CN105624827B - 一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维及其制备方法。所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维，其特征在于，包括：聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑1～10质量份，抗氧剂0.1～10质量份和增容剂0.1～10质量份。本发明制得的聚氧亚甲基纤维能够在低湿度下仍具有良好的耐久的疏导静电的效果，拓展了聚氧亚甲基纤维的用途和应用领域。并且相比于直接将导电炭黑与聚氧亚甲基共混熔融纺丝的方法，依照本发明所述的制备方法得到的疏导静电的聚氧亚甲基纤维中，由于导电炭黑接枝了缩甲醛短链，与聚氧亚甲基基体的相容性更好，分散更均匀，抗静电效果更加优异。

Description

一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于化工产品制备领域，具体涉及一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维及其制备方法。
背景技术
聚氧亚甲基是一种性能优异的工程塑料，具有很高的强度和硬度，较宽的使用温度和湿度范围内都能保持优异的性能，包括耐腐蚀、高强度和较好的尺寸保持率等，所以聚氧亚甲基也被称为“塑钢”，广泛应用于机械制品、汽车零部件等多方面领域。以聚氧亚甲基为原料，制备的聚氧亚甲基纤维具有高强高模、优异的耐化学品性能和抗蠕变性能，可广泛用于水泥基、塑料、橡胶等基体的增强纤维，以及缆绳、渔网、过滤网等。但是聚氧亚甲基纤维由于自身化学结构的特点，分子链极性较差，电阻率很高，在使用过程中容易产生静电而无法消除，大大限制了其应用领域。
为了提高聚合物纤维自身疏导静电的能力，常见的方法是在纤维的表面涂覆抗静电整理剂，该抗静电整理剂通常是由亲水性化合物组成，能够吸附在纤维表面，增加纤维的吸湿性，从而起到抗静电的效果。但是该方法中的亲水化合物只是通过吸附的方法存在与纤维的表面，经过水洗后容易脱落，丧失抗静电的效果，所以耐久性差；另一种常用方法是将亲水性的抗静电剂与纺丝原料共混，经过纺丝后制造成抗静电纤维，该方法在抗静电效果的耐久性方面比前一种方法有所改善，但是其抗静电效果受环境湿度影响很大，在低湿度环境中不具有抗静电效果。中国专利CN201410826839中提到一种永久抗静电聚氧亚甲基纤维的制备方法，使用胺类、酰胺类和季铵盐类抗静电剂，配合超支化聚合物和其它增容剂，与聚氧亚甲基共混熔融纺丝，制备的纤维具有永久抗静电效果。但是胺类、酰胺类和季铵盐类物质本身并不具有良好的导电性，只有在高湿度环境中发生电离后才具有一定导电性，所以该专利提到的方法与将亲水性的抗静电剂与纺丝原料共混纺丝的方法并不本质区别，其抗静电效果都会受到环境湿度的影响。并且聚氧亚甲基纤维自身亲水性差，难以吸收环境中的水分来满足抗静电剂对水分的需求，大大限制了亲水类抗静电剂在聚氧亚甲基纤维中发挥抗静电效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维及其制备方法，该聚氧亚甲基纤维能够在低湿度下仍具有良好的耐久的疏导静电的效果，拓展了聚氧亚甲基纤维的用途和应用领域。
为了达到上述目的，本发明提供了一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维，其特征在于，包括：聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑1～10质量份，抗氧剂0.1～10质量份和增容剂0.1～10质量份。
优选地，所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076中的一种。
优选地，所述的增容剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁和乙烯基双硬脂酰胺(EBS)中的一种或两种任意配比的混合物。
优选地，所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的体积比电阻为107～1010Ω·m。
本发明还提供了上述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，包括：
步骤a：将氧化剂溶液和导电炭黑(CB)加入反应容器中，在一定温度下反应一段时间，反应结束后，冷却至室温，过滤，用去离子水反复洗涤，直到滤液呈中性，过滤得到滤渣，将滤渣干燥，得到表面氧化改性的导电炭黑(CB-OH)；
步骤b：将表面氧化改性的导电炭黑(CB-OH)与结构如式(I)所示的缩甲醛低聚物加入反应容器中，在氮气保护下搅拌，在一定温度下反应一段时间后，过滤，得到滤渣，并用去离子水反复洗涤，在一定温度下干燥一段时间后，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑(CB-(CH2O)n)；
步骤c.将所得的表面接枝缩甲醛的导电炭黑与聚氧亚甲基、抗氧剂和增容剂按比例混合，通过单螺杆或双螺杆挤出机熔融纺丝，冷却成型，并经牵伸定型，卷绕得到疏导静电的聚氧亚甲基纤维。
优选地，所述的步骤a中的氧化剂溶液为硝酸溶液和过氧化氢水溶液的混合溶液。
更优选地，所述的硝酸溶液的浓度为30％～50％，过氧化氢溶液的浓度为10％～30％，硝酸溶液和过氧化氢溶液的体积比为1∶1～1∶3。
优选地，所述的氧化剂溶液与导电炭黑的投料比为：每100毫升氧化剂溶液加入5～10克导电炭黑。
优选地，所述的步骤a中的反应在机械搅拌和油浴加热的条件下进行。
更优选地，所述的步骤a的油浴温度为40～90摄氏度，反应时间为30～90分钟。
优选地，所述的步骤a中的干燥温度为80～110摄氏度，干燥时间为2～24小时。
优选地，所述的式(I)中，n为整数，n值的范围为1≤n≤15。
优选地，所述的步骤b中，表面氧化改性的导电炭黑(CB-OH)与缩甲醛低聚物的质量比的范围为1∶10～1∶20。
优选地，所述的步骤b的反应温度为30～120摄氏度，反应时间为30～120分钟。
优选地，所述的步骤b中用去离子水对滤渣进行5～10次洗涤。所述的干燥温度为60～120摄氏度范围内，干燥时间为5～48小时。
优选地，所述的步骤c中，使用的单螺杆或双螺杆挤出机加工温度为150～270摄氏度，牵伸温度为60～200摄氏度，牵伸倍数为5～10倍，卷绕速度为200～3000米/分钟。
本发明的原理是，导电炭黑(CB)经过氧化剂氧化后得到表面带有羟基的炭黑(CB-OH)，然后再与缩甲醛低聚物反应，接枝上聚氧亚甲基短链，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑(CB-(CH2O)n)，将其与聚氧亚甲基、抗氧剂和增容剂按一定比例混合，通过单螺杆或双螺杆挤出机进行纺丝，制得疏导静电的聚氧亚甲基纤维。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述的制备工艺路线较短，所有原料商业化，可以实现大规模生产制备；
2、与通过添加亲水性化合物，提高纤维吸湿性从而抗静电的方法相比，本方法使用的导电炭黑作为静电疏导剂，疏导静电效果不受环境湿度的影响，可以实现永久抗静电效果，大大拓展其应用领域。
3、相比于直接将导电炭黑与聚氧亚甲基共混熔融纺丝，依照本发明所述的制备方法得到的疏导静电的聚氧亚甲基纤维中，由于导电炭黑接枝了缩甲醛短链，与聚氧亚甲基基体的相容性更好，分散更均匀，抗静电效果更加优异。
4、本纤维及其面料不变形、尺寸稳定、特别能满足过滤网、滤袋孔隙均匀要求，能及时疏导静电，防止电荷累积产生摩擦火花，可安全用于水泥、采矿、翻砂、初模加工等产业的粉尘过滤捕获材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维，由聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑4质量份，抗氧剂1010 1质量份和硬脂酸钙0.5质量份组成，其制备方法为：
步骤a：按照体积1∶1的比例，分别取浓度为30％的硝酸溶液和浓度为10％的过氧化氢溶液，进行混合得到氧化剂溶液并加入反应容器，按照每100毫升氧化剂溶液加入5克导电炭黑的投料比，添加导电炭黑(CB)，反应在机械搅拌和油浴加热的条件下进行，油浴温度为40摄氏度，反应30分钟后，冷却至室温，过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性后，过滤得到滤渣，将滤渣在80摄氏度下进行干燥5小时，得到表面氧化的导电炭黑(CB-OH)。
步骤b：选用结构如式(I)所示(n＝1)的缩甲醛低聚物，按照表面氧化的导电炭黑(CB-OH)与缩甲醛低聚物质量比1∶10的投料比，将两者加入反应容器，在氮气保护下进行搅拌，在40摄氏度下反应30分钟后，过滤得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣5次，在80摄氏度干燥5小时后，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑(CB-(CH2O)1)。
步骤c：取聚氧亚甲基(数均相对分子量10万)100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑4质量份，抗氧剂1010 1质量份和硬脂酸钙0.5质量份，混合均匀，通过单螺杆挤出机熔融纺丝，单螺杆挤出机的加工温度控制在120～230摄氏度之间，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，牵伸温度为90摄氏度，牵伸倍数为4倍，卷绕得到疏导静电的聚氧亚甲基纤维，卷绕速度为350米/分钟。
实施例2
一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维，由聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑5质量份，抗氧剂1010 1质量份和硬脂酸钙1.5质量份组成，其制备方法为：
步骤a：按照体积1∶2的比例，分别取浓度为35％的硝酸溶液和浓度为15％的过氧化氢溶液，进行混合得到氧化剂溶液并加入反应容器，按照每100毫升氧化剂溶液加入7克导电炭黑的投料比，添加导电炭黑(CB)，反应在机械搅拌和油浴加热的条件下进行，油浴温度为50摄氏度，反应60分钟后，冷却至室温，过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性后，过滤得到滤渣，将滤渣在90摄氏度下进行干燥12小时，得到表面氧化的导电炭黑(CB-OH)。
步骤b：选用结构如式(I)所示(n＝2)的缩甲醛低聚物，按照表面氧化的导电炭黑(CB-OH)与缩甲醛低聚物质量比1∶15的投料比，将两者加入反应容器，在氮气保护下进行搅拌，在70摄氏度下反应60分钟后，过滤得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣10次，在90摄氏度干燥24小时后，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑(CB-(CH2O)2)。
步骤c：取聚氧亚甲基(数均相对分子量8万)100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑5质量份，抗氧剂1010 1质量份和硬脂酸钙1.5质量份，混合均匀，通过单螺杆挤出机熔融纺丝，单螺杆挤出机的加工温度控制在150～240摄氏度之间，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，牵伸温度为100摄氏度，牵伸倍数为5.5倍，卷绕得到疏导静电的聚氧亚甲基纤维，卷绕速度为400米/分钟。
实施例3
一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维，由聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑6质量份，抗氧剂10102质量份和硬脂酸钙1.5质量份组成，其制备方法为：
步骤a：按照体积1∶3的比例，分别取浓度为40％的硝酸溶液和浓度为20％的过氧化氢溶液，进行混合得到氧化剂溶液并加入反应容器，按照每100毫升氧化剂溶液加入8克导电炭黑的投料比，添加导电炭黑(CB)，反应在机械搅拌和油浴加热的条件下进行，油浴温度为60摄氏度，反应45分钟后，冷却至室温，过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性后，过滤得到滤渣，将滤渣在95摄氏度下进行干燥24小时，得到表面氧化的导电炭黑(CB-OH)。
步骤b：选用结构如式(I)所示(n＝3)的缩甲醛低聚物，按照表面氧化的导电炭黑(CB-OH)与缩甲醛低聚物质量比1∶17的投料比，将两者加入反应容器，在氮气保护下进行搅拌，在80摄氏度下反应80分钟后，过滤得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣8次，在100摄氏度干燥20小时后，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑(CB-(CH2O)3)。
步骤c：取聚氧亚甲基(数均相对分子量9万)100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑6质量份，抗氧剂1010 2质量份和硬脂酸钙1.5质量份，混合均匀，通过单螺杆挤出机熔融纺丝，单螺杆挤出机的加工温度控制在180～250摄氏度之间，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，牵伸温度为105摄氏度，牵伸倍数为5.8倍，卷绕得到疏导静电的聚氧亚甲基纤维，卷绕速度为500米/分钟。
实施例4
一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维，由聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑7质量份，抗氧剂1076 2质量份和硬脂酸镁2质量份组成，其制备方法为：
步骤a：按照体积1∶2的比例，分别取浓度为35％的硝酸溶液和浓度为20％的过氧化氢溶液，进行混合得到氧化剂溶液并加入反应容器，按照每100毫升氧化剂溶液加入10克导电炭黑的投料比，添加导电炭黑(CB)，反应在机械搅拌和油浴加热的条件下进行，油浴温度为60摄氏度，反应90分钟后，冷却至室温，过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性后，过滤得到滤渣，将滤渣在90摄氏度下进行干燥15小时，得到表面氧化的导电炭黑(CB-OH)。
步骤b：选用结构如式(I)所示(n＝4)的缩甲醛低聚物，按照表面氧化的导电炭黑(CB-OH)与缩甲醛低聚物质量比1∶15的投料比，将两者加入反应容器，在氮气保护下进行搅拌，在80摄氏度下反应60分钟后，过滤得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣8次，在100摄氏度干燥10小时后，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑(CB-(CH2O)4)。
步骤c：取聚氧亚甲基(数均相对分子量10万)100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑7质量份，抗氧剂1076 2质量份和硬脂酸镁2质量份，混合均匀，通过单螺杆挤出机熔融纺丝，单螺杆挤出机的加工温度控制在175～225摄氏度之间，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，牵伸温度为110摄氏度，牵伸倍数为6倍，卷绕得到疏导静电的聚氧亚甲基纤维，卷绕速度为420米/分钟。。
实施例5
一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维，由聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑8质量份，抗氧剂1010 1质量份和硬脂酸钙1.5质量份组成，其制备方法为：
步骤a：按照体积1∶1.5的比例，分别取浓度为50％的硝酸溶液和浓度为10％的过氧化氢溶液，进行混合得到氧化剂溶液并加入反应容器，按照每100毫升氧化剂溶液加入8克导电炭黑的投料比，添加导电炭黑(CB)，反应在机械搅拌和油浴加热的条件下进行，油浴温度为55摄氏度，反应45分钟后，冷却至室温，过滤并用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性后，过滤得到滤渣，将滤渣在95摄氏度下进行干燥10小时，得到表面氧化的导电炭黑(CB-OH)。
步骤b：选用结构如式(I)所示(n＝6)的缩甲醛低聚物，按照表面氧化的导电炭黑(CB-OH)与缩甲醛低聚物质量比1∶17的投料比，将两者加入反应容器，在氮气保护下进行搅拌，在70摄氏度下反应90分钟后，过滤得到滤渣，并用去离子水洗涤滤渣10次，在80摄氏度干燥48小时后，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑(CB-(CH2O)6)。
步骤c：取聚氧亚甲基(数均相对分子量11万)100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑8质量份，抗氧剂1010 1质量份和硬脂酸钙1.5质量份，混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融纺丝，单螺杆挤出机的加工温度控制在150～240摄氏度之间，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，牵伸温度为100摄氏度，牵伸倍数为5倍，卷绕得到疏导静电的聚氧亚甲基纤维，卷绕速度为360米/分钟。
对比例1
取聚氧亚甲基100份，导电炭黑5份，抗氧剂1010、1份，硬脂酸钙1.5份，均匀混合，通过单螺杆挤出机熔融纺丝，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，卷绕得到纤维；单螺杆挤出机的加工温度控制在120～230摄氏度之间，牵伸温度为90摄氏度，牵伸倍数为3.5倍，卷绕速度为350米/分钟。
对比例2
取聚氧亚甲基100份，导电炭黑4份，抗氧剂1010、1份，硬脂酸镁1.5份，均匀混合，通过双螺杆挤出机熔融纺丝，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，卷绕得到纤维；双螺杆挤出机的加工温度控制在150～240摄氏度之间，牵伸温度为100摄氏度，牵伸倍数为5倍，卷绕速度为500米/分钟。
对比例3
取聚氧亚甲基100份，导电炭黑6份，抗氧剂1010、1.5份，硬脂酸镁1份，均匀混合，通过单螺杆挤出机熔融纺丝，室温下侧吹风冷却成型，并经牵伸定型，卷绕得到纤维；单螺杆挤出机的加工温度控制在165～230摄氏度之间，牵伸温度为110摄氏度，牵伸倍数为6倍，卷绕速度为550米/分钟。
各实施例与对比例的疏导静电性能结果详见表1。
表1聚氧亚甲基纤维疏导静电性能比较
通过实施例1～5与对比例1～3的比较，实施例中的纤维的比电阻比对比例中的纤维的电子更低，这是因为普通导电炭黑与聚氧亚甲基基体相容性差，在加工中容易团聚，难以均匀分散，无法形成有效的导电网络通道；通过对导电炭黑改性后，大幅度提高了导电炭黑与聚氧亚甲基基体的相容性，增加了导电炭黑的分散性，从而能够形成有效的导电通道网络，提升了聚氧亚甲基纤维的疏导静电的能力。

Claims (8)

1.一种疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，所述疏导静电的聚氧亚甲基纤维包括：聚氧亚甲基100质量份、表面接枝缩甲醛的导电炭黑1~10质量份，抗氧剂0.1~10质量份和增容剂0.1~10质量份，其特征在于，包括：
步骤a：将氧化剂溶液和导电炭黑加入反应容器中，在一定温度下反应一段时间，反应结束后，冷却至室温，过滤，用去离子水反复洗涤，直到滤液呈中性，过滤得到滤渣，将滤渣干燥，得到表面氧化改性的导电炭黑；
步骤b：将表面氧化改性的导电炭黑与结构如式（I）所示的缩甲醛低聚物加入反应容器中，在氮气保护下搅拌，在一定温度下反应一段时间后，过滤，得到滤渣，并用去离子水反复洗涤，在一定温度下干燥一段时间后，得到表面接枝缩甲醛的导电炭黑；
（I）；
式（I）中，n为整数，n值的范围为1≤n≤15；
步骤c. 将所得的表面接枝缩甲醛的导电炭黑与聚氧亚甲基、抗氧剂和增容剂按比例混合，通过单螺杆或双螺杆挤出机熔融纺丝，冷却成型，并经牵伸定型，卷绕得到疏导静电的聚氧亚甲基纤维。
2.如权利要求1所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076中的一种；所述的增容剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁和乙烯基双硬脂酰胺中的一种或两种任意配比的混合物。
3.如权利要求1所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的体积比电阻为107~1010Ω·m。
4.如权利要求1所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤a中的氧化剂溶液为硝酸溶液和过氧化氢水溶液的混合溶液。
5.如权利要求1所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，所述的氧化剂溶液与导电炭黑的投料比为：每100毫升氧化剂溶液加入5~10克导电炭黑。
6.如权利要求1所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤a中的反应在机械搅拌和油浴加热的条件下进行。
7.如权利要求1所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤b中，表面氧化改性的导电炭黑与缩甲醛低聚物的质量比的范围为1:10~1:20。
8.如权利要求1所述的疏导静电的聚氧亚甲基纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤c中，使用的单螺杆或双螺杆挤出机加工温度为150~270摄氏度，牵伸温度为60~200摄氏度，牵伸倍数为5~10倍，卷绕速度为200~3000米/分钟。
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