CN1172031C - 聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属高分子合成纤维技术领域。本发明提供了一种聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法。该方法中添加氧化锌晶须和抗静电剂制得的产品具有较高的力学性能和抗静电性能，适宜于规模化生产。
Description
技术领域：
本发明属高分子合成纤维技术领域。具体涉及一种添加氧化锌晶须和抗静电剂改善聚丙烯腈纤维的抗静电改性的制备方法。
背景技术：
聚丙烯腈纤维具有羊毛的特征：蓬松性和保暖性好，手感柔软，防霉、防蛀，并有非常优越的耐光性和耐辐射性，目前其产量在合成纤维中仅次于聚酯纤维和聚酰胺纤维，位于第三位。但由于腈纶纤维的疏水性和绝缘性，静电现象严重。纤维在后加工时因摩擦产生静电，使集束困难并易缠绕在机件上；成品易沾污和吸尘；穿着时因静电现象使人体有不舒服的感觉；局部可引起皮肤炎症和血液PH值升高；衣服容易缠腿；在低湿度条件下，甚至因静电关系而引起火灾，这些都限制了腈纶在很多领域的应用。为此，人们进行了大量旨在提高聚丙烯腈纤维的抗静电性能的研制与开发。
改善聚丙烯腈纤维的抗静电性能的矛盾与关键问题是如何在改善纤维的抗静电性能的同时，还保持纤维原有的优良的力学性能和使用性能。为降低腈纶的静电积聚效应，制取抗静电腈纶，常采用如下措施：
1、利用化学方法将聚丙烯腈进行亲水化改性。如把亲水性化合物通过共聚引入聚合体中，制成高吸湿纤维：钟纺高吸湿腈纶Aqualon，德国拜耳公司生产Donava；把聚丙烯腈大分子中的氰基部分水解成羧基等。但这种抗静电聚丙烯腈纤维的缺点是对环境湿度的依赖性比较大，往往在干燥的气候下，抗静电性能不理想。
2、在纤维后整理时使纤维表面涂覆金属物质。主要产品有塞拉尼斯公司在纤维上生成Cu2S，可使纤维的电阻率降至102Ω·cm以下，并且具有火柴焰不燃烧的性能；此外，还有将纤维用抗静电剂溶液后处理等方法。但后处理方法的缺点是纤维的手感差，并且耐洗性不好。
3、在纺丝原液中混入少量碳黑或普通金属氧化物等物质。主要有三菱人造丝、钟纺等公司采用此法。碳黑是最优良的抗静电添加剂，缺点是制得的抗静电纤维颜色太深，只能用于染织深色布料。而其他普通白色金属氧化物的导电性能本身就较低，因此在制备具有优良抗静电性能的聚丙烯腈抗静电纤维时需添加大量白色金属氧化物，采用一般纺丝工艺制得的纤维力学性能很差，只有通过采用复杂的复合纺丝工艺制备出具有皮芯结构的抗静电聚丙烯腈纤维，才能有较好的力学性能，因此而使成本较高。
相比较而言，采用共混法制备白色抗静电纤维具有工艺简单，成本低的优点，但正如上所述，问题是添加量较大。而氧化锌晶须的诞生可以弥补、改善该方法的缺点。氧化锌晶须具有特殊的抗静电性能，因此是一种很有应用前景的材料，立即在材料的抗静电改性研究中引起了人们的极大兴趣。
发明内容：
本发明的目的在于设计利用氧化锌晶须达到制备抗静电聚丙烯腈纤维的改性效果。
本发明提供一种专用于制备抗静电聚丙烯腈纤维的方法：1)原液制备：将称量好的氧化锌晶须及聚乙二醇(PEG)加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，在0～10℃搅拌30分钟，加热升温，在80℃搅拌4小时。2)抗静电腈纶的纺丝工艺流程：
晶须材料/腈纶纺丝共混浆液(DMF溶剂体系)→纺丝成形→水洗→拉伸→干燥致密化→卷曲→切断→抗静电腈纶
氧化锌晶须的加入同时也降低了聚丙烯腈纤维的结晶度，提高了氧化锌晶须在聚丙烯腈纤维的离子电导率，但同时也降低了纤维的机械强度。聚乙二醇的加入会增加聚丙烯腈的抗静电性能，但会提高聚丙烯腈的结晶度。因此要兼顾纤维的抗静电性能和机械强度来考虑晶须和抗静电剂两者的最佳加入量。
在本发明的方法中：
氧化锌晶须的添加量为0.25～10％，最佳用量为2％左右；
抗静电剂可以是各种分子量的聚乙二醇；
纺丝工艺包括干法、湿法、冻胶法等；
所指的聚丙烯腈为均聚或共聚聚丙烯腈；
聚乙二醇的含量为聚丙烯腈的1～10％，最佳用量为5％左右；
聚乙二醇的最佳分子量为20000左右；
本发明提供的由聚丙烯腈、抗静电剂、氧化锌晶须等组成的抗静电聚丙烯腈纤维具有较高的力学性能以及优良的抗静电性能，并能够有效地大量生产。该抗静电聚丙烯腈纤维可广泛用于抗静电工作服、无尘工作服、无菌工作服、炼油及石油部门的防爆型的特殊工作服，以及地毯、被单、复印带等。
具体实施方式：
实例1.四针状氧化锌晶须(尺寸～10μm，未研磨)在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，氧化锌晶须与聚丙烯腈的重量比为1％，在10℃搅拌30分钟后，逐步边搅拌边加热升温，在80℃搅拌4小时，得到纺丝原液，然后按前述抗静电腈纶的纺丝工艺流程纺得抗静电腈纶，样品编号为2。
实例2.四针状氧化锌晶须(尺寸2.5～7.5μm，未研磨)在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，氧化锌晶须与聚丙烯腈的重量比为1％，再加入少量钛酸酯作为偶联剂，在10℃搅拌30分钟后，逐步边搅拌边加热升温，在80℃搅拌4小时，得到纺丝原液，然后按前述抗静电腈纶的纺丝工艺流程纺得抗静电腈纶，样品编号为3。
实例3.四针状氧化锌晶须(尺寸2.5～7.5μm，未研磨)在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，氧化锌晶须与聚丙烯腈的重量比为0.8％，再加入少量钛酸酯作为偶联剂，在10℃搅拌30分钟后，逐步边搅拌边加热升温，在80℃搅拌4小时，得到纺丝原液，然后按前述抗静电腈纶的纺丝工艺流程纺得抗静电腈纶，样品编号为4。
实例4.四针状氧化锌晶须(尺寸2.5～7.5μm，未研磨)在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，氧化锌晶须与聚丙烯腈的重量比为1％，再加入少量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散剂，在10℃搅拌30分钟后，逐步边搅拌边加热升温，在80℃搅拌4小时，得到纺丝原液，然后按前述抗静电腈纶的纺丝工艺流程纺得抗静电腈纶，样品编号为5。
实例5，四针状氧化锌晶须(尺寸2.5～7.5μm，未研磨)在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，氧化锌晶须与聚丙烯腈的重量比为1％，再加入PEG(相对聚丙烯腈的重量为2％)，在10℃搅拌30分钟后，逐步边搅拌边加热升温，在80℃搅拌4小时，得到纺丝原液，然后按前述抗静电腈纶的纺丝工艺流程纺得抗静电腈纶，样品编号为6。
实例6，四针状氧化锌晶须(尺寸2.5～7.5μm，未研磨)在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，氧化锌晶须与聚丙烯腈的重量比为0.5％，再加入PEG(相对聚丙烯腈的重量为4％)，在10℃搅拌30分钟后，逐步边搅拌边加热升温，在80℃搅拌4小时，得到纺丝原液，然后按前述抗静电腈纶的纺丝工艺流程纺得抗静电腈纶，样品编号为7。
作为比较，编号1样品为常规腈纶纤维样品，各样品的有关性能的测试结果列在下表中。
| 样品编号 | 腈纶纤维组成 | 电阻率Ω·cm(27.5℃ RH65％) | 强度cN/dtex | 伸长％ | 可纺性 |
| 1 | 常规腈纶纤维 | ～1014 | 2.65～3.53 | 30～42 | 好 |
| 2 | ZnO 1％(＞10μm，未研磨) | 5.8×109 | 1.73 | 16.4 | 差 |
| 3 | ZnO 1％(2.5～7.5μm，未研磨)偶联剂：钛酸酯 | 4×1010 | 2.20 | 33.8 | 较差 |
| 4 | ZnO 0.8％(2.5～7.5μm，未研磨)偶联剂：钛酸酯 | 3.6×1010 | 2.70 | 32.5 | 较差 |
| 5 | ZnO 1％分散剂：PVP | 9×109 | 2.10 | 30.4 | 好 |
| 6 | ZnO 1％PEG2％ | 3.1×1010 | 1.99 | 15.8 | 好 |
| 7 | ZnO 0.5％PEG 4％ | 1.1×1010 | 2.23 | 13.8 | 好 |
Claims (5)
1、一种聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
(1)原液制备：将称量好的氧化锌晶须及聚乙二醇加入N、N-二甲基甲酰胺中搅拌均匀，再加入一定量的聚丙烯腈，在0～10℃搅拌30分钟，加热升温，在80℃搅拌四小时；
(2)抗静电腈纶的纺丝工艺：
将晶须材料、腈纶纺丝与二甲基甲酰胺溶剂的共混浆液纺丝成形、水洗、拉伸、干燥致密化、卷曲、切断，最后制成抗静电腈纶。
2、根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法，其特征在于其中所述氧化锌晶须的添加量与聚丙烯腈的重量比为0.25～10％，抗静电剂为聚乙二醇。
3、根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法，其特征在于其中所述的聚丙烯腈为均聚或共聚聚丙烯腈。
4、根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法，其特征在于其中所述的聚乙二醇相对于聚丙烯腈的重量为0.5-20％，分子量为1000-50000。
5、根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法，其特征在于其中所述的纺丝工艺包括干法、湿法或冻胶法。
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