CN102230277B - 用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布及其处理方法，防静电无纺布是表面接枝有季铵盐化合物的纤维素长纤无纺布或者含有纤维素短纤的无纺布，季铵盐化合物是带有在碱性条件下可与羟基发生反应的活性基团的季铵盐化合物。处理方法包括(1)配制季铵盐化合物溶液，加入碱性催化剂，制成防静电整理液；(2)用防静电整理液对无纺布浸轧处理；(3)无纺布分别低温烘干和高温焙烘或直接高温焙烘；(4)将处理后的无纺布进行清洗、烘干。本发明的防静电无纺布的防静电性能持久稳定、制备工艺简单，可用于制造无尘擦拭纸，在擦拭过程中，季铵盐化合物接枝分子在不同极性的溶剂作用下不会脱落或溶出、不会对产品产生污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种防静电无纺布及其处理方法，该无纺布用于制造无尘擦拭布，适用于生产硬盘磁头、液晶显示面板、半导体芯片、电路板、光学透镜、精密仪器、医疗设备、生化试剂等产品的无尘受控环境。
背景技术
无尘擦拭纸，是由无纺布制造而成的、广泛应用于无尘室的擦拭作业。无尘擦拭纸应具备吸水快、纤维不脱落、无有害重金属和有机物、低的溶剂溶出物等优点。目前，常用于制造无尘擦拭纸的无纺布有三种：(1)不同比例的再生纤维素短纤(如粘胶纤维)和涤纶短纤结合的无纺布或木浆纤维和涤纶纤维复合无纺布，常采用射流喷网成布法(简称水刺法)制备。(2)采用化纤长丝制备的无纺布，如PP熔喷布、PP或PET纺粘布。(3)纤维素长纤无纺布，如旭化成铜氨纤维无纺布。上述三种用于制造无尘擦拭纸的无纺布，都不具备抗静电的功能。无纺布纤维表面电阻过大、摩擦电压较高，在擦拭使用过程中容易产生静电，不适用于对静电敏感的产品。
为克服上述缺陷，可对无纺布进行防静电处理，使其具有防静电性能：(1)一种方法是对无纺布进行防静电涂层处理，即采用浸渍、喷淋、超声等物理方法在无纺布上涂覆防静电剂。例如申请号为200820216679.8的中国专利公开了一种防静电复合无纺布，采用浸渍或者喷淋防静电剂(磷酸烷基酸盐)的纺粘无纺布层与其他无纺布层复合而成；申请号为200610039281.7的中国专利公开了一种防静电、防渗透无纺布，采用浸渍和烘干的方法将非离子型防静电剂涂覆在无纺布上；申请号为200910063776.7的中国发明专利公开了一种抑菌抗静电多功能无纺布，通过超声波的作用，将抑菌抗静电整理剂均匀的渗透在纤维结构中。这类涂层方法优点是制备工艺简单，缺点是防静电剂和纤维结合力较小，容易挥发失效，防静电、作用不持久；通过涂层获得的防静电无纺布，由于抑菌抗静电剂只能通过各种范德华力、氢键等非化学键作用物理吸附在纤维表面，作为无尘擦拭纸使用时，不能满足低的溶剂溶出物的要求，容易对擦拭面产生污染。(2)另一种方法是将抗静电母粒添加在无纺布的生产原料中，熔融后经过喷丝板再进行纺丝的方式生产防静电无纺布。例如申请号为200910110331.X的中国发明专利公开了一种防静电无纺布、及其制作工艺以及采用其制作的口罩，在无纺布的制作原料中加入母粒和防静电母粒，共同熔融挤出，拉伸成纤维丝、铺设成网，加固形成防静电无纺布，该法生产的无纺布防静电、性能良好且效果持久，但是生产成本较高；且在生产过程中，防静电、母粒与无纺布纤维原料会存在相容性差的问题，容易造成喷丝板中的丝孔堵塞。
综上所述，普通无尘擦拭纸不具备防静电的功能，在擦拭过程中产生较高的摩擦电压，容易对电子产品造成损害。而现有技术制备的防静电无纺布由于缺乏持久的防静电性能和加工困难等问题，不能满足各种无尘室的擦拭要求，不适于用作无尘擦拭纸。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有持久的防静电性能、不会对擦拭面产生污染的防静电无纺布，尤其适用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布。
本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种制备工艺简单、能将防静电剂通过化学共价键作用牢固结合在无纺布纤维表面、不会对擦拭面产生污染的防静电无纺布及其处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布，所述的无纺布为纤维素长纤无纺布、或者含有纤维素短纤的无纺布，所述无纺布表面接枝有季铵盐化合物，所述的季铵盐化合物是带有在碱性条件下与羟基发生反应的活性基团的季铵盐化合物。
用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布中，所述季铵盐化合物的化学结构通式为：
上式中，X、X1、X2各自独立为卤素，R1为碳原子数1-5的烷基，R2、R3和R4各自独立为碳原子数为1-2的烷基。
用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布中，所述X、X1、X2各自独立为氯。
用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布中，所述含有纤维素短纤的无纺布中，纤维素短纤的含量为50％～100％。
所述含有纤维素短纤的无纺布优选纤维素短纤和涤纶短纤结合或复合的无纺布。
用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布中，所述的纤维素长纤为再生纤维素纤维，所述纤维素短纤为再生纤维素纤维或木浆纤维。
防静电无纺布的处理方法，包括下述步骤：
(1)配制季铵盐化合物水溶液，加入碱性催化剂，制成防静电整理液；防静电整理液中季铵盐化合物的质量百分浓度为0.5％-15％，碱催化剂的质量百分浓度为0.05％-5％；
(2)用防静电整理液对无纺布进行浸轧处理；并控制无纺布的轧余率为50％-150％；
(3)将含防静电整理液的无纺布在30℃-50℃的低温条件下进行烘干，再于100℃-130℃的高温条件下进行焙烘，或直接在100℃-130℃的高温条件下焙烘，焙烘时间为1min-10min；
(4)将烘干后无纺布进行清洗、再烘干、成卷包装，得到防静电无纺布。
防静电无纺布的处理方法中，所述的无纺布为纤维素长纤无纺布、或者含有纤维素短纤的无纺布。
防静电无纺布的处理方法中，所述的纤维素长纤为再生纤维素纤维，所述纤维素短纤为再生纤维素纤维或木浆纤维。
防静电无纺布的处理方法中，所述含有纤维素短纤的无纺布中，纤维素短纤的含量为50％～100％；所述含有纤维素短纤的无纺布优选纤维素短纤和涤纶短纤结合或复合的无纺布。
防静电无纺布的处理方法中，所述的季铵盐化合物是带有在碱性条件下与羟基发生反应的活性基团的季铵盐化合物。
防静电无纺布的处理方法中，所述的在碱性条件下与羟基发生反应的活性基团为环氧基或者端点碳连接有卤素原子且与端点碳相邻的碳原子上连接有羟基的乙基基团。即所述季铵盐化合物的化学结构通式为：
防静电无纺布的处理方法中，所述碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、醋酸钠、醋酸钾、氨水中的一种或多种。
本发明所述的再生纤维素纤维是指以纤维素为原料重新再利用的纤维。
本发明的无纺布是在纤维素长纤或者含有纤维素短纤的无纺布表面接枝具有防静电作用的季铵盐化合物。其作用原理为：在碱催化剂和一定温度的作用下，带活性基团的季铵盐化合物与无纺布纤维素纤维表面的羟基发生接枝反应形成防静电网络层。季铵盐化合物中的环氧基或者端点碳连接有卤素原子且与端点碳相邻的碳原子上连接有羟基的乙基基团通过与纤维素纤维表面的羟基发生反应，以化学键结合在纤维表面上。带活性反应基团的季铵盐阳离子化合物是使无纺布具有防静电作用的主要成分。由于季铵盐的阳离子作用，可吸收更多空气中的水分，在纤维表面形成连续水膜层，使得纤维表面因摩擦产生的电荷可以快速导走，有效降低无纺布的摩擦电压。
综上所述，本发明产品的处理方法工艺简单、易操作，生产的防静电无纺布防静电效果持久，防静电涂层在不同极性的溶剂均不会脱落或溶出。
具体实施方式
实施例1，用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布是：在70％粘胶短纤和30％涤纶短纤结合的水刺无纺布表面接枝3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵制成的防静电无纺布。
无纺布的防静电处理方法包括下述步骤：
(1)配制15％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，加入2％的碱性催化剂氢氧化钠，制成防静电整理液，放入浸轧槽；
(2)本实施例选择70％粘胶短纤和30％涤纶短纤结合的水刺无纺布，将该无纺布放入浸轧槽中，通过防静电整理液对其进行浸轧处理，轧余率控制在50％；
(3)将浸轧处理后的无纺布在30℃的低温条件下进行烘干，再在100℃的高温条件下进行焙烘10min；
(4)将烘干后的无纺布进行清洗，再烘干，成卷包装，得到防静电无纺布。
(5)测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量，测试结果见表1。
实施例2，用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布是：在100％粘胶纤维水刺无纺布表面接枝2，3-环氧丙烷三乙基氯化铵制成的防静电无纺布。
无纺布的防静电处理方法包括下述步骤：
(1)配制0.5％的2，3-环氧丙烷三乙基氯化铵，加入0.05％的碱性催化剂氢氧化钠，制成防静电整理液，放入浸轧槽；
(2)本实施例选择100％粘胶纤维水刺无纺布，将该无纺布放入浸轧槽中，通过防静电整理液对无纺布进行浸轧处理，轧余率控制在150％；
(3)将浸轧处理后的无纺布直接在130℃的高温条件下进行焙烘4min；
(4)将烘干后无纺布进行清洗，再烘干，成卷包装，得到防静电无纺布。
(5)测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量，测试结果见表1。
实施例3，用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布是：在50％粘胶短纤和50％涤纶短纤结合的水刺无纺布表面接枝2，3-环氧丙烷三甲基氯化铵制成的防静电无纺布。
无纺布的防静电处理方法包括下述步骤：
(1)配制10％的2，3-环氧丙烷三甲基氯化铵，加入0.2％的碱性催化剂氢氧化钠，制成防静电整理液，放入浸轧槽；
(2)本实施例选择50％粘胶短纤和50％涤纶短纤结合的水刺无纺布，将该无纺布放入浸轧槽中，通过防静电整理液对无纺布进行浸轧处理，轧余率控制在80％；
(3)将浸轧处理后的的无纺布在40℃的低温条件下进行烘干，再在130℃的高温条件下进行焙烘3min；
(4)将烘干后无纺布进行清洗，再烘干，成卷包装，得到防静电无纺布。
(5)测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量，测试结果见表1。
实施例4，用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布是：在70％天丝(Lyocell)和30％涤纶短纤结合的水刺无纺布接枝3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵制成的防静电无纺布。
无纺布的防静电处理方法包括下述步骤：
(1)配制10％的3氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，加入5％的碱性催化剂碳酸钠，制成防静电整理液，放入浸轧槽；
(2)本实施例选择70％天丝(Lyocell)和30％涤纶短纤结合的水刺无纺布，将该无纺布放入浸轧槽中，通过防静电整理液对无纺布进行浸轧处理，轧余率控制在100％；
(3)将浸轧处理后的无纺布在45℃的低温条件下进行烘干，再在130℃的高温条件下进行焙烘1min；
(4)将烘干后无纺布进行清洗，再烘干，成卷包装，得到防静电无纺布。
(5)测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量，测试结果见表1。
实施例5
用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布是：在100％纤维素(铜氨纤维)长纤无纺布(日本旭化成生产)表面接枝2，3-环氧丙烷三乙基氯化铵制成的防静电无纺布。
无纺布的防静电处理方法包括下述步骤：
(1)配制5％的2，3-环氧丙烷三乙基氯化铵，加入0.5％的碱性催化剂氢氧化钠，制成防静电整理液，放入浸轧槽；
(2)本实施例选择100％纤维素(铜氨纤维)长纤无纺布，将该无纺布放入浸轧槽中，通过防静电整理液对无纺布进行浸轧处理，轧余率控制在100％；
(3)将浸轧处理后的无纺布直接在120℃的高温条件下进行焙烘5min；
(4)将烘干后无纺布进行清洗，再烘干，成卷包装，得到防静电无纺布。
(5)测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量，测试结果见表1。
实施例6、用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布是：在55％木浆纤维和45％涤纶短纤的水刺无纺布表面接枝3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵制成的防静电无纺布。
无纺布的防静电处理方法包括下述步骤：
(1)配制2％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，加入2％的碱性催化剂氨水(质量百分比浓度：28.0％)，制成防静电整理液，放入浸轧槽；
(2)本实施例选择55％木浆纤维和45％涤纶短纤的水刺无纺布，将该无纺布放入浸轧槽中，通过防静电整理液对无纺布进行浸轧处理，轧余率控制在120％；
(3)将浸轧处理后的无纺布在40℃的低温条件下进行烘干，再在110℃的高温条件下进行焙烘5min；
(4)将烘干后无纺布进行清洗，再烘干，成卷包装，得到防静电无纺布。
(5)测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量，测试结果见表1。
对比例1
采用50％粘胶短纤和50％涤纶短纤的水刺无纺布，测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量。测试结果见表1。
对比例2
采用70％天丝(Lyocell)短纤和30％涤纶短纤的水刺无纺布，测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量。测试结果见表1。
对比例3
采用100％纤维素(铜氨纤维)长纤无纺布，测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量。测试结果见表1。
对比例4
采用55％木浆纤维和45％涤纶短纤的水刺无纺布，测试无纺布的防静电性能和非挥发有机化合物总量。测试结果见表1。
测试内容和方法：
防静电性能和非挥发有机化合物总量测试在class100级无尘室中进行，温湿度条件：温度20±2℃，湿度RH为50±5％。
防静电性能：包括表面电阻和摩擦电压。按照中国标准GB、T 12703-2008《纺织品静电测试方法》检测无纺布的表面电阻；按照中国标准GB12703.5-2010《防静电服》检测无纺布的摩擦电压。
非挥发有机化合物总量(volatile organic compounds，简称NVR)：所用萃取溶剂包括异丙醇和去离子水，按照国际标准IEST-RP-CC004.3sec.6.1.2测试单位面积的无纺布被溶剂萃取出来的非挥发性有机化合物总重量。
注：标准IEST-RP-CC004.3全称为Evaluating Wiping Materials Used inCleanrooms and other Controlled Environments(在洁净室与其它受控环境内使用擦拭材料的评估方法)。
表1不同无纺布的测试数据
| 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 6.8×108 | 1.6×109 | 2.3×1011 | 9.5×1010 | 6.3×1010 | 1.8×1011 |
| ＜1 | 1～2 | 214 | 182 | 56 | 203 |
| 0.018 | 0.041 | 0.025 | 0.016 | 0.009 | 0.030 |
| 0.051 | 0.072 | 0.041 | 0.027 | 0.013 | 0.065 |
由上表数据可知：通过本发明方法制造的防静电无纺布，表面电阻在108Ω-109Ω之间，摩擦电压小于20V，用作无尘擦拭纸，可有效防止其使用过程中产生静电；非挥发有机化合物总量的测试结果表明：在水或异丙醇的溶解作用下，防静电整理剂已与纤维素表面紧密结合，在不同极性的溶剂作用下，均不脱落或被溶出，保证了防静电性能持久，作为无尘擦拭纸使用不会污染被擦拭面或产品。
本发明中所用无纺布，可以是水刺无纺布、针刺无纺布、热合无纺布、纺粘无纺布或熔喷无纺布等不同的无纺布。对于粘胶短纤和涤纶短纤相结合的无纺布或木浆复合涤纶短纤无纺布，首选水刺加工工艺，可得到柔软、吸水性能更佳的擦拭纸材料；对于100％铜氨纤维长纤无纺布，首选纺粘加工工艺，如日本旭化成生产的M-3无尘擦拭纸所用无纺布，可得到柔软、吸水性能佳、掉屑少的擦拭纸材料。
Claims (9)
1.一种用于制造无尘擦拭纸的防静电无纺布，其特征在于，所述的无纺布为纤维素长纤无纺布、或者含有纤维素短纤的无纺布，所述无纺布表面接枝有季铵盐化合物，所述的季铵盐化合物是带有在碱性条件下与羟基发生反应的活性基团的季铵盐化合物；所述季铵盐化合物的化学结构通式为：
上式中，X、X1、X2各自独立为卤素，R1为碳原子数1-5的烷基，R2、R3和R4各自独立为碳原子数为1-2的烷基。
2.根据权利要求1所述的制造无尘擦拭纸的防静电无纺布，其特征在于，所述X、X1、X2各自独立为氯。
3.根据权利要求1所述的制造无尘擦拭纸的防静电无纺布，其特征在于，所述的纤维素长纤为再生纤维素纤维，所述纤维素短纤为再生纤维素纤维或木浆纤维。
4.一种用于权利要求1～3任意一项所述防静电无纺布的处理方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）配制季铵盐化合物水溶液，加入碱性催化剂，制成防静电整理液；防静电整理液中季铵盐化合物的质量百分浓度为0.5%-15%，碱催化剂的质量百分浓度为0.05%-5%；
（2）用防静电整理液对无纺布进行浸轧处理；并控制无纺布的轧余率为50%-150%；
（3）将含防静电整理液的无纺布在30℃-50℃的低温条件下进行烘干，再于100℃-130℃的高温条件下进行焙烘，或直接在100℃-130℃的高温条件下焙烘，焙烘时间为1min-10min；
（4）将烘干后的无纺布进行清洗、再烘干、成卷包装，得到防静电无纺布。
5.根据权利要求4所述的防静电无纺布的处理方法，其特征在于，所述的无纺布为纤维素纤维长纤无纺布、或者含有纤维素短纤的无纺布。
6.根据权利要求5所述的防静电无纺布的处理方法，其特征在于，所述的纤维素长纤为再生纤维素纤维，所述纤维素短纤为再生纤维素纤维或木浆纤维。
7.根据权利要求4所述的防静电无纺布的处理方法，其特征在于，所述的季铵盐化合物是带有在碱性条件下与羟基发生反应的活性基团的季铵盐化合物。
8.根据权利要求7所述的防静电无纺布的处理方法，其特征在于，所述的在碱性条件下与羟基发生反应的活性基团为环氧基或者端点碳连接有卤素原子且与端点碳相邻的碳原子上连接有羟基的乙基基团。
9.根据权利要求4所述的防静电无纺布的处理方法，其特征在于，所述碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、醋酸钠、醋酸钾、氨水中的一种或多种。
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