專利名稱:制備耐久性抗靜電聚丙烯纖維的方法
本發(fā)明涉及制造具有海島型結(jié)構(gòu)的耐久性抗靜電聚丙烯纖維的方法。
有關(guān)制造具有抗靜電性質(zhì)的纖維及織物的方法，歸納起來有如下四類(1)對(duì)織物表面進(jìn)行抗靜電處理。一般是將織物與抗靜電劑共浴，浸軋織物后送去烘干，再進(jìn)行熱定型。該方法抗靜電物質(zhì)附在織物表面，經(jīng)摩擦、洗滌后容易失去，因此抗靜電效果不佳。(2)化學(xué)改性。是采用接技或鑲嵌共聚等方法，對(duì)纖維進(jìn)行改性，改善纖維的吸濕性和抗靜電性。該方法雖可使纖維抗靜性具有一定的耐久性，但其方法較復(fù)雜，工藝條件要求嚴(yán)格。(3)復(fù)合紡絲和共混紡絲。復(fù)合紡絲是將導(dǎo)電組分與成纖高聚物流體分別輸入同一個(gè)特制的復(fù)合噴絲組件中，并在其中的適當(dāng)部位匯合，從而紡制成抗靜電纖維，其結(jié)構(gòu)一般是芯-鞘型，如圖1所示，芯(1)為抗靜電組分，鞘(2)為成纖高聚物。該方法所需設(shè)備較多，噴絲組件結(jié)構(gòu)制造復(fù)雜，工藝控制麻煩。共混紡絲方法則較為簡(jiǎn)單，只須將抗靜電劑與成纖高聚物混合，并熔融紡絲。但據(jù)現(xiàn)有報(bào)導(dǎo)的一種以碳黑為抗靜電劑的共混紡絲中，因碳黑顆粒粗大，不與成纖高聚物相容，所以紡絲條件苛刻，可紡性差。(4)混紡或交織紡。將少量導(dǎo)電纖維如碳纖維、金屬纖維、與不導(dǎo)電的纖維如滌綸、錦綸等混紡或交織成抗靜電織物。其織物抗靜電效果好，但需對(duì)導(dǎo)電纖維另加制備，工藝要求嚴(yán)格，且在混紡、交織時(shí)，一般的織機(jī)很難適應(yīng)，織物的色澤、手感不好，應(yīng)用范圍窄。
在已有技術(shù)中，對(duì)制造抗靜電纖維的文獻(xiàn)、資料和產(chǎn)品中，還沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)制造海島型抗靜電丙綸纖維的報(bào)導(dǎo)和實(shí)例。
抗靜電劑及其在纖維中的形態(tài)結(jié)構(gòu)，賦于纖維以導(dǎo)電性或放電性，至關(guān)重要，這是解決纖維本身不吸濕、易產(chǎn)生靜電的根本方法之一。這方面國(guó)內(nèi)外研究、報(bào)道的很多。于1979年公布的美國(guó)專利U.S.4165303中，介紹了用于滌綸和錦綸的聚乙二醇酯類抗靜電劑。其中一例是采用0.1克分子，分子量為6000的聚乙二醇和0.06克分子36碳的脂肪酸二聚物，在240℃下加熱，反應(yīng)5小時(shí)，最后使體系處于200毫米汞柱真空下一小時(shí)，以除盡水份。用其作為抗靜電劑與錦綸66共混紡絲，制得的錦綸66抗靜電纖維，測(cè)得其比電阻為1012(歐姆)數(shù)量級(jí)。但該專利沒有介紹具體紡絲的條件，而可紡性的好壞是關(guān)系到該種抗靜電纖維性能的一個(gè)重要條件。
對(duì)于抗靜電纖維的制備而言，還必須解決加入的抗靜電劑對(duì)纖維可紡性的影響，對(duì)纖維結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)織物物化性能、染色性能的影響等問題，必要時(shí)應(yīng)對(duì)紡絲工藝進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于具有海島結(jié)構(gòu)的抗靜電纖維，國(guó)內(nèi)外報(bào)道的很少。1981年公布的日本專利JP81-58008中，介紹了日本可樂麗公司制造的含海島結(jié)構(gòu)的滌綸復(fù)合纖維。其導(dǎo)電組分為碳黑，纖維的截面結(jié)構(gòu)如圖2所示，中間的海島結(jié)構(gòu)部分由導(dǎo)電性的“島”成分(1)(碳黑+成纖高聚物酰胺，聚乙烯、聚乙二醇等)和成纖高聚物的“海”成分(2)所組成，“島”與“?！钡某煞譃榉窍嗳菪缘?，而“?！背煞峙c構(gòu)成非導(dǎo)電層的高聚物(3)為相容性的。其中“島”成分的數(shù)量要有5根以上，在纖維軸方向上呈連續(xù)狀態(tài)，但也可以不完全連續(xù)，甚至可成網(wǎng)絡(luò)狀。該纖維具有耐久性導(dǎo)電性質(zhì)，效果優(yōu)于芯-鞘型，在外加電壓一千伏時(shí)，比電阻為107數(shù)量級(jí)，比芯-鞘型小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。但該方法工藝復(fù)雜，不易工業(yè)化。
本發(fā)明目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，利用現(xiàn)有設(shè)備就能制造具有海島型結(jié)構(gòu)的抗靜電性能優(yōu)良的聚丙烯纖維的方法，減低丙綸絲在紡織過程及服用上的靜電作用和危害以及織物的吸塵作用。
本發(fā)明采用分子量在10.000～25.000范圍的聚乙二醇與過量的30個(gè)碳以下的高級(jí)脂肪酸，在酸性介質(zhì)存在下，于80～150℃下反應(yīng)8～20小時(shí)，制得聚乙二醇酯，即為抗靜電劑。在產(chǎn)物中應(yīng)有15～25%的高級(jí)脂肪酸鹽。先將重量比小于3%的抗靜電劑與聚丙烯混煉，然后即可在現(xiàn)有普通螺桿紡絲機(jī)上進(jìn)行紡絲。在所進(jìn)行的生產(chǎn)機(jī)實(shí)驗(yàn)中，可紡性能好，并可以降低紡絲溫度，起到了部分節(jié)能作用。要控制絲室冷卻吹風(fēng)溫度在10～30℃范圍內(nèi)。
由該法制得的聚丙烯纖維，結(jié)構(gòu)為海島型，其橫斷面和縱斷面構(gòu)造如圖3，抗靜電組分(1)為“島”，其余為聚丙烯“?！?。該纖維是靠放電及吸濕的機(jī)理來消除靜電的。由于有效地控制了紡絲流體的流變性，加入的少量抗靜電劑以“島”的形式，較集中于絲的內(nèi)層，而表層極少，致使抗靜電劑不易損失，纖維具有耐久性抗靜電性質(zhì)?！皪u”的直徑極小，呈細(xì)長(zhǎng)狀，方向與纖維軸向基本一致，相互之間有較少量的交聯(lián)。這已為電子顯微鏡照片所證實(shí)。當(dāng)存在靜電時(shí)，抗靜電劑之間以微弱的電暈放電進(jìn)行除電，降低了開始放電時(shí)的電壓，致使纖維殘留的帶電量更少。由于抗靜電劑本身屬高聚物且直徑極小，所以它比加入碳黑更能保持主體成纖高聚物的物理化學(xué)性質(zhì)。經(jīng)生產(chǎn)機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以丙綸變形紗為例，與普通丙綸變形紗相比，力學(xué)性質(zhì)保持不變，而可紡性卻比原來好，廢絲率降低。在母粒染色時(shí)顏料分散性更好。純丙綸的體積比電阻為1013(歐姆·厘米)數(shù)量級(jí)，抗靜電丙綸變形紗為109～1010(歐姆·厘米)數(shù)量級(jí)，降低了三～四個(gè)數(shù)量級(jí)。織物經(jīng)二十次水洗后，仍保持其抗靜電性能不變。
具體實(shí)施方式
抗靜電劑制備用分子量為18.000的聚乙二醇，加入過量的18碳脂肪酸，在硫酸介質(zhì)存在下，80℃反應(yīng)10小時(shí)，制得聚乙二醇18碳脂肪酸酯。其中有16%的18碳脂肪酸鈉鹽。
用此抗靜電劑，以重量比2.5%加入到聚丙烯原料中進(jìn)行混煉。物料在螺桿擠出機(jī)中熔融并通過噴絲口進(jìn)行紡絲?？刂平z室冷卻吹風(fēng)溫度26℃，經(jīng)牽伸卷繞后，即成耐久性抗靜電丙綸變形紗。
紡絲過程順利，廢絲率降至3%左右。所得纖維對(duì)比測(cè)試結(jié)果如下指標(biāo) 純丙綸變形紗 抗靜電丙綸變形紗強(qiáng)度(克/分特) 2.44 2.57初始模量(克/分特) 9.29 9.86屈服應(yīng)力(克/分特) 1.94 2.12體積比電阻(歐姆·厘米) 7.56×10133.57×109～2.73×1010

圖1抗靜電復(fù)合纖維橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。1-抗靜電組分“芯”，2-成纖高聚物“鞘”。
圖2海島型抗靜電纖維橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。1-“島”由導(dǎo)電組分碳黑構(gòu)成，2-“?！庇沙衫w高聚物構(gòu)成，3-非導(dǎo)電層主體高聚物。
圖3為本發(fā)明海島型抗靜電聚丙烯纖維結(jié)構(gòu)示意圖。1-“島”由抗靜電組分聚乙二醇酯構(gòu)成，2-“海”為聚丙烯。(a)為纖維橫截面結(jié)構(gòu)，(b)為纖維縱斷面結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種制備海島型耐久性抗靜電聚丙烯纖維的方法，抗靜電劑為聚乙二醇酯，使用普通螺桿擠出機(jī)紡制聚丙烯纖維，其特征是以分子量在10.000～25.000之內(nèi)的聚乙二醇與30個(gè)碳以下的脂肪酸進(jìn)行反應(yīng)制得聚乙二醇酯抗靜電劑，紡絲冷卻吹風(fēng)溫度為10～30℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述之聚乙二醇，其特征在于其分子量為18.000。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的30碳以下的脂肪酸，其特征在于它可以是18碳脂肪酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述之抗靜電聚乙二醇酯合成化學(xué)反應(yīng)，其特征在于反應(yīng)溫度為80～150℃，反應(yīng)時(shí)間8～20小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述之化學(xué)反應(yīng)，其特征是反應(yīng)溫度可為80℃，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述之抗靜電劑聚乙二醇酯類，其特征在于抗靜電劑中應(yīng)含有15～25%的高級(jí)脂肪酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的高級(jí)脂肪酸鹽，其特征在于是16%的18碳脂肪酸鈉鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的抗靜電劑，其特征在于其加入量小于總重量的3%。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的抗靜電劑加入量，其特征在于其加入量為總重量的2.5%。
專利摘要
本發(fā)明是制造具有海島型結(jié)構(gòu)的耐久性抗靜電聚丙烯纖維的方法。該方法使用聚乙二醇酯類作抗靜電劑，在紡制丙綸纖維時(shí)。只要對(duì)螺桿紡絲溫度和冷卻風(fēng)溫工藝條件作少許改動(dòng)，以普通螺桿紡絲機(jī)即可實(shí)現(xiàn)?？轨o電劑加入量小于總重量的3％。制得之丙綸纖維，比純丙綸纖維抗靜電性好，體積比電阻可降低三～四個(gè)數(shù)量級(jí)，且水洗多次抗靜電性能不變，纖維染色性能好，并可保持純丙綸纖維的物理化學(xué)性能不降低。
文檔編號(hào)D01F8/06GK86106302SQ86106302
公開日1987年11月25日 申請(qǐng)日期1986年9月19日
發(fā)明者高緒珊, 童儼, 呂峰, 吳彬怡 申請(qǐng)人:北京化纖工學(xué)院, 燕山石油化工公司地毯編織廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan