CN106065498A - 基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）制备粒径小于100nm的纳米导电粉体；（2）纳米导电粉体的表面修饰：将纳米导电粉体通过高速捏合机进行表面修饰，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米导电粉体混合；（3）抗静电母粒的制备：将经步骤（2）表面修饰后的纳米导电粉体与树脂粉体混合均匀，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，得到抗静电母粒；（4）将抗静电母粒干燥后与基本树脂切片混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，纺丝速度为600～3000m/min，纺丝组件初始压力8～16MPa，得到所述的抗静电纤维。本发明通过纳米导电粉体制备及表面修饰制备功能母粒并进行纺丝，制备具有不同颜色的抗静电纤维。

Description

基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，属于功能纺织材料技术领域。
背景技术
抗静电问题一直是化纤面料所面临的一个持久的问题，目前已经有一些解决方案例如从纤维的本源上来解决，可以制备导电纤维，例如采用高添加量和复合纺丝技术制备导电纤维，所用导电粉体为ATO、AZO、ITO、或者导电炭黑等，纤维的电阻可以达到106欧姆甚至更低，完全可以满足面料的抗静电要求，目前在一些安全领域有着广泛的应用。但是此类纤维也有不可弥补的缺陷：第一、成本太高，白色导电纤维目前市场最低价在25万/吨左右，这个价格对于传统纺织品来说难以接受；第二、纤维力学性能差，目前针织面料越来越多，尤其是经编面料的应用越来越广泛，但是对纤维的机械性能也较高，导电纤维基本不能达到针织张力的要求，难以在针织领域大范围使用；第三、纤维的直径太粗，目前市场上的导电纤维单纤细度在6-10D左右，会产生强烈的刺痒感，影响面料的手感和风格；第四、纤维的颜色差异，导电纤维一般都带有颜色，目前市场上以黑色、灰色或者浅色导电丝为主，这些颜色的差异会使得面料形成条纹或者隐纹，影响面料的视觉效果。目前导电纤维的制备技术还掌握在美日等发达国家手中，对于中国产品的开发也不利。目前市场上比较多的面料是采用抗静电后整理来实现面料的抗静电功能的，这种方式相对于使用导电纤维来说成本较低，效果显著，因此也为大多数面料厂家所使用。但是这种方式虽然低廉有效，却也存在不可避免的缺陷：（1）附加污染，目前一般是采用抗静电剂后整理，增加了废水的污染程度，也增加了废水的处理难度；（2）持久性不够，目前采用的抗静电后整理方式耐洗性不好，一般很少有能达到标准要求的耐洗性，不利于纺织品的出口，降低了纺织品的竞争优势，增加了贸易中的纠纷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，通过纳米导电粉体制备及表面修饰制备功能母粒并进行纺丝，制备具有不同颜色的抗静电纤维。
按照本发明提供的技术方案，一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）制备粒径小于100nm的纳米导电粉体；
（2）纳米导电粉体的表面修饰：将纳米导电粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20～90℃，搅拌速度为500～2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米导电粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米导电粉体质量的1～5 wt%，高速混合30～90min；
（3）抗静电母粒的制备：将经步骤（2）表面修饰后的纳米导电粉体与树脂粉体混合均匀，纳米导电粉体占整体质量的10～50 wt%，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，得到抗静电母粒；
（4）将抗静电母粒于100～180℃温度干燥2～8小时；将抗静电母粒与基本树脂切片混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，纺丝速度为600～3000m/min，纺丝组件初始压力8～16MPa，得到所述的抗静电纤维。
在一个具体实施方式中，所述步骤（1）纳米导电粉体采用气流粉碎的方式制备。
在一个具体实施方式中，所述纳米导电粉体为金属氧化物、金属硫化物或碳系导电物质。
在一个具体实施方式中，所述纳米导电粉体为二氧化钛、氮掺杂二氧化钛、氧化锌、铝掺杂氧化锌、氧化锡、锑掺杂二氧化锡（ATO）、氧化亚铜、硫化铁、导电炭黑、石墨、石墨烯或碳纳米管。
在一个具体实施方式中，所述步骤（2）中表面修饰剂为活性有机硅系列表面修饰剂或钛酸酯系列表面修饰剂。
在一个具体实施方式中，所述步骤（3）中树脂粉体为PET粉体、PBT粉体、PTT粉体、PC粉体、尼龙6粉体、尼龙66粉体、聚丙烯粉体或聚乙烯粉体。
在一个具体实施方式中，所述基本树脂切片为聚酯类切片、聚烯烃类切片或聚酰胺类切片。
在一个具体实施方式中，所述基本树脂切片为PET切片、PBT切片、PTT切片、聚乙烯切片、聚丙烯切片、PA6切片或PA66切片。
在一个具体实施方式中，所述抗静电纤维的单丝纤度为0.5～10D。
本发明采用全新的抗静电机理制备新的抗静电纤维，纤维直径可以做到超细纤维，纤维可以做成白色，具有永久性抗静电功能，机械性能可以达到普通纤维的标准，完全满足各种织造的要求，成本与抗静电后整理相当，仅为使用白色导电纤维的四分之一，减少了污染，本发明可以扩大纺织品的出口，提升纺织品的附加值。
附图说明
图1为本发明得到的抗静电纤维的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
实施例1：一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用气流粉碎的方式制备粒径小于100nm的纳米导电粉体；所述纳米导电粉体为二氧化钛；
（2）纳米导电粉体的表面修饰：将纳米导电粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为500转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米导电粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米导电粉体质量的1wt%，高速混合90min；所述表面修饰剂为活性有机硅系列表面修饰剂；
（3）抗静电母粒的制备：将经步骤（2）表面修饰后的纳米导电粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用PBT树脂粉体，纳米导电粉体占整体质量的10 wt%，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗静电母粒；
（4）将抗静电母粒于100℃温度干燥8小时；将抗静电母粒与基本树脂切片混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用PET切片，纺丝温度为255℃，纺丝速度为600m/min，纺丝组件初始压力8MPa，得到所述的抗静电纤维，抗静电纤维的颜色可以为白色、黑色、浅色等不同颜色。
实施例1得到的抗静电纤维的力学性能经测试为：强度为2.13 cn/dtex，断裂伸长率为19%，满足各种织造方式的要求，单纤的直径为1D（7微米），可以开发平布、绒类等各种面料，其电阻为109欧姆，小于国标要求的1011欧姆，制备的面料静电荷逸散周期为2.6秒，也小于国标要求的15秒，抗静电性能与浅色导电丝性能相当。
图1为抗静电纤维的扫描电镜图片，从图片上可以看到粒径小于100纳米的导电颗粒在纤维表面形成了均匀分布，这些小的突起就是一个个的“针尖”，在纤维及面料产生了静电荷的时候就可以集中电荷电离空气并完成放电，这个过程非常快，从而赋予纤维优良的抗静电功能，而这些均匀分布颗粒又可以有效的吸收紫外线，起到了很好的抗紫外效果，同时均匀分布的突起也赋予了纤维另一个功能“荷叶效应”，这是一种自清洁功能，而这些颗粒本身具有抗菌效果，也赋予了纤维抗菌的功能。
实施例2：一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用气流粉碎的方式制备粒径小于100nm的纳米导电粉体；所述纳米导电粉体为氮掺杂二氧化钛；
（2）纳米导电粉体的表面修饰：将纳米导电粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为90℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米导电粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米导电粉体质量的5 wt%，高速混合30min；所述表面修饰剂为钛酸酯系列表面修饰剂；
（3）抗静电母粒的制备：将经步骤（2）表面修饰后的纳米导电粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用PBT树脂粉体，纳米导电粉体占整体质量的50 wt%，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗静电母粒；
（4）将抗静电母粒于180℃温度干燥2小时；将抗静电母粒与基本树脂切片混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用PBT切片，纺丝温度为270℃，纺丝速度为3000m/min，纺丝组件初始压力16MPa，得到所述的抗静电纤维，抗静电纤维的颜色可以为白色、黑色、浅色等不同颜色，抗静电纤维的单丝纤度为10D。
实施例3：一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用气流粉碎的方式制备粒径小于100nm的纳米导电粉体；所述纳米导电粉体为氧化锌；
（2）纳米导电粉体的表面修饰：将纳米导电粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为60℃，搅拌速度为1000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米导电粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米导电粉体质量的2wt%，高速混合60min；所述表面修饰剂为活性有机硅系列表面修饰剂；
（3）抗静电母粒的制备：将经步骤（2）表面修饰后的纳米导电粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用PBT树脂粉体，纳米导电粉体占整体质量的20 wt%，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗静电母粒；
（4）将抗静电母粒于160℃温度干燥6小时；将抗静电母粒与基本树脂切片混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用聚乙烯切片，纺丝温度为130℃，纺丝速度为1000m/min，纺丝组件初始压力10MPa，得到所述的抗静电纤维，抗静电纤维的颜色可以为白色、黑色、浅色等不同颜色，抗静电纤维的单丝纤度为0.5D。
本发明针对合成纤维静电荷积聚的难题提出了一条切实可行的解决方案，在不损害合成纤维物理和化学性能的基础上不仅解决了合成纤维静电的问题，更通过纳米粉体的均匀分布的方式使得纤维及其面料具备了抗菌、抗紫外和自清洁功能，增加了纤维及面料附加值的同时也扩展了其在纺织范围内的应用领域。
由于实现了抗静电粉体在纤维表面及内部的均匀分布，因此赋予纤维抗菌和自清洁的功能，而纳米粉体的直径小于100纳米，可以有效吸收紫外线，尤其是可以致癌的远紫外线有强烈吸收，具有很好的抗紫外功能。
本发明通过将导电粉体超细化，粒径小于100纳米的时候可以模仿针尖（直径100纳米左右）电荷集中使得周围空气高度电离而成为导体，从而使得静电荷快速释放到被电离的空气中，从而解决合成纤维的静电荷积聚问题，解决了其制成品面料的抗静电问题，提高了纤维及面料的附加值。本技术提出了一种新的解决合成纤维及其制成品面料的静电问题的方案，同时赋予纤维及面料抗远紫外、抗菌及自清洁功能，为合成纤维的应用拓宽了范围。

Claims (9)

1.一种基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）制备粒径小于100nm的纳米导电粉体；
（2）纳米导电粉体的表面修饰：将纳米导电粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20～90℃，搅拌速度为500～2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米导电粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米导电粉体质量的1～5 wt%，高速混合30～90min；
（3）抗静电母粒的制备：将经步骤（2）表面修饰后的纳米导电粉体与树脂粉体混合均匀，纳米导电粉体占整体质量的10～50 wt%，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，得到抗静电母粒；
（4）将抗静电母粒于100～180℃温度干燥2～8小时；将抗静电母粒与基本树脂切片混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，纺丝速度为600～3000m/min，纺丝组件初始压力8～16MPa，得到所述的抗静电纤维。
2.如权利要求1所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述步骤（1）纳米导电粉体采用气流粉碎的方式制备。
3.如权利要求1所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述纳米导电粉体为金属氧化物、金属硫化物或碳系导电物质。
4.如权利要求3所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述纳米导电粉体为二氧化钛、氮掺杂二氧化钛、氧化锌、铝掺杂氧化锌、氧化锡、锑掺杂二氧化锡（ATO）、氧化亚铜、硫化铁、导电炭黑、石墨、石墨烯或碳纳米管。
5.如权利要求1所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述步骤（2）中表面修饰剂为活性有机硅系列表面修饰剂或钛酸酯系列表面修饰剂。
6.如权利要求1所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述步骤（3）中树脂粉体为PET粉体、PBT粉体、PTT粉体、PC粉体、尼龙6粉体、尼龙66粉体、聚丙烯粉体或聚乙烯粉体。
7.如权利要求1所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述基本树脂切片为聚酯类切片、聚烯烃类切片或聚酰胺类切片。
8.如权利要求7所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述基本树脂切片为PET切片、PBT切片、PTT切片、聚乙烯切片、聚丙烯切片、PA6切片或PA66切片。
9.如权利要求1所述的基于尖端放电效应的抗静电纤维的制备方法，其特征是：所述抗静电纤维的单丝纤度为0.5～10D。
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