CN1233772C - 一种腈纶用耐久性抗静电剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种腈纶用耐久性抗静电剂及其制备方法，该抗静电剂通过下述步骤制备：第一步在引发剂存在下，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯或烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯同带环氧官能团的乙烯基单体进行聚合反应，生成抗静电剂大分子。第二步将上述抗静电剂大分子配制成溶液，加入固化剂即为腈纶用耐久性抗静电剂。本发明创造性地在合成高分子链中引入烷基酚聚氧乙烯醚侧基及环氧基团，利用烷基酚聚氧乙烯醚基团的表面活性(具有很好的吸水性能和抗静电性能)和环氧基团的交联活性，合成出一种表面处理用可交联固化型高分子抗静电剂。该工艺优选采用溶液聚合方法，将烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯与带环氧基团的乙烯基单体进行共聚，单体转化率高，反应平稳。将聚合反应液同固化剂按一定比例配制成一定浓度的溶液，涂覆在纤维的表面，而后进行烘干固化即得到抗静电纤维。操作简便，所得纤维的抗静电性能优良(体积比电阻小于10⁸Ω·cm)，且具有很好的耐久性能。

Description

一种腈纶用耐久性抗静电剂

技术领域

本发明涉及一种腈纶用耐久性抗静电剂及其制备方法，特别是含烷基酚聚氧乙烯醚侧基及环氧基团的腈纶用耐久性抗静电剂及其制备方法。

背景技术

众所周知，腈纶是合成纤维的主要品种之一，其质地膨松，手感柔软，密度小，导热率低(比涤纶低40％)，保暖性能好，有人造羊毛之称，是羊毛的最佳代用品，且价格便宜，透气性好，缩水率低(只有0.4％)，作为服装用原料，其在棉纺领域的比重占30～50％。

常规腈纶不加整理剂时，标准状况下体积电阻率为10¹³-10¹⁴Ω.cm，属绝缘材料，后加工时因摩擦可产生静电，集束困难，与工件发生缠绕；制成成品后易沾污吸尘；穿着时因放电使人产生不舒服感；放电引起系列危害限制了它的应用。常规腈纶在生产过程中用表面施加抗静电剂的方法已作了抗静电处理，但仅获得暂时抗静电效果，只能满足局部加工需要，在湿、热处理(洗涤、染色、汽蒸)中会丧失。

制备抗静电腈纶的常用方法有：(1)在共聚体中引入亲水化合物，提高产品的吸湿性，从而使腈纶具有抗静电性能。(2)在腈纶中加入少量导电物质(碳黑或金属氧化物)制得耐久性抗静电腈纶。(3)用铜盐溶液处理纤维表面，使常规腈纶表面附着金属涂层，制得不受环境湿度影响的导电腈纶。

日本专利JP11189768发明了由亲水性聚合物、聚醚多元醇和水组成的一种抗静电剂，对纤维进行抗静电处理后，只改善纤维的抗静电性能，对其它性能无影响。亲水聚合物主要有：羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、丙烯酸、甲级丙烯酸同其它乙烯基单体的均聚物或共聚物、聚季氨盐等。日本专利JP02588445发明了由丝胶粉和固化剂配制成0.3～6.0％的水溶液作为抗静电剂对纤维进行处理，提高了纤维的吸水性及抗静电性能。并采用下列丝胶增溶剂：乙醛、明矾、鞣酸、马来树脂、环氧树脂等。以上两个专利所发明的均为普通型外用抗静电剂，不具有耐久性能。

日本专利JP昭56-79766发明了一种全新的抗静电剂，其结构式如下：

CH₂＝CR₁-COO-x-y-z-C(O)C(R₂)＝CH₂

式中R₁、R₂代表氢或甲基，

x、z表示(CH₂CH₂O)_m(CH₂CH(CH₃)O)_n或

(CH₂CH₂O)_n(CH₂CH(CH₃)O)_m

y表示-COC(CH₂)CH₂COO-或-COC(CH₃)＝CHCOO-

或-COCH＝CHCOO-

抗静电剂分子式的中间及两端含有不饱和双键，涂于纤维表面后，在催化触酶的存在下可以进行固化交联，从而形成一种立体网状结构的涂膜。改性后的纤维具有很好的抗静电性、耐水洗性及耐久性。但该抗静电剂的交联基团为双键，固化时需要加入自由基型固化剂，并需要高温固化。自由基型固化剂常引起纤维着色，固化不均匀，固化率低等缺点。

美国专利US3963803将丙烯腈聚合物同聚醚聚酯的嵌段共聚物进行共混，而后纺丝从而得到抗静电丙烯腈纤维，特别指出的是，聚醚聚酯的嵌段共聚物同丙烯腈接枝聚合以后，抗静电性能得到大大提高。该发明的丙烯腈纤维的体积比电阻达到10⁹Ω·cm左右。美国专利US4107129在专利US3963803的基础上，在抗静电组分中加入导电炭黑，抗静电性能大大提高，该发明的纤维的比电阻值小于10⁸Ω·cm。美国专利US4468433发明了一种抗静电剂，由壬二酸酯同2，2-二甲基-1，3-丙二醇反应合成聚酯，然后以聚醚封端，并加有四烷基磷、间苯二甲酸酯，通过减压缩聚合成聚酯(壬二酸二甲酯和2，2-二甲基-1，3-丙二醇及单羟基丙醚)作为纤维的抗静电剂。纤维中加入1～6％的该抗静电剂以后，体积比电阻降至10^8.5～10^9.5Ω.cm。美国专利US4506070在专利US4468433的基础上，进一步优化原料配比，从而获得了更好的抗静电效果，纤维中加入1～6％的该抗静电剂以后，体积比电阻降至10^8.5Ω.cm。上面几个专利所发明的均为共混纺丝内用型抗静电剂，用量一般较大，在5％左右。

发明内容

根据所述的背景资料来看，抗静电腈纶用途非常之广。先前的专利多以聚醚聚酯的嵌段共聚物或聚醚多元醇作为抗静电的主要成分，内用型的抗静电剂用量较大，而外用型的抗静电剂固化不完全，耐久性较差。

本发明拟在解决前述专利的不足之处，提供一种用量小、抗静电性能好，耐久性能突出的外用型抗静电剂。

本发明以烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯为主要原料，与带活性集团的乙烯基单体进行共聚，合成一种高分子抗静电剂，然后，将其同固化剂按一定配比配制成抗静电剂溶液，直接涂于纤维表面，而后固化。

本发明采用溶液聚合工艺，包括以下步骤：

a、在引发剂存在下，烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯同带环氧官能团的乙烯基单体进行聚合反应，生成抗静电剂大分子；

b、将a中所述的抗静电剂大分子配制成一定浓度的水溶液，加入一定量的固化剂即为腈纶用耐久性抗静电剂。

一般地讲，本发明制备抗静电剂的反应方程式如下：

式中R1、R2、R3分别代表H或烷基，n代表氧化乙烯单元的重复数。

尤为重要的是，本发明研制的抗静电剂用量少，聚合液可以直接用来配制抗静电剂，固化反应速度快，固化完全。

下面详细介绍本发明的合成方法。

聚合反应，将溶剂、烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯及部分甲基丙烯酸缩水甘油酯按配方称量加入带搅拌的三口烧瓶中，通入N₂，搅拌，加热至所需温度，将引发剂溶于溶剂中配成一定浓度的溶液。引发剂溶液和甲基丙烯酸缩水甘油酯分别连续加入三口烧瓶中，取样测定单体转化率，转化率达到90％以上时，停止聚合反应，反应液即为所制备的抗静电剂大分子溶液。

反应所用原料烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯分子中氧化乙烯单元的重复个数为3～150，最好为10～50。所用带环氧官能团的乙烯基单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、乙烯基环氧丙基醚、丙烯基环氧丙基醚、丁烯基环氧丙基醚或丁烯酸缩水甘油酯，优选甲基丙烯酸缩水甘油酯。反应溶剂可选二甲亚砜、二甲基甲酰胺、三氯甲烷、水等。聚合引发剂可选偶氮二异丁氰、偶氮二异庚氰、过氧化苯甲酰等。

聚合反应过程中单体浓度控制在10～60％，最好控制在20～40％。原料烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯同带环氧官能团的乙烯基单体的摩尔比为1∶0.7～1.8，最好控制在1∶1.0～1.3。

在聚合反应过程中，反应温度控制在50～100℃，较好的温度范围为60～90℃，最好为70～85℃。反应温度低，聚合反应速度慢，聚合产物的组成分布均匀。反应温度高，聚合反应速度快，聚合产物的组成分布不均匀，分子链中的环氧基团容易被破坏。引发剂和甲基丙烯酸缩水甘油酯的加入速度分别控制在7小时和5小时，由于烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯的分子量较大，而甲基丙烯酸缩水甘油酯较小，甲基丙烯酸缩水甘油酯的竟聚率要比烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯大得多，因此，甲基丙烯酸缩水甘油酯的加入速度非常重要。

聚合反应完成后，将聚合反应液稀释成固含量为0.2～3.0％的水溶液，最好为0.5～1.5％的水溶液，然后加入适量的固化剂，此即为目标产物抗静电剂。固化交联剂可选2，4，6--三(N，N-二甲基)-氨基-苯酚、591、T-31等环氧固化剂。交联剂用量为抗静电剂大分子重量的1.0～5.0％。

将腈纶纤维浸泡于配制好的抗静电剂溶液中，浸渍10分钟，取出，挤出多余的抗静电剂溶液，放入在温度为125度恒温烘箱中烘干30分钟，室温自然放置24小时，测定纤维的体积比电阻。

本发明提供了一种以烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯为主要原料合成腈纶用耐久性抗静电剂及其制备方法。本发明创造性地在合成高分子链中引入烷基酚聚氧乙烯醚侧基及环氧基团，合成出一种表面处理用可交联固化型高分子抗静电剂。聚合反应工艺平稳，单体转化率高。所得抗静电剂施工应用将漫长简便，用量小，所得纤维的抗静电性能优良(体积比电阻小于10⁸Ω·cm)，且具有很好的耐久性能。

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但是本发明不仅限于这些例子。通过这些实施例也可以充分理解本发明的实质以及发明范围，进一步了解本发明所述分步升温工艺的优缺点。

具体实施方式

实施例1

在装有回流冷凝器、搅拌装置的500ml反应器中，加入90g二甲基甲酰胺、20g烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯(氧化乙烯单元的重复个数为15)、1.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，启动搅拌，通入氮气，升温至75℃。

称取0.5g偶氮二异丁氰溶于10g二甲基甲酰胺中，另外称取2.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，反应温度达到75℃后，将引发剂溶液分五次加入反应器，间隔1.5小时；2.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯分三次加入反应器，间隔1.5小时。恒温反应10h，取样分析单体转化率为90.5％。

称取2.0g上述反应液，加入100g蒸馏水，搅拌混合均匀，然后加入0.2g 2，4，6--三(N，N-二甲基)-氨基-苯酚，搅拌均匀，此即为抗静电剂溶液。将50g腈纶纤维加入到配制好的抗静电剂溶液中，浸泡15分钟，使得抗静电剂溶液均匀地渗透到纤维上去，取出纤维，挤出纤维中过量的抗静电剂溶液，称量湿纤维重73.1g。将纤维放入温度为125℃的恒温烘箱中，烘干半小时，称重为50.48g。

将烘干好的纤维室温自然放置24小时，测定纤维的体积比电阻，测定值为：7.2×10⁷Ω·cm。

实施例2

在装有回流冷凝器、搅拌装置的500ml反应器中，加入90g二甲亚砜、30g烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯(氧化乙烯单元的重复个数为30)、0.6g甲基丙烯酸缩水甘油酯，启动搅拌，通入氮气，升温至85℃。

称取0.5g偶氮二异庚氰溶于10g二甲亚砜中，另外称取1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯，反应温度达到75℃后，将引发剂溶液分五次加入反应器，间隔1.5小时；1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯分三次加入反应器，间隔1.5小时。恒温反应15h，取样分析单体转化率为91.2％。

称取2.0g上述反应液，加入100g蒸馏水，搅拌混合均匀，然后加入0.1g 2，4，6-三(N，N-二甲基)-氨基-苯酚，搅拌均匀，此即为抗静电剂溶液。将50g腈纶纤维加入到配制好的抗静电剂溶液中，浸泡15分钟，使得抗静电剂溶液均匀地渗透到纤维上去，取出纤维，挤出纤维中过量的抗静电剂溶液，称量湿纤维重88.3g。将纤维放入温度为125℃的恒温烘箱中，烘干半小时，称重为50.73g。

将烘干好的纤维室温自然放置24小时，测定纤维的体积比电阻，测定值为：2.9×10⁷Ω·cm。

实施例3

在装有回流冷凝器、搅拌装置的500ml反应器中，加入90g二甲基甲酰胺、40g烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯(氧化乙烯单元的重复个数为50)、1.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，启动搅拌，通入氮气，升温至75℃。

称取0.5g偶氮二异丁氰溶于10g二甲基甲酰胺中，另外称取2.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，反应温度达到75℃后，将引发剂溶液分五次加入反应器，间隔1.5小时；2.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯分三次加入反应器，间隔1.5小时。恒温反应10h，取样分析单体转化率为90.5％。

称取2.0g上述反应液，加入100g蒸馏水，搅拌混合均匀，然后加入0.2g 2，4，6--三(N，N-二甲基)-氨基-苯酚，搅拌均匀，此即为抗静电剂溶液。将50g腈纶纤维加入到配制好的抗静电剂溶液中，浸泡15分钟，使得抗静电剂溶液均匀地渗透到纤维上去，取出纤维，挤出纤维中过量的抗静电剂溶液，称量湿纤维重75.2g。将纤维放入温度为125℃的恒温烘箱中，烘干半小时，称重为50.47g。

将烘干好的纤维室温自然放置24小时，测定纤维的体积比电阻，测定值为：1.9×10⁷Ω·cm。

实施例4

在装有回流冷凝器、搅拌装置的500ml反应器中，加入90g二甲基甲酰胺、20g烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯(氧化乙烯单元的重复个数为40)、0.8g甲基丙烯酸缩水甘油酯，启动搅拌，通入氮气，升温至75℃。

称取0.5g偶氮二异丁氰溶于10g二甲基甲酰胺中，另外称取1.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，反应温度达到75℃后，将引发剂溶液分五次加入反应器，间隔1.5小时；1.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯分三次加入反应器，间隔1.5小时。恒温反应10h，取样分析单体转化率为90.5％。

称取1.0g上述反应液，加入100g蒸馏水，搅拌混合均匀，然后加入0.1g 2，4，6-三(N，N-二甲基)-氨基-苯酚，搅拌均匀，此即为抗静电剂溶液。将50g腈纶纤维加入到配制好的抗静电剂溶液中，浸泡15分钟，使得抗静电剂溶液均匀地渗透到纤维上去，取出纤维，挤出纤维中过量的抗静电剂溶液，称量湿纤维重96.1g。将纤维放入温度为125℃的恒温烘箱中，烘干半小时，称重为50.47g。

将烘干好的纤维室温自然放置24小时，测定纤维的体积比电阻，测定值为：5.2×10⁷Ω·cm。

实施例5

在装有回流冷凝器、搅拌装置的500ml反应器中，加入90g二甲亚砜、20g烷基酚聚氧乙烯醚(甲基)丙烯酸酯(氧化乙烯单元的重复个数为15)、1.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，启动搅拌，通入氮气，升温至75℃。

称取0.5g偶氮二异庚氰溶于10g二甲亚砜中，另外称取2.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯，反应温度达到75℃后，将引发剂溶液分五次加入反应器，间隔1.0小时；2.0g甲基丙烯酸缩水甘油酯分三次加入反应器，间隔1.2小时。恒温反应10h，取样分析单体转化率为93.5％。

称取1.5g上述反应液，加入100g蒸馏水，搅拌混合均匀，然后加入0.2g 2，4，6--三(N，N-二甲基)-氨基-苯酚，搅拌均匀，此即为抗静电剂溶液。将50g腈纶纤维加入到配制好的抗静电剂溶液中，浸泡15分钟，使得抗静电剂溶液均匀地渗透到纤维上去，取出纤维，挤出纤维中过量的抗静电剂溶液，称量湿纤维重73.1g。将纤维放入温度为125℃的恒温烘箱中，烘干半小时，称重为50.28g。

将烘干好的纤维室温自然放置24小时，测定纤维的体积比电阻，测定值为：8.3×10⁷Ω·cm。

Claims (7)

1、一种通过以下步骤制备的腈纶用耐久性抗静电剂：

a、在引发剂存在下，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯或烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯同带环氧官能团的乙烯基单体进行聚合反应，生成抗静电剂大分子，烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯或烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯同带环氧官能团的乙烯基单体的摩尔比为1∶0.7～1.8，所述烷基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯或烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯分子中氧化乙烯单元的重复个数为3～150，所述带环氧官能团的乙烯基单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、乙烯基环氧丙基醚、丙烯基环氧丙基醚、丁烯基环氧丙基醚或丁烯酸缩水甘油酯；

b、将a中所述的抗静电剂大分子配制成溶液，加入固化剂即为腈纶用耐久性抗静电剂。

2、根据权利要求1所述的抗静电剂，其特征在于其中带环氧官能团的乙烯基单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。

3、根据权利要求1所述的抗静电剂，其特征在于所述的聚合反应温度为50～100℃。

4、根据权利要求1所述的抗静电剂，其特征在于所述的聚合反应所用溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、三氯甲烷或水。

5、根据权利要求1所述的抗静电剂，其特征在于所述的引发剂为偶氮二异丁氰、偶氮二异庚氰或过氧化苯甲酰。

6、根据权利要求1所述的抗静电剂，其特征在于所述的固化剂为交联剂2，4，6-三(N，N-二甲基)-氨基苯酚、T-31环氧类。

7、根据权利要求1或6所述的抗静电剂，其特征在于所述的固化剂用量为抗静电剂大分子重量的1.0～5.0％。