CN106906643A - 一种用于非织造布的抗静电后整理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于非织造布的抗静电后整理方法。本发明的用于非织造布的抗静电后整理方法包括如下步骤：1)以碳纳米管粉末、分散剂和去离子水为原料配置碳纳米管混合液，对所述碳纳米管混合液分散后制得抗静电分散液；2)将非织造布干燥处理，将非织造布浸渍于步骤1)制备的抗静电分散液，干燥处理制备抗静电非织造布。本发明的用于非织造布的抗静电后整理方法通过改变分散液的浓度即可获得较好的抗静电性能，制备的抗静电非织造布的表面比电阻在106‑109Ω/sq之间，本发明的用于非织造布的抗静电后整理方法在成本和加工工艺方面有较为突出的优势，易于产业化。

Description

一种用于非织造布的抗静电后整理方法
技术领域
本发明属于纳米新材料技术领域，涉及一种用于非织造布的抗静电后整理方法。
背景技术
丙纶非织造布一般是由聚丙烯纤维，经过熔喷、纺粘或者两者结合成网工艺制备而成。聚丙烯材质的非织造布中，以SMS(纺粘/熔喷/纺粘)非织造布在医用领域应用最为广泛。因其生产成本低廉，生产工艺成熟且实用性较强的特点，广泛应用在医用纺织品和日常使用的纺织品，如医用手术衣、帽、口罩，以及医用床单、被罩、幕布等。丙纶SMS非织造布本身由聚丙烯纤维构成，其具有高电阻率和低介电常数，在使用过程中容易集聚静电荷，静电作用。若不做抗静电处理，非织造布上静电电荷集聚，容易吸附空气中的灰尘、病菌等细小物质，不利于其在医用和日常纺织品的进一步应用。
根据静电产生的机理、静电的泄露规律以及影响静电的主要因素，阻止合成纤维及织物产生静电有两条基本途径：抑制静电的产生与加快表面静电的逸散速度。抑制静电的产生的途径是按照摩擦带电序列，将纤维材料恰当匹配，使之不产生静电；加快表面静电的逸散速度的途径则通过空气和纤维表面的传导泄露作用，及其在纤维内部扩散放电作用，使已经产生的静电荷迅速消失，从而达到抗静电的目的。目前大多数抗静电后整理主要通过加快表面静电的逸散速度的途径实现的。
目前，针对抗静电非织造布的研究成果主要集中于两方面：一方面，通过纺丝将原料纤维混入或涂覆抗静电剂后制备复合纤维再纺制成非织造布；另一方面，通过抗静电剂和基层的组合形式制备抗静电非织造布，例如导电炭黑填充的树脂膜层与基层进行组合达到抗静电的效果。由已有研究可知，抗静电熔喷非织造布的表面电阻率在106-109Ω/sq之间时具有优异的抗静电性。
目前，针对非织造布抗静电整理的方法主要有三种：导电聚合物母粒纺丝、抗静电后整理(助剂吸附固着法、表面接枝聚合法和低温等离子体表面处理法)和表面金属化。但这些抗静电整理的方法都有一定的缺陷。导电聚合物母粒纺丝，此类方法的抗静电效果难以长久保存，耐洗涤效果差，且在低湿度条件下不显示抗静电性能；抗静电后整理，其抗静电性非永久性，使用过程中因尺度较大容易因摩擦、洗涤使抗静电效果难以持久；采用化学引发、热引发、高能射线引发和紫外线辐照引发的接枝改性的方法，这类表面接枝聚合需要较多的特种引发剂或高能射线，工艺繁复；表面金属化，成本较高，难以实现工业化生产。
CN201610563558提供了一种抗静电无纺布，包括依次设置的第一无纺布层、第一导电膜层、静电屏蔽层、第二导电膜层和第二无纺布层；其中，所述第一导电膜层和第二导电膜层为导电炭黑填充的树脂膜层；所述静电屏蔽层为金属丝网。通过各层的合理设计，一方面提高了无纺布的本质阻燃性能，另一方面，增强了无纺布的整体结构强度，且质感和手感优异，综合性能好，现有技术中的抗静电布多以不同结构和组合达到抗静电效果，其制备工艺复杂，成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于非织造布的抗静电后整理方法，工艺简单、成本低，该方法制备的抗静电非织造布的表面比电阻在106-109Ω/sq之间，具有良好的抗静电性。
为达此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于非织造布的抗静电后整理方法，所述抗静电后整理方法包括如下步骤：
1)以碳纳米管粉末、分散剂和去离子水为原料配置碳纳米管混合液，对所述碳纳米管混合液分散后制得抗静电分散液；
2)将非织造布浸渍于步骤1)制备的抗静电分散液，干燥处理制备抗静电非织造布。
碳纳米管凭借着优异的力学性能、优良的化学稳定性、热稳定性、良好的电性能和微波吸收等特性，受到聚合物纳米复合材料领域的广泛关注。导电性能好也使它在纺织品抗静电整理上的应用成为可能。
步骤1)中，所述碳纳米管的的直径为10～20nm，长度为30～100μm，纯度大于95wt％。采用纳米尺度的碳纳米管CNT，减少在使用过程中的摩擦，提高了抗静电非织造布的耐久性。利用碳纳米管在非织造布表面形成导电网络，从而应用于抗静电后整理工艺的改进。若碳纳米管的直径、长度不在此范围内，则其在抗静电分散液中的分散性不好，如果分散性不好则导电网络不能很好的形成，因此导电性就不能得到好的改善。
本发明中碳纳米管混合液的分散过程为：利用新芝SCIENTZ-ⅡD超声波细胞粉碎仪300W的功率对混合液分散3h，其中，碳纳米管混合液的分散方法不仅限于细胞粉碎机，也可用球磨机等其他本领域常用的分散方法，在此不再赘述。
所述碳纳米管粉末与所述分散剂的质量比为1：(1～10)，例如1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10，若质量比不在此范围内，会造成CNT大量团聚或缠绕的现象。在浸渍处理过程中，碳纳米管制成的抗静电分散液本就不是均匀的悬浮液，因而不能够在非织造布表面均匀吸附碳纳米管，造成碳纳米管的局部团聚，无法形成均匀的导电网络，表现出的是非织造布表面局部黑色，会造成非织造布上附着有碳纳米管的部分导电性好，而其余地方处理前后无明显差异的缺陷，且试样尺寸范围内都无法确保均匀。
所述分散剂为十二烷基硫酸钠SDS或十二烷基苯磺酸钠SDBS。
所述碳纳米管混合液中碳纳米管的质量浓度为5～15％，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％。当纤维表面吸附的碳纳米管达到一定的质量分数后，将在吸附的碳纳米管中形成导电网络。这种导电网络的实现是依托碳纳米管的直接接触。然而，碳纳米管的直接接触有两种主要方式：一方面依靠所吸附的碳纳米管间产生直接接触实现，另一方面是依托纳米导电颗粒间特有的电子隧道效应，即当碳纳米管与碳纳米管的间距较小如为几个纳米时，其中电子从一个碳纳米管跃迁到另一个所需克服的能垒较小，从导电性角度考虑等同于碳纳米管间的直接接触。在相同处理工艺即同等浸渍条件下，通过改变CNT抗静电分散液的浓度来改变浸渍吸附在纤维表面的碳纳米管质量分数，从而影响所形成的导电网络。在一定范围内，抗静电分散液中碳纳米管浓度越高，表面比电阻越小，非织造布的导电性能越好，抗静电性能越高。当碳纳米管混合液中碳纳米管的质量浓度低于5％时，在非织造布上不能形成良好的导电网络，抗静电性能不佳，当碳纳米管混合液中碳纳米管的质量浓度高于15％时，抗静电性能提升不高。优选地，所述碳纳米管混合液中碳纳米管的质量浓度为8～12％。
步骤2)还可以为，将步骤1)制备的抗静电分散液喷涂于非织造布，干燥处理制备抗静电非织造布。本发明的涂覆方式可以为浸渍-干燥法，也可以采用为喷枪涂覆法等，喷枪涂覆的原料也为CNT抗静电分散液；
所述浸渍的次数为1～3次。浸渍次数太少使碳纳米管不能很好地分散于非织造布上，但浸渍次数多于3次又会使后整理的程序过于繁琐，且对增加导电性作用不明显，即抗静电性能的提升不大。
本发明采用碳纳米管分散液对非织造布进行抗静电处理，使其在表面形成导电网络，从而达到抗静电的效果，并通过改变分散液的浓度及浸渍处理次数探讨其对导电网络形成和抗静电效果的影响规律。本发明通过改变分散液的浓度、浸渍次数，还可以通过改变涂覆的时间来改善抗静电效果，且浸渍次数、分散液浓度和处理时长的更改不仅限于本发明中所列出的数值范围。
本发明的另一个目的还在于提供了一种如上所述的抗静电后整理方法得到的抗静电非织造布。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的用于非织造布的抗静电后整理方法，通过改变分散液的浓度即可获得较好的抗静电性能，该方法制备的抗静电非织造布的表面比电阻在106-109Ω/sq之间，因此本发明的用于非织造布抗静电后整理方法在成本和加工工艺方面有较为突出的优势，易于产业化。
附图说明
图1(a)为本发明的用于非织造布的抗静电后整理方法中采用的抗静电分散液的SEM图；
图1(b)为图1(a)的抗静电分散液静置后的效果图；
图2(a)为本发明的用于非织造布的抗静电后整理方法制备的抗静电非织造布的SEM图；
图2(b)为图2(a)局部放大效果图；
图3(a)为抗静电分散液中碳纳米管质量浓度为5％时，制备的抗静电非织造布的SEM图；
图3(b)为抗静电分散液中碳纳米管质量浓度为10％时，制备的抗静电非织造布的SEM图；
图3(c)为抗静电分散液中碳纳米管质量浓度为15％时，制备的抗静电非织造布的SEM图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1-3
选用韩国JN-9型碳纳米管粉末、十二烷基硫酸钠(SDS)和去离子水，配置碳纳米管质量浓度分别为5％、10％、15％的碳纳米管混合液，其中碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为1:1。利用新芝SCIENTZ-ⅡD超声波细胞粉碎仪300W的功率对碳纳米管混合液分散3h，配置碳纳米管质量浓度分别为5％、10％、15％的抗静电分散液。将已裁剪至规定尺寸的25g医用弹力非织造布分别放置不同浓度的CNT抗静电分散液中浸渍1h后晾干使其中水分蒸发，以20块非织造布的抗静电后整理为一组，最后取平均值。所用医用弹力非织造布为熔喷非织造布，由聚合物熔融挤压成纤维网，经过冷却后加固而成。然后对已经浸渍不同分散液浓度的非织造布，分别进行二次和三次浸渍，每次浸渍前均确保前次所浸润的非织造布完全干燥。
对比例1
选用韩国JN-9型碳纳米管粉末、十二烷基硫酸钠(SDS)和去离子水，配置碳纳米管质量浓度为10％的碳纳米管混合液，其中碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为1:0.01。利用新芝SCIENTZ-ⅡD超声波细胞粉碎仪300W的功率对碳纳米管混合液分散3h，配置碳纳米管质量浓度为10％的抗静电分散液。将已裁剪至规定尺寸的25g医用弹力非织造布放置CNT抗静电分散液中浸渍1h后晾干使其中水分蒸发，以20块非织造布的抗静电后整理为一组，最后取平均值。所用医用弹力非织造布为熔喷非织造布，由聚合物熔融挤压成纤维网，经过冷却后加固而成。然后对已经浸渍分散液浓度的非织造布进行二次浸渍，每次浸渍前均确保前次所浸润的非织造布完全干燥。
对比例2
选用韩国JN-9型碳纳米管粉末、十二烷基硫酸钠(SDS)和去离子水，配置碳纳米管质量浓度为10％的碳纳米管混合液，其中碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为1:11。利用新芝SCIENTZ-ⅡD超声波细胞粉碎仪300W的功率对碳纳米管混合液分散3h，配置碳纳米管质量浓度为10％的抗静电分散液。将已裁剪至规定尺寸的25g医用弹力非织造布放置CNT抗静电分散液中浸渍1h后晾干使其中水分蒸发，以20块非织造布的抗静电后整理为一组，最后取平均值。所用医用弹力非织造布为熔喷非织造布，由聚合物熔融挤压成纤维网，经过冷却后加固而成。然后对已经浸渍分散液浓度的非织造布进行二次浸渍，每次浸渍前均确保前次所浸润的非织造布完全干燥。
利用ACL Staticide静电电压测试仪测量分别处理的试样的表面比电阻，浸涂不同次数，不同抗静电分散液浓度对抗静电性能的影响具体数值如表1所示，不同碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比对抗静电性能的影响具体数值如表2所示。对选用的碳纳米管制成的抗静电分散液进行扫描，扫描电镜如图1(a)所示，并将抗静电分散液静置一周，静置结果如图1(b)所示。对经抗静电后整理后的非织造布扫描，SEM图如图2所示。改变抗静电分散液中碳纳米管的浓度，再对非织造布进行抗静电后整理，对整理后的非织造布扫描，SEM图如图3所示。
图1(a)显示了碳纳米管在抗静电分散液中分布均匀，图1(b)显示了抗静电分散液静置一周后未有沉淀，由此可知抗静电分散液中碳纳米管分散较为均匀且稳定性较好。
结合图2(a)非织造布的SEM图可知，非织造布是由随机排列的纤维构成，形成纤网结合热粘的方法加固而成，可看出其表面有规律的胶黏点。结合图2(b)可以看出CNT分散颗粒在非织造布上的附着以胶黏点处为主。结合图3可以看出，不同的CNT质量浓度的抗静电分散液中，碳纳米管在非织造布胶黏点处的吸附量有较为明显的差异，浓度越高，所吸附的碳纳米管的量越多。
表1
表2
实施例 涂覆次数 CNT与SDS质量比 表面比电阻(Ω/sq)
实施例2 两次涂覆 1:1
对比例1 两次涂覆 1:0.01
对比例2 两次涂覆 1:11
由表1可知，在相同浸涂次数下，改变抗静电分散液中碳纳米管的浓度，同样使得样品的表面比电阻发生了数量级的变化。浸涂次数为一次时，随着碳纳米管浓度的提高，非织造布表面比电阻的数量级由1010依次降至109和107。浸涂次数为两次时，随着碳纳米管浓度的提高，表面比电阻的数量级由109降至107和106。在浸涂次数为三次时，随着碳纳米管浓度的提高，表面比电阻的数量级由108依次降至106和106。由此可知，抗静电分散液中碳纳米管浓度越高，表面比电阻越小，非织造布的导电性能越好，抗静电性能越高。结合图3可以发现，不同的碳纳米管浓度在非织造布胶黏点处的吸附量有较为明显的差异，图3(a)碳纳米管质量浓度为5％，图3(b)碳纳米管质量浓度为10％，图3(c)碳纳米管质量浓度为15％，由图可以看出浓度越高，所吸附的碳纳米管质量分数越大。
结合表1中的数据可以发现，随着碳纳米管浓度的增加，碳纳米管的直接接触和电子隧道效应均有显著提升。在浸涂次数较少时，浓度对表面比电阻的影响较明显，在浸渍次数增加至三次时，10％与15％浓度的变化对表面比电阻的影响较小即为同一数量级。这表明当浸涂吸附的碳纳米管导电网络形成后，在浸渍三次时，浓度的不断提升类似增加金属导线的直径，对增加导电性作用不明显，即抗静电性能的提升不大。由表2数据可以看出，碳纳米管混合液中碳纳米管的质量浓度为10％，涂覆次数为两次、碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为1:1时，表面电阻率较，导电性好，抗静电性能即能取得很好的效果。
采用碳纳米管抗静电分散液对非织造布进行抗静电整理，融合了助剂吸附固着法的成本低、过程简单、应用于“用即弃”型非织造布以及表面金属化的永久抗静电和吸电磁波的优点，通过改变分散液的浓度即可获得较好的抗静电性能，本发明的用于非织造布的抗静电后整理方法在成本和加工工艺方面有较为突出的优势，易于产业化。
以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种用于非织造布的抗静电后整理方法，其特征在于，所述抗静电后整理方法包括如下步骤：
1)以碳纳米管粉末、分散剂和去离子水为原料配置碳纳米管混合液，对所述碳纳米管混合液分散后制得抗静电分散液；
2)将非织造布浸渍于步骤1)制备的抗静电分散液，干燥处理制备抗静电非织造布。
2.根据权利要求1所述的抗静电后整理方法，其特征在于，步骤1)中，所述碳纳米管的直径为10～20nm，长度为30～100μm，纯度大于95wt％。
3.根据权利要求1或2所述的抗静电后整理方法，其特征在于，所述碳纳米管粉末与所述分散剂的质量比为1：(1～10)。
4.根据权利要求1-3之一所述的抗静电后整理方法，其特征在于，所述分散剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
5.根据权利要求1-4之一所述的抗静电后整理方法，其特征在于，所述所述碳纳米管混合液中碳纳米管的质量浓度为5～15％。
6.根据权利要求1-5之一所述的抗静电后整理方法，其特征在于，步骤2)还可以为，将步骤1)制备的抗静电分散液喷涂于非织造布，干燥处理制备抗静电非织造布。
7.根据权利要求1-6之一所述的抗静电后整理方法，其特征在于，所述浸渍的次数为1～3次。
8.根据权利要求1-7之一所述的抗静电后整理方法，其特征在于，步骤1)中，所述碳纳米管混合液分散的分散过程为：利用超声波细胞粉碎仪在300W的功率下对碳纳米管混合液分散3h。
9.根据权利要求1-8之一所述的抗静电后整理方法得到的抗静电非织造布。
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