CN111334900A

CN111334900A - 一种抗静电纤维的制备方法和应用

Info

Publication number: CN111334900A
Application number: CN202010147411.9A
Authority: CN
Inventors: 陈名海; 戴辉; 邵苗苗
Original assignee: Jiangxi Copper Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Jiangxi Copper Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-06-26

Abstract

本发明属于新材料技术领域，涉及一种含有碳纳米管的抗静电纤维的制备方法。该方法通过高温熔喷制备得到聚合物纤维初生丝，再将聚合物纤维初生丝经过含有碳纳米管的水性浆料浸润，通过高温牵伸，在高温变形中利用高于玻璃化温度的软态聚合物将表面吸附的碳纳米管嵌入表面层基体中，从而获得具有表面含有碳纳米管的抗静电纤维。本发明的有益效果是，该技术方案只需表层少量碳纳米管，无需大量添加到整体纤维内部，大大降低碳纳米管的使用量，降低成本的同时还不改变纤维的外观颜色，改变了传统抗静电纤维黑色或深色的单调颜色。因此本发明具有低成本、工艺简单及产品多样等优势，具有显著的市场竞争力，具有重大产业化价值。

Description

一种抗静电纤维的制备方法和应用

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种抗静电纤维，特别涉及一种含有碳纳米管的抗静电纤维的制备方法和应用。

背景技术

纺织产品由于基体聚合物材料不导电，相互摩擦过程中极易产生静电，尤其在冬季空气干燥的环境中，静电聚集对穿戴者将造成不舒适。在工业领域，静电的聚集更有可能带来重大生产和安全事故，如电子、食品、化工等行业。消除纺织品静电最常用的方式是混纺抗静电纤维，其中抗静电纤维以金属纤维和内添加导电碳材料的聚合物纤维为主。内添加导电炭黑的聚合物纤维由于保持了原有的柔韧性，比金属纤维具有更好的舒适性和通用性，尤其在抗静电消费纺织品领域成为了一个巨大的行业分支。

碳纳米管是由单层石墨卷曲形成的一维管状纳米材料，具有导电性好、大长径比、结构稳定等众多优势，在树脂基体中添加具有比传统导电炭黑低得多的导电阈值，使用单壁碳纳米管时甚至可实现透明导电功能，是目前最优秀的导电填充材料之一。内添加改性是最常用的方式，中国发明专利201811186274.9公开了一种具有抗静电的腈纶纤维及其制备方法，其使用碳纳米管和导电炭黑添加进聚丙烯腈基体中，混合后依次通过预并条机-腈纶纤维预并条-粗纱-细纱-浸渍-烘干-络筒等工序后，得到具有抗静电功能的腈纶纤维。但由于碳纳米管巨大的长径比和表面积，形成强烈的机械缠绕和范德华作用力导致其难以分散。而且碳纳米管大表面积还将导致基体聚合物流动性急剧下降，难以胜任高速纺丝。现有化纤纺丝工艺要求添加碳纳米管后的纺丝原料依然保持优异的均一性，任何轻微的团聚和不均匀都将导致堵塞喷丝孔和断丝，严重影响了抗静电纤维的生产效率。因此，通过尝试特殊的纤维截面，降低碳纳米管等导电剂的添加量，以维持基体聚合物足够的可加工性。中国发明专利201711318298.0公开了一种抗静电复合涤纶纤维，其结构是抗静电网络层包覆涤纶纤维本体外表面，涤纶纤维本体的横截面呈圆形，中部开设有十字形孔，圆周方向上向外形成有多个凸起。该纤维具有优异的抗静电性能，同时具有良好的吸湿性、透气性。虽然也有报道尝试采用类似印染工艺直接将抗静电浆料附着在纤维表面，但由于纤维产品直径细，曲率大，且聚合物光滑表面，涂层难以形成稳定的附着。中国发明专利发明201910449401.8公开了一种碳纳米管(CNT)粘胶纤维的制造方法，由纤维素黄酸酯溶液、碳纳米管分散液接枝共混反应经过纺丝凝固再生而成。可见，采用涂层技术制备抗静电纤维依然具有很大挑战。正是由于这些技术难度，导致抗静电纤维成本一直居高不下，高效低成本制备技术依然是具有挑战性的研究。

发明内容

本发明公开了一种抗静电纤维的制备方法和应用，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种抗静电纤维的制备方法，该方法通过高温熔喷制备得到聚合物纤维初生丝，经过含有碳纳米管的水性浆料浸润，通过高温牵伸，即得到抗静电纤维。

进一步地，所述聚合物可以是聚酯(涤纶)、聚酰胺(锦纶)和聚丙烯腈(腈纶)的任意一种。

进一步地，所述高温熔喷温度150-250℃，喷丝口直径0.1-2mm。

进一步地，所述碳纳米管水性浆料的组分为：

进一步，所述含有碳纳米管的水性浆料通过超声、纳米研磨、高压均质或高压射流的分散手段制备得到。

进一步地，所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的任意一种及组合，管径0.4nm-10nm；所述分散剂是其特征在于所述分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、烷基磺酸盐、烷基磺酸醇醚、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等表面活性剂的任意一种或两种以上的任意组合。所述润湿剂是水性润湿剂，优选为德国毕克BYK151、BYK154、BYK180、BYK184、BYK187、BYK190、BYK191、BYK192、BYK194、BYK2010、BYK2015、BYK345、BYK346、BYK348等；所述流平剂是聚硅氧烷流平剂，优选为德国毕克BYK331、BYK333、BYK341、BYK378等；所述稳定剂是到玻璃化温度>70℃的水性聚氨酯、水性丙烯酸或水性聚酯树脂的任意一种，优选为水性饱和聚酯。

进一步地，所述高温牵伸温度为150-250℃，牵伸倍率5～100倍，牵伸后所得抗静电纤维直径2-20微米。

进一步地，所述抗静电纤维可进一步印染获得颜色多样的抗静电纤维，广泛应用于各种抗静电纺织品。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)抗静电纤维仅在纤维表面通过高温处理嵌入少量碳纳米管，相比内添加的方式，其用量大大降低，避免影响纤维颜色外观，可制备得到浅色及彩色抗静电纤维。

(2)碳纳米管嵌入纤维表面之后，获得了优异的附着力，具有优秀的耐磨和耐洗特性，比印染和涂覆的方式具有更强的抗静电持久性，获得永久抗静电特性。

(3)全流程采用水性工艺，无VOC，绿色环保，是一项工艺简便的低成本制备技术，具有良好的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明一种抗静电纤维的制备方法的工艺路线示意图。

图2为本发明一种抗静电纤维的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明一种抗静电纤维的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1)将聚合物通过高温熔喷制备得到聚合物纤维初生丝；

S2)将S1)得到的聚合物纤维初生丝置于含有碳纳米管的水性浆料浸润，通过高温牵伸，即得到直径为2-20μm的抗静电纤维，如图2所示，纤维表面包覆有一层嵌有碳纳米管的聚合物层。

所述S1)中的聚合物为聚酯、聚酰胺或聚丙烯腈。

所述高温熔喷的工艺为：温度为150-250℃，喷丝口直径0.1-2mm。

所述S2)中的高温牵伸的具体工艺为：

牵伸温度为150-250℃，牵伸倍率5～100倍。

所述S2)中的含有碳纳米管的水性浆料的各个组分的质量百分数为：碳纳米管0.1-2％，分散剂0.1-2％，润湿剂0.1-0.5％，流平剂0.1-0.5％，稳定剂0.1-2％，余量为水。

所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；纳米管的管径0.4nm-10nm。

所述含有碳纳米管的水性浆料通过超声、纳米研磨、高压均质或高压射流的分散手段制备得到。

所述分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、烷基磺酸盐、烷基磺酸醇醚、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的任意一种或两种以上的任意组合；所述润湿剂为德国毕克BYK151、BYK154、BYK180、BYK184、BYK187、BYK190、BYK191、BYK192、BYK194、BYK2010、BYK2015、BYK345、BYK346或BYK348；所述流平剂为德国毕克BYK331、BYK333、BYK341或BYK378；所述稳定剂为玻璃化温度>70℃的水性聚氨酯、水性丙烯酸或水性聚酯树脂的任意一种。

所述稳定剂还可为水性饱和聚酯。

一种采用上述方法制备得到抗静电纤维应用于各种抗静电纺织品。

实施例1

将聚酯通过250℃高温熔喷制备的聚合物纤维初生丝，喷丝口直径0.1mm，经过含有碳纳米管的水性浆料浸润，其中碳纳米管水性浆料经过超声分散制得，组分为：

随后，浸润碳纳米管水性浆料的初生丝，逐渐进入高温牵伸区，在200℃下牵伸5倍，收卷后即得到抗静电纤维。收卷后，测试丝束表面电阻为5～7×10⁷Ω/□。

实施例2

将聚酰胺通过200℃高温熔喷制备的聚合物纤维初生丝，喷丝口直径0.5mm，经过含有碳纳米管的水性浆料浸润，其中碳纳米管水性浆料经过超声分散制得，组分为：

随后，浸润碳纳米管水性浆料的初生丝，逐渐进入高温牵伸区，在180℃下牵伸20倍，收卷后即得到抗静电纤维。收卷后，测试丝束表面电阻为7～8×10⁶Ω/□。

实施例3

将聚丙烯腈通过150℃高温熔喷制备的聚合物纤维初生丝，喷丝口直径2mm，经过含有碳纳米管的水性浆料浸润，其中碳纳米管水性浆料经过超声分散制得，组分为：

随后，浸润碳纳米管水性浆料的初生丝，逐渐进入高温牵伸区，在250℃下牵伸100倍，收卷后即得到抗静电纤维。收卷后，测试丝束表面电阻为2～3×10⁸Ω/□。

实施例4

将聚酯通过220℃高温熔喷制备的聚合物纤维初生丝，喷丝口直径0.2mm，经过含有碳纳米管的水性浆料浸润，其中碳纳米管水性浆料经过超声分散制得，组分为：

随后，浸润碳纳米管水性浆料的初生丝，逐渐进入高温牵伸区，在200℃下牵伸80倍，收卷后即得到抗静电纤维。收卷后，测试丝束表面电阻为3～4×10⁷Ω/□。

实施例5

将聚酰胺通过220℃高温熔喷制备的聚合物纤维初生丝，喷丝口直径0.5mm，经过含有碳纳米管的水性浆料浸润，其中碳纳米管水性浆料经过超声分散制得，组分为：

随随后，浸润碳纳米管水性浆料的初生丝，逐渐进入高温牵伸区，在240℃下牵伸50倍，收卷后即得到抗静电纤维。收卷后，测试丝束表面电阻为6～7×10⁷Ω/□。

以上对本申请实施例所提供的一种抗静电纤维的制备方法和应用，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims

1.一种抗静电纤维的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

S1)将聚合物通过高温熔喷制备得到聚合物纤维初生丝；

S2)将S1)得到的聚合物纤维初生丝置于含有碳纳米管的水性浆料浸润，通过高温牵伸，即得到直径为2-20μm的抗静电纤维。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)中的聚合物为聚酯、聚酰胺或聚丙烯腈。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温熔喷的工艺为：温度为150-250℃，喷丝口直径0.1-2mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2)中的高温牵伸的具体工艺为：

牵伸温度为150-250℃，牵伸倍率5～100倍。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2)中的含有碳纳米管的水性浆料的各个组分的质量百分数为：碳纳米管0.1-2％，分散剂0.1-2％，润湿剂0.1-0.5％，流平剂0.1-0.5％，稳定剂0.1-2％，余量为水。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，管径为0.4nm-10nm。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述含有碳纳米管的水性浆料通过超声、纳米研磨、高压均质或高压射流的分散手段制备得到。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、烷基磺酸盐、烷基磺酸醇醚、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的任意一种或两种以上的任意组合；所述润湿剂为德国毕克BYK151、BYK154、BYK180、BYK184、BYK187、BYK190、BYK191、BYK192、BYK194、BYK2010、BYK2015、BYK345、BYK346或BYK348；所述流平剂为德国毕克BYK331、BYK333、BYK341或BYK378；所述稳定剂为玻璃化温度>70℃的水性聚氨酯、水性丙烯酸或水性聚酯树脂的任意一种。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述稳定剂还可为水性饱和聚酯。

10.一种采用如权利要求1-9任意一项方法制备得到抗静电纤维应用于抗静电纺织品领域。