抗静电剂性能机理及研究进展

抗静电剂性能机理及研究进展发布日期：2013-03-12 浏览次数：701合成纤维、纱线或织物在加工或使用过程中由于摩擦而易产生静电。

带有静电的纤维容易吸附尘埃造成沾污,在加工过程中,电荷的吸引或排斥会使加工困难。

纺纱过程中静电会造成纤维间抱合性差、易缠绕及断头,影响纺纱的顺利进行;染整加工中,织物烘干后带静电时易吸附在金属体上,造成织物在滚筒上卷缠;衣服穿用过程中产生的静电易沾灰尘、缠贴身体及穿着不舒适等。

当集聚的静电高于500Ｖ时,会因放电产生火花、引起火灾,高于8000Ｖ时,则会产生电击现象。

抗静电剂是施加到纤维或织物表面,增加其表面的亲水吸湿性,以防止静电在纤维上积聚的化学助剂。

采用亲水性物质处理疏水性的合成纤维可以提高纤维表面的吸湿性,在纤维表面形成具有电导性的离子层使纤维表面比电阻大大降低,从而达到防静电效果。

表面活性剂及其它亲水性物质可以作为纤维的抗静电剂。

纺丝油剂主要采用表面活性剂作为抗静电剂,其中阴离子型表面活性剂因其通用性好、价格低廉而最受欢迎。

在织物后整理中阳离子型抗静电剂以其很好的抗静电效果、优良的柔软和杀菌作用而得到了广泛应用。

近年来,含氟、含硅和高分子类的特殊表面活性剂也发展成为抗静电剂。

为了适应纤维工业抗静电和耐洗涤的需要,人们还发展了一类与纤维表面结合牢固不易逸散、耐磨和耐洗涤的耐久性抗静电剂。

它们可以在纤维的表面形成坚韧的有较强附着力的附着层,所以耐摩擦、耐洗涤和耐热,也不向内部迁移,抗静电性能持久。

随着抗静电技术的不断发展、人们环保意识的逐步提高,各类抗静电剂及其主要组分都有了进一步发展。

本文对纤维后整理用抗静电剂的发展进行归纳,以更好地推动我国抗静电剂的研制和应用工作。

1抗静电剂的类型抗静电剂可分为暂时性抗静电剂和耐久性抗静电剂。

用于合成纤维的纺丝、纺纱、织造用的抗静电剂多为暂时性抗静电剂,作为织物成品后整理用的多为耐久性抗静电剂。

常用的暂时性和耐久性抗静电剂分别论述如下。

1.1暂时性抗静电剂目前工业上应用的暂时性抗静电剂主要是一些表面活性剂,由于离子型表面活性剂可以直接利用自身的离子导电性消除静电,所以目前应用最多。

1.1.1阴离子表面活性剂在阴离子表面活性剂中,烷基(苯)磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基硫酸酯、烷基苯酚聚氧乙烯醚硫酸酯和烷基磷酸酯都具有抗静电作用,以烷基苯酚聚氧乙烯醚硫酸酯和烷基磷酸酯的效果最好[1]。

烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠除了具有抗静电效果外,还有优良的乳化分散作用,但从环保的角度它又受到了限制。

烷基磷酸酯类抗静电剂的水溶性和抗静电效果良好,起泡性小,具有良好的耐热性、耐酸碱性能。

烷基磷酸酯和环氧乙烷缩合可以进一步增强其抗静电性能。

1.1.2阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂是抗静电剂的大类品种,在低浓度时就具有优良的抗静电性能。

由于大多数高分子材料都带有负电荷,因此阳离子表面活性剂是较为有效的抗静电剂。

与阴离子型抗静电剂相比,阳离子型抗静电剂的耐洗性较好、柔软性和平滑性优良,还有良好的杀菌性能。

缺点是能使染料变色、耐晒牢度降低且不能和阴离子型助剂、染料、增白剂同浴使用。

用作抗静电剂的阳离子表面活性剂主要为季铵盐型,代表性产品有抗静电剂ＴＭ和抗静电剂ＳＮ。

在季铵化合物的1个或多个烷基中采用聚氧乙烯基取代,可以改进其水溶性,形成的聚醚型季铵盐还可以与阴离子型表面活性剂拼混使用。

此外,Ｎ-十六烷基吡啶硝酸盐的抗静电效果优良。

氨基烷基聚乙二醇醚ＲＮＨ(ＥＯ)ｎＨ具有抗静电性大和吸着性大的特点。

氧化胺型阳离子表面活性剂稳泡性和抗静电性好,主要用于纤维抗静电剂。

咪唑啉季铵盐衍生物,如酰胺咪唑啉季铵盐(抗静电柔软剂ＡＳ)不仅具有良好的抗静电性能,还具有优良的柔软性能。

脂肪酸胺类抗静电剂主要有Ｎ,Ｎ-二甲基-β-羟乙基十八酰胺γ丙基季铵硝酸盐,该产品适用于合纤纺丝和织布时消除静电,效果优良[2]。

1.1.3两性表面活性剂这是一类优良的抗静电剂,能在纤维表面形成定向吸附层,从而提高纤维表面电导率以达到抗静电目的。

主要有氨基酸型、甜菜碱型、咪唑啉型。

其中以甜菜碱型最为有效,对染色的影响也小,如ＢＳ-12(十二烷基甜菜碱)不仅具有良好的抗静电性、柔软性,还有良好的去污力和钙皂分散性。

而烷基咪唑啉甜菜碱型产品由于对皮肤刺激性小,抗静电性和柔软性好,常用于织物后整理[3]。

1.1.4非离子表面活性剂非离子表面活性剂有多元醇类和聚氧乙烯醚类2大类,它们可以吸附在纤维表面形成吸附层,使纤维与摩擦物体的表面距离增加,减少了纤维表面的摩擦,使起电量降低。

另外,非离子表面活性剂中的羟基和氧乙烯基能与水形成氢键,增加了纤维的吸湿,提高含水量而降低了纤维表面电阻,从而使静电易于消除。

非离子表面活性剂毒性小,对皮肤无刺激性,使用广泛,主要用作合纤油剂,常与离子型抗静电剂拼用,兼有润湿、乳化和抗静电作用。

1.1.5有机硅表面活性剂目前有机硅抗静电剂常见的有聚醚型改性硅氧烷。

乙酰氧基封端的聚烯丙基聚氧乙烯醚与聚甲基氢硅氧烷加成形成的高分子抗静电剂用于锦纶、涤纶的抗静电整理,效果极好。

1.1.6有机氟表面活性剂具有表面张力低、耐热、耐化学品、憎油和润滑性好等特点,抗静电性能比烃类化合物大得多,但价格昂贵。

1.1.7高分子型高分子型抗静电剂具有耐热性好的特点。

低聚苯乙烯磺酸钠,聚乙烯磺酸钠,聚乙烯苄基三甲基季铵盐等都可用作抗静电剂。

聚2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵对丙纶纤维有很强的结合力,用它处理过的丙纶地毯具有优良的抗静电性能[4]。

1.2耐久性抗静电剂[5]除阳离子、两性表面活性剂的抗静电剂有一定的耐久性外,其它类型的抗静电剂都不耐贮存和洗涤。

为此,人们开发了耐久性抗静电剂。

1.2.1聚胺类以聚氧乙烯链为主链的聚胺型化合物,是最早应用的耐久性抗静电剂。

如多乙烯多胺与聚乙二醇反应而得的抗静电剂ＸＦＺ-03,可用作腈纶和涤纶等合成纤维的抗静电剂,它的抗静电性由亲水性聚醚产生,耐洗性则源于较高的相对分子质量与反应性基团。

1.2.2聚酯聚醚类它是对苯二甲酸、乙二醇、聚乙二醇的嵌段共聚物,基本结构和涤纶相似。

如国产抗静电剂ＣＡＳ、Ｆ4,分子中分子量在600以上的聚氧乙烯基可提高其亲水性,从而降低表面电阻获得抗静电效果。

涤纶表面上接上的聚氧乙烯基能耐久经受多次洗涤,还有防止再污染和易去污的性能。

聚酯链段与涤纶分子结构相同,热处理后形成共晶,结成长链,也使耐洗性大大提高,且分子链段越长,分子量越大,耐洗性越好。

这种抗静电剂可广泛用于各种化纤织物、丝、毛织物及各种混纺织物,具有优良的抗静电和柔软效果[6,7]。

1.2.3聚丙烯酸酯类丙烯酸(或甲基丙烯酸)和丙烯酸酯与亲水性单体的共聚物能在纤维表面形成阴离子型亲水性薄膜。

由于分子中有亲水性很强的羧基,所以抗静电效果很好,耐洗性也不错,特别适用于涤纶。

1.2.4三嗪类以三聚氰胺为骨架,接上聚酯、聚醚基团,具有良好的抗静电性和耐洗性,适用于涤纶、腈纶等合成纤维。

1.2.5聚氨酯型抗静电剂基本结构为ＮＨＣＯＯ-(ＥＯ)ｎＣＯＮＨＲ,其中聚醚链段和酰胺链段都是很好的吸湿抗静电基团。

聚氨酯型抗静电剂常与其它类型的抗静电剂并用,以获得更好的效果[5]。

1.2.6交联性抗静电体系含有羟基或氨基的非耐久性抗静电剂与多官能度交联剂反应,生成线性或三维网状结构的不溶性高聚物,覆盖在纤维表面,可以提高耐洗性。

常用交联剂有ＨＭＭ(六羟甲基三聚氰胺)和ＴＭＰＴ(三甲氧基丙酰三嗪)。

选择合适的交联剂与抗静电剂的比例可以得到极好的耐久性抗静电性能。

1.2.7壳聚糖壳聚糖作为涤纶织物的抗静电剂,抗静电效果良好,在交联剂、催化剂存在下经焙烘可获得较为耐久的抗静电效果。

利用丙二酸的交联,可在壳聚糖和涤纶纤维之间形成稳定的化学键,焙烘后的涤纶织物的拉伸强度因壳聚糖交联而提高,处理后的织物静电压降低到未处理织物的1/10,因此壳聚糖对涤纶织物的抗静电整理是有效的。

在抗静电整理的各种手段中,壳聚糖整理不失为一种良好的选择[8,9]。

2抗静电剂研究展望抗静电剂是相当重要的纺织助剂,近年来由于各种纤维材料的增多和加工速度的提高,使抗静电剂的作用更加显著。

抗静电剂的发展有以下趋势。

2.1开发耐久性抗静电剂后整理用抗静电剂使用是通过抗静电剂溶液在纤维表面浸泡或涂敷。

抗静电作用主要取决于抗静电剂在表面的电导率和吸湿性。

这种抗静电处理的方法在纤维表面的结合牢度不够,难以保持永久的抗静电效果。

解决外用抗静电剂的耐久性是它得以发展的主要手段。

目前人们也对抗静电织物和内用抗静电剂做了大量的研究工作,但外用抗静电剂由于其灵活的使用方式,优良的使用效果仍然有很大的发展空间。

2.2运用新技术开发新型助剂利用纳米科技的最新成果,将纳米颗粒保持在更小尺度上,通过一定方式使其象染料一样进入纤维无定形区从而提高耐久性。

一种新型的纳米抗静电织物整理剂纳米锑掺杂二氧化锡应用于涤纶织物,取得了良好的效果,经纳米抗静电整理剂处理的涤纶织物表面电阻从未处理前的>1012Ω降低到1010Ω级。

2.3环保型和多功能化抗静电剂随着ＩＳＯ14000的颁布与实施以及国内外市场对生态纺织品和环境保护要求的提高,环保型抗静电剂的开发已经越来越重要。

要大力开发低毒、无毒环保型抗静电剂品种,以满足纺织行业的需求。