腈綸的抗靜電技術及性能評價

張保宏，薛 濤，孟家光，李會改

(西安工程大學，陜西西安710048)

1950年，杜邦公司在美國首次采用二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，開發(fā)并生產(chǎn)出聚丙烯腈(PAN)纖維，并且以Orlon為商品名引入市場［1］。PAN纖維在我國又被稱為腈綸，通常是由85%以上的丙烯腈與單體共聚(第二或第三)經(jīng)紡絲制得。腈綸具有較強的耐酸堿性、耐光性、耐熱性和抗水解性［2］，廣泛應用于服裝、裝飾和產(chǎn)業(yè)領域［3－6］。此外，腈綸具有優(yōu)異的耐光性、耐蟲蛀性、耐輻射性和較好的染色性，是羊毛的最佳替代品，被人們稱為“人造羊毛”。

靜電是經(jīng)過表面接觸、電荷遷移、雙電荷層和電荷分離4個過程產(chǎn)生的。靜電的產(chǎn)生與高分子材料的化學組成、化學結構、鏈結構、聚集狀態(tài)等因素有關［7］。腈綸的電阻率在標準狀態(tài)下為1013Ω·cm，因此在后加工過程中會因靜電導致纖維集束困難，或纏繞在機件上;在服用過程中，過高的靜電將引起皮膚炎癥和血液pH值升高;在加油站或粉塵較多的場合，靜電也會引起火災甚至爆炸［8］。為降低腈綸的靜電現(xiàn)象，減少危害，研究人員開發(fā)了抗靜電腈綸。作者從紡織工程學和材料學角度闡述抗靜電腈綸的研究進展，并介紹了抗靜電性能的表征方法。

1 腈綸抗靜電方法

1.1 導電纖維法

陳振洲等［9］選用緯編針織大圓機進行編織抗靜電針織物，導電纖維以添紗的方式夾入基礎組織(緯平針組織)內(nèi)，研究了防靜電針織物中導電纖維的間隔距離和導電纖維的含量對針織物抗靜電性能的影響。結果表明:在用導電纖維制得的防靜電針織物中，隨著導電絲間距的增加，導電絲的含量逐漸降低，其變化呈二次拋物線;隨著導電絲間距的增加，織物的電荷面密度呈上升趨勢，其變化遵循三次多項式曲線;根據(jù)織物的允許電荷面密度計算出導電絲的理論間距為2.74 cm，導電絲的理論含量為0.31%。

黃曉梅等［10］選擇主體紗線原料、導電紗纖維混紡或交織，研究了織物的抗靜電性能。結果表明，織物主體紗線材料的質(zhì)量比電阻對織物抗靜電性能影響顯著;在其他參數(shù)相同的條件下，導電紗在織物表面顯露多，抗靜電效果好，但是織物中導電紗的含量有一定影響。

1.2 表面改性及后整理法

常用的表面活性劑包括陽離子型、陰離子型、兩性離子型和非離子型等［11］。表面活性劑可以起到抗靜電的效果，其作用機理如下:表面活性劑分子具有兩個端，即疏水端和親水端;其中，疏水端吸附在纖維表面，同時，親水性基團指向空間，這樣將會形成極性表面，空氣中的水分子將會吸附在纖維的表面，從而加速電荷的逸散［12］。

張玉海［13］用堿減量法對腈綸進行表面改性，控制堿質(zhì)量分數(shù)為8%，水解時間為10 min，水解溫度為90℃，可以得到吸水率達54%的高吸水腈綸。該方法對腈綸進行表面處理后吸水性能明顯提高，同時抗靜電性能也得到提升。利用該方法對腈綸纖維進行處理時應注意:水解溫度、時間及堿濃度應嚴格控制，過高的堿濃度、水解溫度和過長的時間將會使水解反應加劇，腈綸纖維的力學性能(強度和斷裂功等)急劇降低，影響纖維的應用。通過在紡絲液中添加表面活性劑(如聚氧乙烯化的直鏈醇硫酸鈉鹽陰離子表面活性劑)的方法，然后紡絲也可制得抗靜電腈綸，且該腈綸的抗靜電能力持久。如制備PAN紡絲液，之后加入聚氧乙烯化十八硫酸酯鈉鹽，紡絲制得抗靜電腈綸絲。

M.Hudson等［14］也對這種方進行了研究，取得了較好的結果。M.T.Tauber等［15］應用腈水合酶對腈綸進行改性，腈綸表面有16%左右的氰基水解為相應的酰胺基，其親水性有所提高，同時，抗靜電性與手感也有所改善。

等離子體處理技術作為一種表面處理技術，具有工藝簡單、無污染的優(yōu)點。用低溫等離子體改善織物的抗靜電性，主要是通過等離子體聚合或接枝聚合的手段。等離子體處理的作用機理［16］:纖維比表面積增加，改善其吸濕性，從而抗靜電性提高;引入極性基團，提高纖維的吸濕性;化學組成發(fā)生改變，不飽和自由基→過氧自由基→酰胺基和羧基，從而改善腈綸抗靜電性能。

劉艷春等［17］對腈綸織物用氬氣常壓介質(zhì)阻擋放電等離子體進行接枝處理，并采用酸性染料TECTILON黃4R，對等離子體接枝處理前后的腈綸進行染色。經(jīng)過等離子體接枝處理后，腈綸的透濕性能明顯提高，但透氣性能和斷裂強力略有降低。

1.3 成纖高聚物改性

共聚法制備抗靜電腈綸是在單體聚合的過程中加入共聚單體，從而達到抗靜電的效果。采用該方法可以制備出抗靜電性能持久的腈綸，同時也是最重要、最可靠的方法［18］。

季榮水［19］在腈綸紡絲原液中添加抗靜電劑，研究抗靜電劑質(zhì)量分數(shù)對原液流動性能的影響。結果表明:隨著抗靜電劑質(zhì)量分數(shù)的增加，原液的零切黏度在出現(xiàn)一個最小值后逐漸增大;原液的非牛頓指數(shù)上升，原液的流動性變好;結構黏度指數(shù)降低，可紡性變好。

目前，生產(chǎn)抗靜電腈綸的主要方法是紡絲原液中加入抗靜電劑。該方法制備的抗靜電腈綸耐久性好。隋坤艷［20］采用粒徑為5 μm的氧化鋅晶須(ZnOw)作為抗靜電劑，與PAN共混制成紡絲原液，通過紡絲制備出抗靜電PAN/ZnOw纖維。

2 靜電性能評價指標

2.1 電荷量類

電荷量類指標包括電荷量［21］和電荷面密度［22］。通過摩擦的手段，使試樣帶電，然后將帶電試樣放入法拉第筒進行測定。電荷量以微庫侖為單位，主要應用于服裝;電荷面密度是指每平方米試樣上的電荷量，主要適用于面料。

2.2 時間類

時間類指標包括靜電衰減時間［23］和吸附時間［24］等。

靜電衰減時間首先通過感應帶電或直接充電讓試樣帶上電荷量，然后以電荷量的衰減時間(包括半衰期、10% 衰減時間和1% 衰減時間)表示。半衰期指靜電壓值衰減至原始值一半所需的時間。

吸附時間主要是根據(jù)試樣的吸附時間，從而評價織物的靜電性能。該方法操作簡單，但是穩(wěn)定性差。

2.3 電阻類

電阻類指標包括體積電阻(垂直電阻)［25］、表面電阻［26－27］、纖維比電阻［28］和泄露電阻［29］等。

體積電阻(垂直電阻)是電壓與電流的比值。將試樣放置于兩個環(huán)形組合電極中間，一定時間后，即可得到電壓值和電流值。

表面電阻與體積電阻相似，作用對象是試樣的表面，也是電壓與電流的比值。

纖維比電阻主要用于表征纖維的導電性能。

2.4 電壓類

電壓類指標包括摩擦帶電電壓［30］和感應靜電電壓［29］等。

在與標準布摩擦的過程中(張力和時間一定)，用最高電壓來表示摩擦帶電電壓。將試樣放入靜電場使其帶電，帶電電壓穩(wěn)定時，即為感應電壓值。

3 結語

腈綸抗靜電技術可以從紡織工程學和材料學角度，通過一定混紡手段、后整改方法及成纖高聚物改性等技術來提高腈綸的抗靜電性能。其中，應用低溫等離子體改性技術提高腈綸靜電性能的方法是一種新型的綠色環(huán)保技術，有利于社會的可持續(xù)發(fā)展，可加強這方面的研究;采用共混法制備的抗靜電腈綸具有較好的耐久性，有利于長時間的使用。腈綸的靜電現(xiàn)象如能很好地解決，將有利于其加工生產(chǎn)和人身安全，同時也提升腈綸產(chǎn)品的市場競爭力。

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