CN101463560B

CN101463560B - 耐磨耗的抗静电纤维及制造方法和制造该纤维的组合物

Info

Publication number: CN101463560B
Application number: CN2007101597819A
Authority: CN
Inventors: 黄泳彬; 陈晓萍; 谢孟志
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101463560A

Abstract

本发明涉及一种耐磨耗的抗静电纤维/织物，更进一步地，本发明还涉及用于制造该纤维/织物的组合物以及该抗静电纤维/织物的制造方法。本发明提供的组合物包括：0.5-70wt％的高分子材料颗粒；0.1-50wt％的烷基磷酸酯盐；余量为溶剂。所述制造抗静电纤维/织物的方法是使纤维的表面形成高分子材料与烷基磷酸酯盐的混掺热熔着层，进而提升纤维/织物的抗静电性以及耐磨耗性能。

Description

耐磨耗的抗静电纤维及制造方法和制造该纤维的组合物

技术领域

本发明涉及一种耐磨耗的抗静电纤维/织物，更进一步地，本发明涉及一种用于制造该耐磨耗的抗静电纤维/织物的组合物及利用该组合物制造所述同时具有了耐磨性和抗静电特性的纤维/织物的方法。

背景技术

一般的合成纤维由于其疏水性，干燥时易于因摩擦而累积静电荷，有时其电压可达10kV以上。因此合成纤维织物往往给人不愉快的感觉，诸如行走中裤子缠身，脱衣时产生电火花，以及易于吸附灰尘等问题。如果置于散布有危险品的环境中(例如石油、火药)，还可能引起火灾爆炸等事故。

一般合成纤维织物表面电阻多在10¹³Ω以上，通常可通过染整助剂、纺丝添加和共聚物改质等方法，使纤维达到降低电阻的效果，然而这些方式目前各自存在尚待改进的缺点，例如：(一)以助剂处理的方式会造成纤维湿粘(因表面结合高极性吸湿剂)，抗静电效果有限，而且纤维厚硬(大量PU固定抗静电剂)造成柔软度下降；(二)另外也有采取抗静电纺丝添加的方式，然而此类纺丝纤维因使用导电碳黑，使颜色限于黑色且价格昂贵，例如日本Unitika Megana E5聚酯纤维是于聚合物中加入具有导电性的高浓度碳，在混入比例＜1％条件下即可抗静电，其应用领域为地毯和鞋的底部；而钟纺Belltron纤维是将碳黑或白色金属化合物与普通高聚物纺丝而成，三层并列，导电层在中间，混入少量在织物中以达到抗静电的效果；也有利用抗静电剂混炼的方式，但会对纤维物性产生影响；(三)利用导电纤维交织的方式，然而此类以不锈钢纤维混入织物的方式价格昂贵，且容易损伤机台，例如印度organza薄纱具有蕊-鞘结构的纱线，蕊部纤维有高抗张强度，鞘部结构则是铜箔等金属纱线，大都当作装饰用。市售的抗静电尼龙纤维一般皆使用高含量的细金属丝添加在尼龙纤维中制作而成，此做法除了价格昂贵之外，更易造成加工机台严重磨损；此外也有以复合纺丝的方法达到抗静电的功效，例如聚苯胺复合导电纤维，其是采用合成纤维高分子为基体，聚苯胺为导体，通过与普通合成纤维交织，目前有用于抗静电工作服的制作。另外也有以抗静电共聚物的方式使纤维具有抗静电的功效，但以PEG共聚物为例，其纤维强度会因此下降，而在Sulfonate共聚物(即CD-Nylon)方面则会使摩擦静电非常高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐磨耗的抗静电纤维，使纤维在具有抗静电的特性的同时还能进一步具有耐磨耗的特性。

本发明的目的还在于提供一种用于处理纤维或织物的组合物，可使纤维同时具有抗静电和耐磨耗的特性，尤其可用于制造前述耐磨耗的抗静电纤维。

本发明的目的还在于提供一种利用前述组合物制造具有抗静电和耐磨耗特性的纤维的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种耐磨耗的抗静电纤维，其包含纤维主体；至少一层贴附于该纤维主体表面的抗静电处理层；其中抗静电处理层的材质包括高分子材料和烷基磷酸酯盐。

本发明还提供了一种用于制造耐磨耗的抗静电纤维的组合物，以组合物的总重量计，其包含如下组成：0.5-70wt％的高分子材料颗粒；0.1-50wt％的烷基磷酸酯盐；余量为溶剂。

根据本发明的具体方案，抗静电纤维中的纤维主体可以包括合成纤维或天然纤维，优选地，所述纤维主体包括尼龙纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维和棉纤维等中的一种或一种以上的组合。

本发明的技术方案所采用的高分子材料优选包括聚乙烯、聚丙烯或其混合物等，所采用的烷基磷酸酯盐优选包括烷基磷酸单酯盐和/或烷基磷酸双酯盐；其中，包含所述单酯盐和双酯盐时，烷基磷酸单酯盐与烷基磷酸双酯盐的重量比例优选为约5∶95～95∶5；适用于本发明的烷基磷酸酯盐的烷基优选为八至二十四个碳的直链或支链烷基。在本发明的较佳实施例中，前述的烷基磷酸酯盐的烷基优选包含0-20个氧乙烯结构。优选地，适用于本发明的烷基磷酸酯盐可以包括烷基磷酸酯钾盐、烷基磷酸酯钠盐、烷基磷酸酯钙盐或烷基磷酸酯铵盐等。

为提高本发明所提供的抗静电纤维的抗静电特性，本发明的抗静电纤维的抗静电处理层或者前述用于制造抗静电纤维的组合物中可以进一步包含碳黑、氧化锌或其混合物等有助于提高抗静电特性的物质。

根据本发明的具体方案，前述组合物中的高分子材料颗粒包括聚乙烯颗粒、聚丙烯颗粒或其混合物等；高分子材料颗粒的粒径优选为约500nm-10μm。组合物中所选用的溶剂优选为水。

本发明还提供了一种制造耐磨耗的抗静电纤维的方法，其包括以下步骤：(a)取一纤维或由纤维形成的织物；(b)将步骤(a)的纤维或由纤维形成的织物与前述的制造耐磨耗的抗静电纤维的组合物接触；(c)将经步骤(b)处理的纤维或由纤维形成的织物加热干燥。

根据本发明的具体方案，步骤(b)中的处理可以采用油轮、油嘴、浸渍、涂布或喷洒等方式进行，其中油轮、油嘴应理解为采用油轮、油嘴等装置以相关的方式进行。

本发明所提及的“纤维”与“纤维/织物”用语除通常意义的纤维，还包括利用该纤维所加工的织物等相关产品。

本发明的耐磨耗的抗静电纤维或织物相较于处理前的纤维或织物具有更低的电阻，可使电荷易于疏导避免累积造成高静电压，此外处理后的纤维更以倍数程度大幅地提高了耐磨耗能力。

附图说明

图1为本发明的耐磨耗的抗静电纤维的电子显微镜影像图。

图2为测试纤维磨擦断裂次数的装置示意图。

具体实施方式

本发明提供的耐磨耗的抗静电纤维，包含纤维主体；以及至少一层抗静电处理层，该处理层贴附于纤维主体的表面；其中抗静电处理层的材质包括高分子材料和烷基磷酸酯盐。

本发明主要针对合成纤维，但对于提高天然纤维的抗磨耗处理亦适用。所述合成纤维可以包括，但不限于尼龙纤维或聚酯纤维等。而抗静电处理层的高分子材料可以包括，但不限于聚乙烯、聚丙烯或其混合物等。

抗静电处理层中的烷基磷酸酯盐则可以包括烷基磷酸单酯盐或烷基磷酸双酯盐(例如以下的钠盐结构式)，也可以两者混用。当混用时，烷基磷酸单酯盐和烷基磷酸双酯盐的重量比例范围为约5∶95～95∶5。

烷基磷酸单酯钠盐烷基磷酸双酯钠盐

一般而言，适用于本发明的烷基磷酸酯盐(例如上式，R为烷基、E0为氧乙烯结构，X为氧乙烯结构的数目)，其烷基可以为八至二十四个碳的直链或支链烷基；在部分实施例中，烷基磷酸酯盐的烷基包含0-20个(即x＝0～20)氧乙烯(EO)结构。常见而适用于本发明的烷基磷酸酯盐包括烷基磷酸酯钾盐、烷基磷酸酯钠盐、烷基磷酸酯钙盐或烷基磷酸酯铵盐等。

在部分的实施例中，为加强纤维的抗静电特性，本发明的抗静电纤维的抗静电处理层中进一步可以包括，但不限于碳黑、氧化锌或其混合物等有助于提升抗静电特性的物质。

本发明提供的耐磨耗的抗静电纤维的电子显微镜影像如图1所示，由图中可见纤维表面具有由高分子材料和烷基磷酸酯盐形成的混掺热熔着层(即本发明的抗静电处理层，图1所示的抗静电处理层由聚乙烯和磷酸酯钠盐形成)。

本发明提供的用于制作耐磨耗的抗静电纤维的组合物(或称抗静电剂)，以组合物的总重量计，其包含如下组成：0.5-70wt％的高分子材料颗粒；0.1-50wt％的烷基磷酸酯盐；余量为溶剂。

一般而言，适用于上述组合物的高分子材料颗粒包括，但不限于聚乙烯颗粒、聚丙烯颗粒或其混合物等；而在较佳的实施例中，高分子材料颗粒优选采用粒径为约500nm-10μm的颗粒。至于烷基磷酸酯盐的定义，与前述相同。

本发明提供的组合物中所使用的溶剂，其目的在于使高分子材料颗粒与烷基磷酸酯盐充分混匀，并且以在后续处理中易于移除为佳，最常见可供使用的溶剂为水。由上可知，本发明的组合物为液态的混合液，加热时会造成溶剂的挥发，并且使其中所包含的高分子颗粒与烷基磷酸酯盐熔融混掺在一起。

为使利用本发明提供的组合物制造的纤维具有更佳的抗静电特性，本发明提供的组合物进一步可以包含碳黑、氧化锌或其混合物等可以用于提升所述纤维的抗静电性的添加物。

本发明提供的利用所述组合物制造具有耐磨耗的抗静电纤维/织物的方法，其包括如下步骤：首先取欲处理的纤维或由纤维形成的织物；接着将此纤维或织物与前述的组合物接触，接触的方法可以是将纤维或织物直接浸渍于组合物中，或者利用涂布或喷撒等方法将组合物与纤维或织物接触；最后将表面具有组合物的纤维或由纤维形成的织物加热干燥，以移除组合物中的溶剂，使组合物热熔着于纤维或织物的表面。

上述方法中所称的组合物指本说明书中用于制造耐磨耗的抗静电纤维的组合物，其中的组成、定义和比例同前述。

在上述方法中包含将具有该组合物的纤维或由纤维形成的织物加热干燥的步骤，其操作可根据纤维的特性以及组合物中高分子材料的分子量和/或熔点特性而变动加热的温度，加热的目的除了移除组合物中的溶剂，例如水之外，另一目的在于使组合物中的高分子材料颗粒熔融，而与组合物中的烷基磷酸酯盐和其它可能有的用于提升抗静电性的物质混掺热熔合贴附于纤维表面，因此加热的温度可视高分子材料特性而定，无需特别限定。此外，为使贴合的效果更佳，加热时可配合例如热压等手段使贴合的效果更佳。

加热烘干时，烷基磷酸酯盐靠着其自身的长碳链(可长达C24)可与高分子材料(例如PE或PP)混掺在一起。冷却后，抗静电剂会因此通过高分子材料固定并贴附在纤维上，其中烷基磷酸酯盐的高极性基团会吸收空气中水份进而帮助散逸静电及降低电阻。另外，由于抗静电微粒(即烷基磷酸酯盐)被包覆在高分子材料颗粒内，因此也具有耐水洗性。此外，高分子材料的高结晶和低摩擦系数特性将使纤维具有优异的抗摩擦和磨耗性能。

以下实施例用于进一步了解本发明的优点，并非用于限制本发明的保护范围。

实施例1.制造耐磨耗的抗静电纤维/织物

耐磨耗的抗静电尼龙织物

取本发明所述用于制造耐磨耗的抗静电纤维/织物的组合物，该组合物中(以组合物的总重量计)包含3.5wt％的聚乙烯颗粒(粒径：500nm-10μm、熔点：105℃-120℃、分子量约1500)，1.5wt％的烷基磷酸酯钠盐(烷基链长16-18个碳、烷基中含有10个氧乙烯结构、单/双酯盐比例为65∶35)，以及95wt％的水。将利用尼龙纤维(150d/48f)织成的织物(经密×纬密：110×56根/英寸)浸入前述组合物中，以压轮方式(压力：4kg·f/cm²)压去多余的组合物液体，然后进行烘干(170℃，1分钟)，即可制得耐磨耗的抗静电尼龙织物。

耐磨耗的抗静电聚酯纤维

取本发明用于制造耐磨耗的抗静电纤维/织物的组合物，该组合物中(以组合物的总重量计)包含7wt％的聚乙烯颗粒(粒径：500nm-10μm、熔点：105℃-120C、分子量约1500)，3wt％的烷基磷酸酯钠盐(烷基链长16-18个碳、烷基中含有10个氧乙烯结构、单/双酯盐比例为65∶35)，以及90wt％的水。将聚酯纤维(80d/72f)定速(250m/min)通过可吐出定量(0.56g/min)前述组合物的油嘴，通过油嘴使组合物与聚酯纤维结合，然后把纤维放入烘箱进行烘干(130℃，5分钟)，即可制得耐磨耗的抗静电聚酯纤维。

实施例2.耐磨耗的抗静电纤维/织物的性质检测

耐磨耗的抗静电尼龙纤维

取实施例1制得的尼龙织物进行表面电阻测试：拆取其中一根长约100厘米的尼龙纤维A，利用图2所示的装置，将纤维A来回移动进行纤维磨擦断裂测试，同时取未经实施例方法处理的尼龙纤维，进行同样测试，所得结果如下表1：

表1、尼龙纤维和织物经处理前后的物性测试

	织物表面电阻(Ω)	纤维磨擦断裂所需次数
			经耐磨耗与抗静电处理	10⁸	2350
未处理	10¹³	475

由上表可知，处理后的尼龙织物的电阻值降低，可减少静电的累积达到抗静电的效果，而在磨擦断裂次数上则有倍数的增加，显示尼龙纤维(或织物)的耐磨耗特性获得提升。

耐磨耗的抗静电聚酯纤维

取实施例1制得的耐磨耗的抗静电聚酯纤维进行纤维磨擦断裂次数测试，其是利用图2所示的装置加以测试。另外以该聚酯纤维以织袜管布的方式制成织物后进行表面电阻测试。同时取未经上述抗静电处理的聚酯纤维，进行同样的测试。所得结果如下表2：

表2、聚酯纤维(织物)经处理前后的物性测试

	织物表面电阻(Ω)	纤维磨擦断裂所需次数
			经耐磨耗与抗静电处理	10⁸	2033
未处理	10¹³	395

由上表可知，处理后的聚酯织物的电阻值降低，可减少静电的累积达到抗静电的效果，而在磨擦断裂次数上则有倍数的增加，显示聚酯纤维的耐磨耗特性获得提升。

综上所述，本发明的组合物以及利用该组合物制作的耐磨耗的抗静电纤维/织物相较于未处理的纤维/织物能有效降低电阻值，减少纤维/织物的静电蓄积，此外在耐磨耗的特性上则有倍数级别的提升，延长了纤维/织物的使用寿命。

在本说明书中所揭示的所有特征都可能与其它方法结合，本说明书中所揭示的每一个特征都可能选择性的以相同、相等或相似目的特征取代，因此，除了特别显著的特征之外，所有的本说明书所揭示的特征仅是相等或相似特征中的一个例子。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。

Claims

1.一种耐磨耗的抗静电纤维，包含如下结构：

纤维主体；以及

至少一层贴附于该纤维主体表面的抗静电处理层；

其中，所述抗静电处理层的材质包括高分子材料和烷基磷酸酯盐；其中，所述高分子材料的粒径为500nm～10μm，所述高分子材料为聚乙烯、聚丙烯或其混合物。

2.如权利要求1所述的抗静电纤维，其中，所述纤维主体的材质包括尼龙纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维和棉纤维中的一种或一种以上的组合。

3.如权利要求1所述的抗静电纤维，其中，所述烷基磷酸酯盐包括烷基磷酸单酯盐和/或烷基磷酸双酯盐。

4.如权利要求3所述的抗静电纤维，其中，所述烷基磷酸酯盐包括烷基磷酸单酯盐和烷基磷酸双酯盐，且烷基磷酸单酯盐与烷基磷酸双酯盐的重量比例为5∶95～95∶5。

5.如权利要求1所述的抗静电纤维，其中，所述烷基磷酸酯盐中的烷基为八至二十四个碳的直链或支链烷基。

6.如权利要求1所述的抗静电纤维，其中，所述烷基磷酸酯盐中的烷基包含0-20个氧乙烯结构。

7.如权利要求1所述的抗静电纤维，其中，所述烷基磷酸酯盐包括烷基磷酸酯钾盐、烷基磷酸酯钠盐、烷基磷酸酯钙盐或烷基磷酸酯铵盐。

8.如权利要求1所述的抗静电纤维，其中，所述抗静电处理层中进一步包含碳黑、氧化锌或其混合物。

9.一种用于制造耐磨耗的抗静电纤维的组合物，以组合物的总重量计，其包含如下组成：

0.5-70wt％的高分子材料颗粒；所述高分子材料颗粒的粒径为500nm～10μm；所述高分子材料颗粒为聚乙烯颗粒、聚丙烯颗粒或其混合物；

0.1-50wt％的烷基磷酸酯盐；

余量为溶剂。

10.如权利要求9所述的组合物，其中，所述烷基磷酸酯盐包括烷基磷酸单酯盐和/或烷基磷酸双酯盐。

11.如权利要求10所述的组合物，其中，所述烷基磷酸酯盐包括烷基磷酸单酯盐和烷基磷酸双酯盐，且烷基磷酸单酯盐与烷基磷酸双酯盐的重量比例为5∶95-95∶5。

12.如权利要求9所述的组合物，其中，所述烷基磷酸酯盐中的烷基为八至二十四个碳的直链或支链烷基。

13.如权利要求9所述的组合物，其中，所述烷基磷酸酯盐中的烷基包含0-20个氧乙烯结构。

14.如权利要求9所述的组合物，其中，所述烷基磷酸酯盐包括烷基磷酸酯钾盐、烷基磷酸酯钠盐、烷基磷酸酯钙盐或烷基磷酸酯铵盐。

15.如权利要求9所述的组合物，其中，所述溶剂为水。

16.如权利要求9所述的组合物，其中，所述组合物进一步包含碳黑、氧化锌或其混合物。

17.一种制造权利要求1所述的耐磨耗的抗静电纤维的方法，其包括如下步骤：

(a)取一纤维或由纤维形成的织物；

(b)将步骤(a)的纤维或由纤维形成的织物与权利要求9所述的组合物接触；以及

(c)将经过步骤(b)处理的纤维或由纤维形成的织物加热干燥。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述步骤(b)使纤维或织物与组合物接触的处理采用浸渍、涂布或喷洒进行。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述步骤(b)使纤维或织物与组合物接触的处理采用油轮或油嘴进行。