專利名稱：一種抗靜電纖維材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗靜電纖維材料及其制備方法，該方法通過使用具有至少兩個活性鹵素原子的化合物處理纖維材料而制得所述材料。
背景技術(shù)：
考慮到其質(zhì)地、吸水/脫水性質(zhì)和優(yōu)良的保暖能力，天然和再生纖維材料是十分優(yōu)秀的。已知這些性質(zhì)取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)中的親水基團如-OH和-NH2，所述親水基團使其能夠維持較高的含水量。然而，盡管其含水量較高，這種天然和再生纖維材料的導(dǎo)電率仍然較低，因此易于蓄存摩擦電(兩物體間摩擦產(chǎn)生的電荷)。
當兩種不同的材料相互摩擦?xí)r，一種材料帶有正電荷(+)，另一種材料帶有負電荷(-)。天然纖維如棉和再生纖維如人造纖維在摩擦?xí)r通常帶有正電荷，因為它們位于摩擦起電序列的正高電位。此外，由于纖維材料不導(dǎo)電，因此摩擦產(chǎn)生的大量電荷蓄存在該材料中，并且僅釋放出很少量的電荷。實際上，摩擦電的蓄存有時對人類生活來說是很危險的。
用于控制纖維材料靜電的最普遍的方法之一是用含有抗靜電劑和/或?qū)щ姴牧系臉渲突瘜W(xué)品對纖維材料進行涂覆，以改變材料的表面性質(zhì)。由于該化學(xué)涂層的導(dǎo)電率高，因此這種類型的化學(xué)功能首先有助于降低纖維材料表面的摩擦系數(shù)，其次有助于釋放材料表面的電荷。
然而，這些化學(xué)涂層受限于其耐久性，因為環(huán)境因素如氧氣和陽光及該材料與其它物體間的摩擦極易使表面的化學(xué)品薄涂層的性質(zhì)變差。所述樹脂型化學(xué)涂層存在的另一個問題是，雖然增加了材料的導(dǎo)電率，但是由于其粘結(jié)性質(zhì)容易引起粉塵或其它灰塵顆粒附著在處理后的纖維材料表面，從而進一步提高材料的摩擦系數(shù)，并且導(dǎo)致該材料喪失其抗靜電作用。此外，樹脂型化學(xué)品有時使處理后的纖維材料變硬，導(dǎo)致處理后的纖維材料喪失其柔軟的質(zhì)地。
當使用樹脂型化學(xué)品進行處理時，有人提出使用硅基或氟基防水劑，但是由于摩擦產(chǎn)生的電壓使其通常帶有較高的電荷，因此，造成潛在的安全問題。例如，當穿有由此種布料制成的工作制服的人在處理可燃物質(zhì)的地方如加油站工作時，即使放電量很小，也存在衣服放電導(dǎo)致著火或爆炸的危險。同樣，此種布料制成的工作制服上的摩擦電導(dǎo)致灰塵附著在制服表面，使此種布料不適合用于多種行業(yè)中的制服，特別是信息技術(shù)和精密加工行業(yè)。
公開的現(xiàn)有技術(shù)的抗靜電劑包括與胍鹽和/或無機鹽結(jié)合的陽離子聚合物(日本特開昭61-69884)、與胍鹽結(jié)合的氨基磷酸鹽型磷酯(日本特許公報昭61-58592)、與季胺鹽型陽離子去污劑和氨基磷酸鹽型磷酯結(jié)合的具有特定蒸汽壓的化合物(日本特開2002-054072)和具有叔胺和季胺鹽結(jié)構(gòu)的聚酯樹脂(日本特開2003-073657)。
還有人提出使用二氯三嗪對纖維材料進行無皺修整(wrinkle-freefinishing)(日本專利第3366000號)，但是使用二氯三嗪進對纖維材料行靜電控制并不是已知的。
從上文中可以看出，市場上急需無毒的并且容易應(yīng)用的對天然和再生纖維材料進行靜電控制的方法。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種新型抗靜電天然和/或再生纖維材料，該材料在摩擦?xí)r帶較少的電荷，并且材料表面蓄存的電荷容易釋放，同時還具有改良的質(zhì)地、更好的抗洗耐久性和較低的毒性。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種如上述所提及的天然和/或再生纖維材料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種抗靜電纖維材料，該材料是通過使用(1)具有至少一個親水基團的至少一種二鹵代均三嗪，和(2)尿素、硫脲或氨基酸、或所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合對天然和/或再生纖維材料進行處理而制得的。
所述處理包括以下步驟(a)用含有(1)具有至少一個親水基團的二鹵代均三嗪，和(2)尿素、硫脲或氨基酸、或所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合的溶液浸透天然或再生纖維材料；(b)在30-60℃下加熱所述浸透的材料；和(c)在60-90℃下加熱所述浸透的材料。
在另一實施方式中，所述處理包括以下步驟(a)用第一溶液浸透天然或再生纖維材料，所述第一溶液含有具有至少一個親水基團的至少一種二鹵代均三嗪；(b)在30-60℃下加熱所述浸透的材料；(c)用第二溶液浸透所述纖維材料，所述第二溶液含有尿素、硫脲或氨基酸、或所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合；和(d)在60-90℃下加熱所述浸透的材料。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種抗靜電纖維材料，該材料是通過使用(1)具有至少一個親水基團的至少一種二鹵代均三嗪，和(2)尿素、硫脲或氨基酸處理天然和/或再生纖維材料而制得的。
根據(jù)本發(fā)明，所述天然和/或再生纖維材料包括絲；毛；棉；亞麻；粘膠人造絲；銅氨纖維；萊塞爾纖維(lyocell)；天絲纖維(Tencel)；上述材料的混合物；和所述材料與包括合成纖維在內(nèi)的其它種類的纖維的混合物。
本發(fā)明的天然和/或再生纖維材料還包括任何形式的纖維產(chǎn)品，包括人造棉；纖絲；線；織物；無紡布；以及用于衣服的布料如工作制服，襯衫，褲子，內(nèi)衣如短褲、胸罩和其它內(nèi)衣褲，睡衣，手套和襪子；內(nèi)飾材料如窗簾、毛毯、罩布(cover cloth)和桌布；床上用品如床單、被罩(quiltcover)、枕套；和工業(yè)品如過濾布(filter)和薄板(sheet)。
根據(jù)本發(fā)明，所述抗靜電纖維材料是通過使用化學(xué)品處理天然和/或再生纖維材料而制得的，該化學(xué)藥品含有(1)具有至少一個親水基團的至少一種二鹵代均三嗪(組分A)，和(2)尿素、硫脲或氨基酸、或所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合(組分B)。
作為組分A，選用具有至少一個親水基團的至少一種二鹵素-均三嗪。所述具有至少一個親水基團的二鹵代均三嗪優(yōu)選為由以下通式(I)所表示的水溶性的2，6-二鹵-4-Y-1，3，5-三嗪，其中，X為選自Br、Cl、和F的鹵素原子；Y為-OM，其中M選自Na、K、Li和Mg；或者Y為具有選自-SO3M、-COOM、-OM或-SM中至少一種基團的芳基氨基、芳基氧基、芳基巰基、烷基氨基、烷氧基、烷硫基(alkylthio)、三嗪基氨基、三嗪氧基、三嗪硫基，其中M選自Na、K、Li和Mg。
所述2，6-二鹵-4-Y-1，3，5-三嗪的例子為2，6-二氯-4-(3-磺基苯胺基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(4-磺基苯胺基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(2，5-二磺基苯胺基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(3，5-二磺基苯胺基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(4-羧基苯胺基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(3-羧基苯胺基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(2-羧基苯胺基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(二-羧基乙基苯胺基)-均三嗪；
2，6-二氯-4-(酰脲)-均三嗪；2，6-二氯-4-(硫代酰脲)-均三嗪；2，6-二氯-4-(4-羧基苯氧基)-均三嗪；2，6-二氯-4-(4-羧基苯硫基)-均三嗪；2，6-二氯-4-羥基-均三嗪鈉鹽；2，6-二氯-4-羥基-均三嗪鋰鹽；2，6-二氯-4-羥基-均三嗪鎂鹽；2，6-二氯-4-硫-均三嗪鈉鹽；和2，6-二氯-4-(3-羥基苯氧基)-均三嗪。
除了以上提及的2，6-二鹵-4-Y-1，3，5-三嗪以外，還有很多其它的可以有效應(yīng)用的二鹵代均三嗪化合物，本發(fā)明中，必需要考慮的因素是各個化合物的一個分子中應(yīng)具有兩個或兩個以上的活性鹵素原子和至少一個親水基團。因此，本發(fā)明并不限制于上述提及的化學(xué)品。
例如，在德國專利公報第2357252號和美國專利公報第5601971號中描述了制備2，6-二鹵-4-Y-1，3，5-三嗪的方法。
例如，將三鹵代均三嗪溶解于其自身重量5-50倍的水溶性溶劑中，然后在0-30℃下，逐滴加入一種化合物的水溶液，該化合物具有能夠與活性鹵素反應(yīng)的基團如-NH2、-OH或-SH，并具有至少一個親水基團。在加入所述水溶液時，通過同時加入除酸劑如碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液，使混合物保持弱堿性(pH值為8-9)。
同樣，在0-30℃的溫度條件下，三鹵代均三嗪用堿例如碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鎂水解，以產(chǎn)生二鹵代-羥基-均三嗪金屬鹽。
作為上述組分B，至少一種化合物選自尿素、硫脲或氨基酸。
制備本發(fā)明所述抗靜電纖維材料的一種方法是用組分A和組分B處理天然和/或再生纖維材料。通過以下步驟實現(xiàn)(1)用含有組分A和組分B的溶液浸透天然或再生纖維材料；(2)在30-60℃下加熱所述浸透的材料；和(3)然后在60-90℃下加熱所述浸透的材料。
選擇性地，還可以通過以下步驟實現(xiàn)(1)用含有組分A的第一溶液浸透天然或再生纖維材料；(2)在30-60℃下加熱含有該材料的第一溶液；(3)用含有組分B的第二溶液浸透天然或再生纖維材料；(4)在60-90℃下加熱含有該材料的第二溶液。所述組分A和組分B的重量比的范圍為1∶(0.1-1.0)，優(yōu)選為1∶(0.3-0.7)。
用含有組分A和組分B的溶液浸透天然或再生纖維材料的方法包括浸漬法(dipping method)和填料法(padding method)，但并不限制于這兩種方法。在任何方法中，第一步均為制備含有組分A和/或組分B的水溶液。
制備浴比(bath ratio)為1∶(2-30)的組分A的水溶液，使其活性濃度為0.5-10.0％o.w.f.(以纖維的重量為基準)；制備堿性制劑如碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉的水溶液，使其濃度為1.0-30.0％o.w.f.。此外，制備乙酸、冰醋酸、蘋果酸或檸檬酸的水溶液，使其濃度為0.1-5.0％o.w.f.。
當組分A和組分B在同一步驟中使用時，組分A和組分B在水中以適當?shù)谋壤旌稀４瞬襟E中，所述溶液的溫度應(yīng)當不高于30℃。如果所述溶液的溫度高于30℃，組分A中的二鹵代均三嗪將水解，從而失去了實現(xiàn)本發(fā)明目的所必需的活性。如果組分A或組分B分別使用時，各組分通過與上述方法類似的方法分別溶于水中。
當使用浸漬法時，將天然和/或再生纖維材料浸入位于浴槽的組分A和組分B的溶液中或組分A的溶液中。當所述溶液或纖維材料循環(huán)時，浴槽中，第一步的溫度保持在30-60℃，時間為1分鐘-1小時，優(yōu)選為2-30分鐘；第二步的溫度保持在60-90℃，時間為2分鐘-2小時，優(yōu)選為3分鐘-1小時。
在替代方法中，將纖維材料浸入至含有組分A的溶液的浴槽中。當所述溶液或纖維材料循環(huán)時，浴槽中，第一步的溫度保持在30-60℃，時間為1分鐘-1小時，優(yōu)選為2-30分鐘。然后在60-90℃下，將處理過的纖維材料浸入至含有組分B的溶液的浴槽中2分鐘-2小時，優(yōu)選為3分鐘-1小時。第一步完成后，可以將所述纖維材料從浴槽中取出并輕微地擠壓，然后將所述纖維材料浸入至含有組分B的第二溶液中。
當使用填料法時，將組分A和組分B的溶液填入天然和/或再生纖維材料，并進行擠壓直至纖維材料含有20-300％溶液?；蛘?，可以使用組分A的溶液并隨后使用組分B的溶液，分別進行填料和擠壓操作。
如果需要，為了達到增加組分A和組分B在所述纖維材料的施用量的目的，所述填料和擠壓操作可以重復(fù)進行。多次重復(fù)填料和干燥可以得到較好的效果。
擠壓的纖維材料干燥后，它可以在第一步中在30-60℃下保持1分鐘-1小時，優(yōu)選2-30分鐘；然后在第二步中在60-90℃下保持2分鐘-2小時，優(yōu)選3分鐘-1小時。
如果組分A和組分B分別處理，將組分A的溶液填入所述纖維材料，擠壓并在30-60℃下保持1分鐘-1小時，優(yōu)選2-30分鐘。然后再將組分B的溶液填入處理后的纖維材料，然后擠壓并在60-90℃下保持2分鐘-2小時，優(yōu)選3分鐘-1小時。在熱處理后，所述纖維材料進行皂洗(soap)，然后用水沖洗。
通過上述熱處理，組分A中的一些鹵素原子與所述纖維材料中的-OH或-NH2反應(yīng)，使組分A和所述纖維材料之間形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。換言之，所述纖維材料含有一些以化學(xué)鍵連接其上的親水的組分A，從而有助于控制靜電。本發(fā)明所述組分B促進了組分A和所述纖維材料之間形成化學(xué)鍵。
以上所描述的過程條件僅為解釋本發(fā)明的例子，根據(jù)纖維材料或其它因素，此條件可以任意地改變。
本發(fā)明提供一種改良的抗靜電纖維材料，特別是改良的抗靜電天然或再生纖維材料。即使由摩擦產(chǎn)生電荷，所述抗靜電纖維材料也僅蓄存低水平的由自發(fā)靜電感應(yīng)產(chǎn)生的電荷。此外，即使該材料受到摩擦，其抗靜電性能也能夠長時間保持穩(wěn)定。同樣，由于該材料具有維持較高含水量的性能，因此能夠使穿用者感覺溫暖和舒適。
通過以下實施例對本發(fā)明進行進一步的說明，但本發(fā)明的實施方式并不限制于這些實施例。
實施例1將下述物質(zhì)加入至溫度保持在10℃的72千克水中26千克10％的2，6-二氯-4-(3-磺基苯胺基)-均三嗪水溶液；1,620克碳酸氫鈉；2,700克Na2SO4·10H2O；和1,080克尿素。將100％棉的府綢布料浸入至此溶液中，然后通過軋布機擠壓使該布料含有60％的上述溶液。
在100％濕度條件下，將該布料在50℃保持20分鐘；然后在相同濕度條件下在85℃保持20分鐘。然后將該布料在熱水(80℃)中皂洗10分鐘，然后用水沖洗，并在100℃干燥空氣下干燥。
使用以下布料對布料進行抗靜電性能評價(1)干燥布料(“干燥的”)，(2)在20℃和65％相對濕度(下文中稱為“RH”)處理24小時的布料(“調(diào)濕的”)，和使用石油溶劑干洗一次的布料(“干洗的”)。
評價結(jié)果如表1所示。
通過Koa Shokai公司制造的摩擦帶電壓測定器(Rotary Static Tester)RST-301(商品名)檢測摩擦電壓，通過Kenwood TMI公司制備的示波器CO-1305(商品名)檢測電荷。
對比例1通過與實施例1相似的方法在水中處理相同種類的布料，但未在水中加入任何化學(xué)品。
表1

實施例2將下述物質(zhì)加入至溫度保持在10℃的162千克水中18千克10％的2，6-二氯-4-氧-均三嗪鈉鹽水溶液900克絲氨酸；4,500克碳酸氫鈉；5,400克Na2SO4·10H2O。將上述溶液注入至處理萊塞爾纖維針織布料的卷染機的浴槽中。所述浴槽在45℃下旋轉(zhuǎn)10分鐘，然后在70℃下旋轉(zhuǎn)30分鐘。當水排出后，對該針織布料進行皂洗，然后用水沖洗并干燥。檢測摩擦電壓的半衰期和各布料的持水能力的差異(％)。評價結(jié)果如表2所示。
根據(jù)JIS.L1094(20℃，RH為40％)，通過Shishido Shokai公司制備的帶電電荷衰減度測定器(Static Honestmeter)H-0110(商標名)檢測摩擦電壓的半衰期(該摩擦電壓減半所需的時間(秒))。
通過以下公式計算各布料的持水能力的差異(％)(ΔMR)，將1克處理后的針織布料放入在熱風(fēng)烘干機中在60℃下進行初步干燥30分鐘其中W1樣品在溫度為20℃、RH為65％和風(fēng)速為1米/分鐘的條件下放置24小時后的重量；W2樣品在溫度為30℃、RH為65％和風(fēng)速為1米/分鐘的條件下放置24小時后的重量；W3樣品在105(±2)℃的絕對干燥條件下放置2小時后的重量。
ΔMR=(W1-W3W3-W2-W3W3)×100]]>對比例2通過與實施例2相似的方法在水中處理相同種類的布料，但未在水中加入任何化學(xué)品。
表2

從表2可以看出，實施例2中ΔMR大于對比例2的ΔMR，表明保留的水量更多。
實施例3將下述物質(zhì)加入至溫度保持在10℃的252千克水中18千克10％的2，6-二氯-4-(4-磺基苯胺基)-均三嗪水溶液，540克乙酸和1,350克硫脲。將上述溶液注入至處理100％絲織物的卷染機的浴槽中。
所述浴槽以2℃/分鐘的速率升溫至50℃，并在50℃下保持10分鐘；然后升溫至75℃，并在75℃下保持20分鐘。當水排出后，對該織物進行皂洗，然后用水沖洗并干燥。
檢測該織物的摩擦電壓和摩擦電壓的半衰期(JIS.L1094(20℃，RH為40％))。評價結(jié)果如表3所示。
對比例3通過與實施例3相似的方法在水中處理相同種類的布料，但未在水中加入任何化學(xué)品。
表3

從表1可以看出，實施例1的摩擦電壓明顯小于對比例1的摩擦電壓，并且實施例1的電荷為負電荷(-)。
從表2可以看出，實施例2的摩擦電壓在幾秒內(nèi)減半，并且實施例2持水能力的差異(ΔMR)(％)優(yōu)于對比例2。
從表3可以看出，實施例3的抗靜電效果優(yōu)于對比例3的抗靜電效果。
權(quán)利要求
1.一種抗靜電纖維材料，該材料是通過用(1)具有至少一個親水基團的至少一種二鹵代均三嗪；和(2)尿素、硫脲或氨基酸、或者所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合對天然和/或再生纖維材料進行處理而制得的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗靜電纖維材料，其中，所述處理包括以下步驟(a)用溶液浸透所述天然和/或再生纖維材料，該溶液含有(1)具有至少一個親水基團的二鹵代均三嗪，和(2)尿素、硫脲或氨基酸、或者所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合；(b)在30-60℃下加熱該浸透的材料；和(c)在60-90℃下加熱該浸透的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗靜電纖維材料，其中，所述處理包括以下步驟(a)用第一溶液浸透所述天然和/或再生纖維材料，該第一溶液含有具有至少一個親水基團的至少一種二鹵代均三嗪；(b)在30-60℃下加熱該浸透的材料；(c)用第二溶液浸透所述天然和/或再生纖維材料，該第二溶液含有尿素、硫脲或氨基酸、或者所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合；和(d)在60-90℃下加熱該第二次浸透的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗靜電纖維材料，其中，所述二鹵代均三嗪為如式(I)所示的2，6-二鹵-4-Y-1，3，5-三嗪， 其中，X為選自Cl、Br或F的鹵素原子；Y為-OM，其中M選自Na、K、Li和Mg；或者Y為具有選自-SO3M、-COOM、-OM或-SM中的至少一種取代基的芳基氨基、芳基氧基、芳基巰基、烷基氨基、烷氧基、烷硫基、三嗪基氨基、三嗪氧基或三嗪硫基，其中M選自Na、K、Li和Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗靜電纖維材料，其中，所述2，6-二鹵-4-Y-1，3，5-三嗪為2，6-二氯-4-Y-1，3，5-三嗪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗靜電纖維材料，其中，所述天然和/或再生纖維材料為絲、毛、棉、亞麻、粘膠人造絲、銅氨纖維、萊塞爾纖維或天絲纖維、或者所述材料中的任意兩種或兩種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗靜電纖維材料，其中，所述天然和/或再生纖維材料為人造棉、纖絲、線、織物或無紡布的形式。
全文摘要
一種抗靜電纖維材料，該材料是通過使用(1)具有至少一個親水基團的至少一種二鹵代均三嗪；和(2)尿素、硫脲或氨基酸、或者所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合對天然和/或再生纖維材料進行處理而制得的。所述處理包括以下步驟(a)用溶液浸透天然或再生纖維材料，所述溶液含有(1)具有至少一個親水基團的二鹵代均三嗪；和(2)尿素、硫脲或氨基酸、或者所述三種化合物中的兩種或兩種以上的組合；(b)在30－60℃下加熱所述浸透的材料；和(c)在60－90℃下加熱所述浸透的材料。
文檔編號D06M13/342GK101080529SQ20048004462
公開日2007年11月28日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者金久慶一郎, 小澤茂男 申請人:株式會社金久, 株式會社小澤