CN102965937A - 一种耐久抗静电纺织品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐久抗静电纺织品及其制造方法。组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且皮膜树脂层为具有重复亲水单元的多官能(甲基)丙烯酸酯类的树脂层，其厚度为10～1000nm；根据JIS L1096 F1、F2、F3标准洗涤50次后，该纺织品的摩擦带电压在3000V以下。本发明填补了后整理无法简单加工出工业洗涤耐久性优良且手感好的功能性纺织品的空白。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗静电纺织品，具体涉及一种工业洗涤耐久性佳的抗静电纺织品及其制造方法。
背景技术
众所周知，目前的防静电措施都是以减少静电量和导去静电的方法为主。常用的方法一是对织物进行抗静电后整理，二是将导电性纤维用混纺、交织或其它方法混合织进织物，以导去静电。对织物进行抗静电后整理是使抗静电剂吸附在织物的表面。一般的外部抗静电剂在洗涤、摩擦和受热时，吸附的分子层容易从纤维的表面脱落，同时表面吸附的分子层还有向内部迁移的趋势，因而抗静电剂不能持久，在使用和贮存过程中，抗静电性能会逐渐降低或消失。通常的方法是在织物表面涂覆一层亲水性树脂或也可以用单体或预聚物的形式涂覆在纤维的表面，然后经热处理使之聚合而形成亲水层树脂；或者采用后整理加工的方法，如中国授权专利ZL 200510028479.0中公开了利用超声波在纳米级抗静电粒子的分散液中产生的空化效应及其他物理机械效应推动抗静电粒子迅速地嵌入到织物和纤维的微细缝隙、沟槽和孔洞内，再采用粘合剂进行封堵处理；但由于粘合剂的封堵只是在织物和纤维的微细缝隙、沟槽和孔洞内，洗涤时单纤维之间发生移动易造成树脂层在经过洗涤强度很大的工业洗涤后容易脱落，从而导致洗涤耐久性低下；同时需要通过添加柔软剂等功能性整理剂改善手感，随着洗涤次数的增加，其手感也会不断变化。
近期亦有通过各种技术加工纳米粒子附着于纤维表面，制备出具有抗静电功能纳米功能纺织品。例如在陈雪花等《涤纶织物的纳米抗静电功能整理》、韩建等《纳米抗静电整理剂及其作用研究》中均提出了将纳米功能性材料分散在水中形成处理浴，采用溶胶-凝胶法制备出纳米功能性分散体，然后配制成抗静电整理工作液对织物进行处理；但是，由于该纳米颗粒层仅仅依靠吸附力吸附于纤维表面会使得纤维结构体的手感变硬，导致其在收到机械的外加作用力及表面活性剂的作用下，其手感及洗涤耐久性较差。并且在实际工厂加工过程中，还会出现团聚、分散不均匀、干燥过程中纳米颗粒层破裂等现象。
如中国授权专利CN10119126713中公开了一种纳米耐久抗静电纺织品，虽然其单纤维表面85％以上覆盖有纳米厚度皮膜，但其只能耐家庭洗涤，还没能达到高强度的工业洗涤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好抗静电性、良好工业洗涤耐久性且手感柔软的耐久抗静电纺织品及其制造方法。
本发明的技术解决方案是：
一种耐久抗静电纺织品，组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的抗静电皮膜树脂层组成；且皮膜树脂层为具有重复亲水单元的(甲基)丙烯酸酯类的皮膜树脂层，其厚度为10～1000nm；根据JIS L 1096 F1、F2、F3标准洗涤50次后，该纺织品的摩擦带电压在3000V以下。
上述组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维的限定可以根据TEM进行多点测试进行判断，当皮膜纤维含量低于85％、或皮膜厚度小于10nm或皮膜厚度大于1000nm时，工业洗涤耐久性会大幅度下降。特别是皮膜厚度小于10nm时，初期抗静电性也会有大幅下降，而大于1000nm时其手感也会发生变化，耐物理磨耗性能也大幅下降。本发明的单纤维表面复合的纳米级厚度的(甲基)丙烯酸酯类树脂层具有空间三维立体结构，可增强皮膜的稳定性，提高皮膜的柔软度，同时可大幅提高工业洗涤耐久性。
这里所讲的重复亲水单元具有如下通式结构：
-RCH-CH2-O-
式中R表示H原子和甲基中的至少一个。
当单纤维表面均匀覆盖了具有此结构的重复亲水单元时，由于该重复亲水单元具有优良的亲水性能，不但提高了皮膜中水分含量还同时能给纤维带来优良的抗静电性，还会赋予纤维其他特殊的手感及良好的风格。
重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的60％或者更多。
考虑到该亲水性单元可以影响到皮膜的水油度(HLB值)，进而影响织物的抗静电耐久性.所述重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的60～90％。
该亲水性皮膜树脂膜在100℃中处理1小时后其失重率在5％以内，也就是重要保持率在95％以上。
本发明纺织品的制造方法包括纤维纺织品的准备，以及在过氧化物存在下将以含重复亲水单元的多官能(甲基)丙烯酸酯类化合物的单体水溶液聚合成膜的工序，具体如下：
a、纤维纺织品的准备；
b、工作液调制：根据需要，选用亲水性成膜剂(重复亲水单元的多官能丙烯酸酯类化合物)、强度增强性成膜剂(具有亲水单元的改性聚氨酯、水溶性改性三聚氰胺类中的一种或几种)、氧化剂(过氧化物)以及水，按照下列比例混合、充分搅拌调制成抗静电整理工作液；
其余为软水；
其中其他功能性助剂可以是对成膜有帮助的有机硅颗粒，也可以是一些功能性纳米颗粒(如抗菌性银粒子等)，其中粒径可以根据所使用范围不同而做出不同的调整。
考虑到该织物的工业洗涤耐久性，在特别恶劣的环境中使用，通过不同性能的皮膜互穿网络补强的皮膜补偿方法，具体是使用和(甲基)丙烯酸酯树脂亲水性的相反的三聚氰胺类或聚氨酯类等稍微具有疏水性的树脂(强度增强用成膜剂)，不但可以调整皮膜的HLB值，增加皮膜和纤维的相互吸附力还可以通过互不干扰的形成互穿网络结构，弥补了(甲基)丙烯酸酯树脂膜的一些缺点，从而提高皮膜的耐久性。
这里的具有重复亲水单元的多官能丙烯酸酯类化合物的水油度(HLB)值是10～23，针对于涤纶纤维优选13～18，其理由是在该范围内树脂在纤维表面所成皮膜对比于范围外的的皮膜更为均匀，并且所成皮膜与涤纶单纤维的吸附能力最强，洗涤性能也将最高。
HLB计算方法：HLB＝7+11.7lgM W/M O
式中M W和M O分别为表面活性剂分子中亲水基团和亲油基团的分子量。
将步骤a中的织物浸渍在所制成的抗静电整理工作液中，通过浸轧挤压作用将加工液以一定附着率附于在纤维表面。
c、热处理：在温度80～120℃的条件下纤维纺织品暴露于饱和蒸汽中热处理2～20分钟，使得树脂均匀地连续地覆盖于单纤维表面，纤维与纤维之间不产生树脂连接的状态；
d、皂洗：热处理后，在温度为50～80℃水浴中洗涤2～20分钟，去除吸附在纤维表面的未充分反应的药剂以及催化剂；
e、烘干、定型：水洗后进行充分烘干，烘干处理后在温度为160～190℃的条件下定型30～120秒。
在本发明的抗静电纤维结构体中，虽然纤维结构体的形态不特别限定于二维结构或者立体结构等，但优选为织造布、非织造布等织物状纤维结构体。
对于构成所述纤维结构体的纤维材料也没有特别限定，可以是聚酯、聚酰胺、丙烯酸酯、聚氨酯等合成纤维，也可以是粘胶、铜氨、醋酯纤维等半合成纤维，其中优选聚酯和聚酰胺纤维。
上述聚酯纤维中可以共聚或掺混有第3、4等成分。
在无损本发明的目的的范围内，还可以根据需要在纤维中添加1种或多种消光剂、阳离子染料染色剂、热稳定剂、阻燃剂(含磷化合物)等添加剂。
对构成纤维结构体的纤维形态没有特别限定，单纤维截面可以是圆形、菱形、三角、扁平、Y型、C型、中空、*型。对单纤维的粗细没有特别的限定。
对添加功能性粒子也没有特别的限定，可以是抗菌粒子、抗紫外粒子等纳米级颗粒，但除去对皮膜反应有损害的部分粒子(例如与过氧类催化剂互溶时会发生沉淀的粒子)，以及根据不同粒子颗粒大小需要设计不同厚度的皮膜。
本发明产品具有卓越的抗静电性、良好的工业洗涤耐久性且手感柔软；安全性高、耐光牢度佳；方法简单易行。
附图说明
图1为实施例4单纤维表面的SEM写真；
图2为实施例4单纤维表面的TEM写真(0.5μm倍率)；
图3为实施例4单纤维表面的TEM写真(5μm倍率)；
图4为实施例4单纤维表面的TEM写真(100nm倍率)；
图5为实施例5单纤维表面的TEM写真(5μm倍率)；
图6为实施例5单纤维表面的TEM写真(0.5μm倍率)；
图7为实施例5单纤维表面的TEM写真(100nm倍率)；
图8为比较例1单纤维表面的SEM写真(2000倍率)。
图9为比较例2单纤维表面的SEM写真(1600倍率)。
图10为比较例3单纤维表面的SEM写真(1500倍率)。
具体实施方式
本发明中的各参数测试方法如下：
(1)摩擦带电压 JIS L 1094标准
(2)工业洗涤法 JIS L 1096 F1、F2、F3标准
(3)洗涤色牢度 JIS L 0844标准
(4)变色性 织物加工前后色变化值ΔE
(5)耐摩擦牢度 JIS L 0849标准
(6)耐光牢度 JIS L 0841标准
(7)家庭洗涤法 JIS L 0217103标准
(8)抗菌性 JIS L 1902菌液吸收法
(9)膜厚 使用TEM进行多点观测取其平均值
(10)HLB值
根据亲水基团和亲油基团的分子量通过下述计算式计算得出.
HLB计算方法：HLB＝7+11.7lgM W/M O
式中M W和M O分别为表面活性剂分子中亲水基团和亲油基团的分子量
(10)重复亲水单元及其分子式测试方法
通过核磁共振光谱分析法(可参考分析测试学报2006年7月Vol.25No.4《用NMR分析可生物降解的两亲性嵌段共聚物的相对分子质量和组成》赵辉鹏，张琰，查刘生，府寿宽写)测试皮膜分子式、通过分子式计算重复亲水单元的质量比。
下面结合实施例和比较例对本发明作进一步说明。
实施例1
①纤维纺织品的准备：涤纶(100％)薄地织物
②工作液调制：
3官能团甲基丙烯酸酯(亲水性成膜剂) 20g
醚化改性三聚氰胺(强度增强用成膜剂) 5g
过硫酸铵(催化剂) 2g
然后加软水充分搅拌均匀调配成1升工作液
③加工
将准备好的涤纶(100％)薄地织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率36.9％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽105℃×3分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表1：
表1
上述3官能团甲基丙烯酸酯中含有重复亲水单元-CH3-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为13.85，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为150nm～300nm，重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的65～75％。
实施例2
①纤维纺织品的准备：尼龙6(100％)薄地织物
②工作液调制：
4官能团甲酯丙烯酸酯(亲水成膜剂) 25g
过硫酸铵(催化剂) 2g
然后加水充分搅拌均匀调配成1升工作液
HLB值17.57
③加工
将准备好的尼龙6(100％)薄地织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率36.9％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽103℃×3分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表2：
表2
上述4官能团甲基丙烯酸酯含有重复亲水单元-CH3-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为13.57，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为270nm～500nm，重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的80～90％。
实施例3
①纤维纺织品的准备：尼龙6(100％)薄地织物
②工作液调制：
然后加水充分搅拌均匀调配成1升工作液
③加工
将准备好的尼龙6(100％)薄地织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率36.9％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽90℃×15分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表3：
表3
上述2官能团甲基丙烯酸酯及3官能团甲基丙烯酸酯中含有重复亲水单元-CH3-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为20.19，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为100nm～300nm，重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的75～85％。
实施例4：
①纤维纺织品的准备：涤纶(100％)中厚织物
②工作液调制：
4官能甲酯丙烯酸酯(亲水性成膜剂) 17g
改性三聚氰胺(强度增强用成膜剂) 6g
过硫酸铵(催化剂) 2g
然后加水充分搅拌均匀调配成1升工作液
③加工
将准备好的涤纶(100％)中厚织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率71％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽105℃×3分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表4：
表4
上述4官能团甲基丙烯酸酯中含有重复亲水单元-CH3-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为12.20，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为100nm～250nm，重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的60～70％。
实施例5：
①纤维纺织品的准备：涤纶(100％)中厚织物
②工作液调制：
HLB值为16.20
然后加水充分搅拌均匀调配成1升工作液；其中纳米银溶解稀释时可采用超声波分散5分钟后再与其他药剂进行调和配置工作液。
③加工
将准备好的涤纶(100％)中厚织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率71％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽110℃×3分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表5：
表5
上述4官能团甲基丙烯酸酯中含有重复亲水单元-CH3-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为10.13，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为100nm～250nm，且皮膜中间黑色条状物质为纳米厚度皮膜树脂层，黑色颗粒为100nm以下的纳米级颗粒均匀分散于纳米厚度的皮膜树脂层中，重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的60～70％。
实施例6
①纤维纺织品的准备：涤纶(100％)超薄地织物
②工作液调制：
2官能团甲基丙烯酸酯(亲水性成膜剂) 5g
醚化改性三聚氰胺(强度增强用成膜剂) 3g
过硫酸铵(催化剂) 2g
然后加软水充分搅拌均匀调配成1升工作液
③加工
将准备好的涤纶(100％)薄地织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率33.17％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽100℃×20分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表1：
表6
上述2官能团甲基丙烯酸酯中含有重复亲水单元-H-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为18.91，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为10nm～90nm，重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的50～60％。
实施例7
①纤维纺织品的准备：尼龙6(100％)中厚地织物
②工作液调制：
4官能团甲酯丙烯酸酯(亲水成膜剂) 25g
3官能团甲酯丙烯酸酯(亲水成膜剂) 20g
过硫酸铵(催化剂) 2g
然后加水充分搅拌均匀调配成1升工作液
③加工
将准备好的尼龙6(100％)中厚地织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率36.9％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽103℃×3分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表2：
表7
上述4官能团甲基丙烯酸酯及上述3官能团甲基丙烯酸酯中均含有重复亲水单元-CH3-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为21.57，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为400nm～900nm，重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的85～95％。
实施例8
①纤维纺织品的准备：涤纶(100％)中厚织物
②工作液调制：
然后加水充分搅拌均匀调配成1升工作液；其中纳米银溶解稀释时可采用超声波分散5分钟后再与其他药剂进行调和配置工作液。
③加工
将准备好的涤纶(100％)中厚织物进行染色后采用上述工作液进行浸轧加工(轧液率71％)，然后在汽蒸机(饱和蒸汽103℃×3分钟)中处理，最后采用热风型普通针板定型机(175℃×45秒)进行定型，得到本发明的耐久抗静电纺织品，其性能见表5：
表8
上述4官能团甲基丙烯酸酯中含有重复亲水单元-CH3-CH-CH2-O-，上述所制成反应皮膜HLB值为15.20，根据TEM多点测试判断组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层厚度为400nm～1000nm，且皮膜中或皮膜表面分散及镶嵌有功能性颗粒(根据粒子粒径不同及功能粒子的用途不同可以设计不同HLB值及厚度的皮膜来确保耐久洗涤性)。
上述实施例中加工条件可以根据加工基布不一样(织物也可以是纬编织物、经编织物及无纺织物)，改变药剂及药剂用量，修改加工工艺(浸轧条件、干燥条件、定型条件)以得到适合不同织物的优良加工处方。
比较例1
抗静电剂处理的抗静电纺织品的制造方法如下：
①纤维纺织品的准备：普通右斜纹涤纶100％织物
工作液调制：
②改性聚酯类抗静电剂AGァクセル700 5g/l
其余为软水
③树脂加工：
将织物放入调配好的工作液中浸透，经过普通浸轧干燥处理。
④热处理：
在温度为130℃的条件下处理2分钟
⑤烘干、定型
在温度为175℃的条件下处理45秒
虽然单纤维表面有纳米级皮膜，但单纤维与单纤维之间有不连续的树脂层覆盖。
比较例2
含纳米材料的抗静电纺织品的制造方法如下：
①纤维纺织品的准备：普通右斜纹涤纶100％织物
②工作液的调制及具体加工方法详见中国授权专利ZL200510028479.0
③热处理：
在温度为130℃的条件下处理2分钟
④烘干、定型
在温度为175℃的条件下处理45秒
虽然单纤维表面有纳米级皮膜，但单纤维与单纤维之间有不连续的树脂层覆盖。
比较例3
含纳米级颗粒的抗静电纺织品的制造方法如下：
①纤维纺织品的准备：普通右斜纹涤纶100％织物
②工作液的调制及具体加工方法详见《涤纶织物的纳米抗静电功能整理》
③热处理：
在温度为130℃的条件下处理2分钟
④烘干、定型：
在温度为175℃的条件下处理45秒
虽然单纤维表面有纳米级皮膜，但单纤维与单纤维之间有不连续的树脂层覆盖。
Claims (8)
1.一种耐久抗静电纺织品，其特征是：组成该纺织品的纤维中85％以上的纤维为皮膜纤维；所述皮膜纤维由单纤维和单纤维表面复合的纳米级厚度的皮膜树脂层组成；且所述皮膜树脂层为具有重复亲水单元的(甲基)丙烯酸酯类的树脂层，其厚度为10～1000nm；根据JISL 1096 F1、F2、F3标准洗涤50回后，该纺织品的摩擦带电压在3000V以下。
2.根据权利要求1所述的耐久抗静电纺织品，其特征是：所述重复亲水单元具有如下通式结构：
-RCH-CH2-O-
式中R表示H原子和甲基中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的耐久抗静电纺织品，其特征是：所述重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的60％或更多。
4.根据权利要求3所述的耐久抗静电纺织品，其特征是：所述重复亲水单元质量占整个(甲基)丙烯酸酯类皮膜树脂层质量的60～90％。
5.一种权利要求1所述的耐久抗静电纺织品的制造方法，其特征是：包括纤维纺织品的准备，以及在过氧化物存在下将以含重复亲水单元的多官能(甲基)丙烯酸酯类化合物的单体水溶液聚合成膜的工序。
6.根据权利要求5所述的耐久抗静电纺织品的制造方法，其特征是：所述具有重复亲水单元的多官能(甲基)丙烯酸酯类化合物的水油度是10～23。
7.根据权利要求6所述的耐久抗静电纺织品的制造方法，其特征是：所述具有重复亲水单元的多官能(甲基)丙烯酸酯类化合物的水油度是13～18。
8.根据权利要求5所述的耐久抗静电纺织品的制造方法，其特征是：所述纤维纺织品的准备包括使纤维纺织品暴露于饱和蒸汽的步骤，饱和蒸汽的温度为90～110℃，时间为3～20分钟。
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