离子水加入反应容器并升温至65～80℃，逐滴加入引发剂水溶液总重量的40～60％进行反应直至无单体回流，引发剂水溶液由0.1～0.5份过硫酸铵或过硫酸钾溶于10份去离子水配制得到；然后将事先取出备用的预乳液和剩余未加完的引发剂水溶液和1～5份具有可聚合双键类的硅烷偶联剂缓慢滴加到反应容器，滴加完毕后，在65～80℃温度条件下反应1～1.5小时后冷却至室温，制备得到二元、三元或四元共聚超吸水微纳米球乳液，所加各成份均为重量份；

(2)、抗静电纤维的制备：将步骤(1)制备的二元、三元或四元共聚超吸水微纳米球乳液采用现有技术中的冷冻干燥法进行干燥得到抗静电聚合物粉末，再将10～20份抗静电聚合物粉末与90～180份基体聚合物切片进行混合，在200～300℃温度条件下挤出造粒得到抗静电母粒；然后将10～200份抗静电母粒与400～2000份基体聚合物切片进行混合，在150～200℃温度条件下干燥后再在纺丝温度为150～300℃、纺丝速度为200～8000m/min的条件下进行熔融纺丝，制得抗静电纤维；所加各成份均为重量份。

本实施例涉及的亲水单体组A包括丙烯酸或其盐类、丙烯磺酸或其盐类、甲基丙烯磺酸或其盐类和苯乙烯磺酸或其盐类；疏水单体组B包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、丁二烯、1-丁烯和四氟乙烯；阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；具有可聚合双键类的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂或丙烯酰氧基硅烷偶联剂；基体聚合物为烯烃类聚合物、聚酯或聚酰胺常用的成纤聚合物，包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺。

实施例1：

本实施例包括超吸水微纳米球的制备和抗静电纤维的制备两个步骤，其具体制备工艺过程为：

(1)、超吸水微纳米球的制备：先分别在亲水单体组A和疏水单体组B中各选一种单体进行二元共聚，从亲水单体组A中选择一种亲水单体1份，从疏水单体组B中选择一种疏水单体19份，选择十二烷基苯磺酸钠1份，将所选的亲水单体、疏水单体、十二烷基苯磺酸钠和30份去离子水加入装有温度计、冷凝管并带有氮气保护的250mL反应容器中，在室温下搅拌预乳化处理0.5小时后得到预乳液，取出45wt％的预乳液，再将50份去离子水加入反应容器并升温至70℃，逐滴加入40～60wt％的引发剂水溶液进行反应直至无单体回流，引发剂水溶液由0.1～0.5份过硫酸铵或过硫酸钾溶于10份去离子水配制得到；然后剩余预乳液、剩余引发剂水溶液和1份硅烷偶联剂缓慢滴加到反应容器，温度保持在70℃，滴加完毕后，保温反应1小时后冷却至室温，制备得到二元共聚超吸水微纳米球乳液；

(2)、抗静电纤维的制备：将步骤(1)制备的二元共聚超吸水微纳米球乳液冷冻干燥，得到抗静电聚合物粉末，然后将10份聚合物粉末与90份聚丙烯切片混合，在220℃温度条件下挤出、造粒，得到抗静电母粒；再将80份抗静电母粒与320份聚丙烯切片混合后在150℃条件下干燥，然后在纺丝温度为220℃、纺丝速度为500m/min的条件下进行熔融纺丝，制备得到抗静电聚丙烯纤维，编号1。

实施例2：

本实施例包括超吸水微纳米球的制备和抗静电纤维的制备两个步骤，其具体制备工艺过程为：

(1)、超吸水微纳米球的制备：在亲水单体组A中选择一种单体，疏水单体组B中选择两种单体进行三元共聚，从亲水单体组A中选择一种亲水单体2份，从疏水单体组B中选择两种疏水单体，每种疏水单体分别为20份，选择十二烷基苯磺酸钠2份，将所选的亲水单体、疏水单体、十二烷基苯磺酸钠和20份去离子水加入装有温度计、冷凝管并带有氮气保护的250mL反应容器中，在室温下搅拌预乳化处理0.5小时后得到预乳液，取出40wt％的预乳液，再将40份去离子水加入反应容器并升温至70℃，逐滴加入40～60wt％的引发剂水溶液进行反应直至无单体回流，引发剂水溶液由0.1～0.5份过硫酸铵或过硫酸钾溶于10份去离子水配制得到；然后将剩余预乳液、剩余引发剂水溶液和2份硅烷偶联剂缓慢滴加到反应容器，温度保持70℃，滴加完毕后，保温反应1小时后冷却至室温，制备得到三元共聚超吸水微纳米球乳液；

(2)、抗静电纤维的制备：将制备的三元共聚超吸水微纳米球乳液冷冻干燥得到抗静电聚合物粉末，然后将10份聚合物粉末与90份聚丙烯切片混合，在220℃温度条件下挤出、造粒，得到抗静电母粒；再将80份抗静电母粒与320份聚丙烯切片混合后150℃条件下干燥，然后在纺丝温度为220℃、纺丝速度为500m/min的条件下下进行熔融纺丝，制备得到抗静电聚丙烯纤维，编号2。

实施例3：

本实施例包括超吸水微纳米球的制备和抗静电纤维的制备两个步骤，其具体制备工艺过程为：

(1)、超吸水微纳米球的制备：先在亲水单体组A和疏水单体组B中各选两种单体进行四元共聚，从亲水单体组A中选择分别为2份的两种亲水单体，从疏水单体组B中选择分别为20份的两种疏水单体，选择十二烷基苯磺酸钠2.5份，将所选的亲水单体、疏水单体、十二烷基苯磺酸钠和25份去离子水加入装有温度计、冷凝管并带有氮气保护的250mL反应容器中，在室温下搅拌预乳化处理0.5小时过后得到预乳液，取出50wt％的预乳液，再将50份去离子水加入反应容器并升温至70℃，逐滴加入40～60wt％的引发剂水溶液进行反应直至无单体回流，引发剂水溶液由0.1～0.5份过硫酸铵或过硫酸钾溶于10份去离子水配制得到；然后将剩余预乳液、剩余引发剂水溶液和2.5份硅烷偶联剂缓慢滴加到反应容器，温度保持70℃，滴加完毕后，保温反应1小时后冷却至室温，制备得到四元共聚超吸水微纳米球乳液；

(2)、抗静电纤维的制备：将制备的四元共聚超吸水微纳米球乳液冷冻干燥得到抗静电聚合物粉末，然后将10份的聚合物粉末与90份聚丙烯切片混合，在220℃温度条件下挤出、造粒，得到抗静电母粒；再将80份抗静电母粒与320份聚丙烯切片混合后150℃条件下干燥，然后在纺丝温度为220℃、纺丝速度为500m/min的条件下下进行熔融纺丝，制备得到抗静电聚丙烯纤维，编号3。

本实施例与实施例1和2的对比结果如下表所示：

其中，√表示效果好。

Claims (2)

1.一种利用超吸水微纳米球制备抗静电纤维的方法，其特征在于包括超吸水微纳米球的制备和抗静电纤维的制备两个步骤，其具体制备工艺过程为：

(1)、超吸水微纳米球的制备：先从亲水单体组A中选择分别为0.5～4份的一种或两种亲水单体，从疏水单体组B中选择分别为16～25份的一种或两种疏水单体，并选取常用的阴离子乳化剂0.5～3份，将亲水单体、疏水单体、阴离子乳化剂和20～30份去离子水加入装有温度计、冷凝管并带有氮气保护的250mL反应容器中，在室温下搅拌进行预乳化处理0.5～1小时后得到预乳液，取出预乳液总重量的40～60％留备后用，然后将40～60份的去离子水加入反应容器并升温至65～80℃，逐滴加入引发剂水溶液总重量的40～60％进行反应直至无单体回流，引发剂水溶液由0.1～0.5份过硫酸铵或过硫酸钾溶于10份去离子水配制得到；然后再将取出备用的预乳液和剩余未加完的引发剂水溶液和1～5份具有可聚合双键类的硅烷偶联剂缓慢滴加到反应容器，滴加完毕后，在65～80℃温度条件下反应1～1.5小时后冷却至室温，制备得到二元、三元或四元共聚超吸水微纳米球乳液，所加各成份均为重量份；其中，亲水单体组A包括丙烯酸或其盐类、丙烯磺酸或其盐类、甲基丙烯磺酸或其盐类和苯乙烯磺酸或其盐类；疏水单体组B包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、丁二烯、1-丁烯和四氟乙烯；

(2)、抗静电纤维的制备：将步骤(1)制备的二元、三元或四元共聚超吸水微纳米球乳液采用现有技术中的冷冻干燥法进行干燥得到抗静电聚合物粉末，再将10～20份抗静电聚合物粉末与90～180份基体聚合物切片进行混合，在200～300℃温度条件下挤出造粒得到抗静电母粒；然后再将10～200份抗静电母粒与400～2000份基体聚合物切片进行混合，在150～200℃温度条件下干燥后，再在纺丝温度为150～300℃、纺丝速度为200～8000m/min的条件下进行熔融纺丝，制得抗静电纤维；所加各成份均为重量份。

2.根据权利要求1所述的利用超吸水微纳米球制备抗静电纤维的方法，其特征在于涉及的阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；具有可聚合双键类的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂或丙烯酰氧基硅烷偶联剂；基体聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺。