一種利用超吸水微納米球制備抗靜電纖維的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子合成纖維制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用超吸水微納米球制備抗靜電纖維的方法，先將親水單體、疏水單體、陰離子乳化劑和去離子水加入反應(yīng)容器中進行預(yù)乳化處理得到預(yù)乳液，取出一部分預(yù)乳液備用；再將去離子水加入反應(yīng)容器加熱后逐滴加入引發(fā)劑水溶液進行反應(yīng)直至無單體回流，將取出備用的預(yù)乳液、剩余的引發(fā)劑水溶液和硅烷偶聯(lián)劑滴加到反應(yīng)容器反應(yīng)，冷卻至室溫得到超吸水微納米球乳液后干燥得到抗靜電聚合物粉末，將抗靜電聚合物粉末與基體聚合物切片進行混合、擠出造粒得到抗靜電母粒后再與基體聚合物切片進行混合、干燥和紡絲，制得抗靜電纖維；其制備方法簡單，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用廣泛，環(huán)境友好。
【專利說明】一種利用超吸水微納米球制備抗靜電纖維的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于高分子合成纖維制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用超吸水微納米球制備抗靜電纖維的方法，將超吸水微納米球運用到不同種類的纖維制造過程中，得到具有優(yōu)良抗靜電性能的抗靜電纖維。
【背景技術(shù)】:
[0002]許多高分子材料(聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺6等)在使用過程中易產(chǎn)生靜電積累，進而造成吸塵、產(chǎn)生火花，甚至導(dǎo)致爆炸等惡性事故；在紡織工業(yè)、化工、煉油業(yè)、采礦業(yè)以及軍事工業(yè)中，由于高分子材料在生產(chǎn)、加工和使用過程中易產(chǎn)生靜電積累，往往造成重大損失；在人們的日常生活中，織物在使用過程中，由于自身摩擦或與其他物體相摩擦易產(chǎn)生和積累正負(fù)不同或電荷大小不同的靜電，在干燥環(huán)境下更下明顯。而且服飾的靜電現(xiàn)象不僅會使其容易吸塵，更會使服飾抱纏皮膚，使人體產(chǎn)生刺癢感，對人體健康構(gòu)成威脅。因此，抗靜電高分子材料的研制，尤其是和人們?nèi)粘Ｉ盥?lián)系最緊密的抗靜電纖維的研制，已成為一個迫不及待的研究領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外對于抗靜電纖維的制備方法主要有三種:一是將纖維或者織物浸潰于抗靜電劑中，或者是在其表面涂覆表面活性劑類抗靜電劑，這種方法操作簡單，但是獲得的抗靜電纖維經(jīng)過水洗或者干洗后抗靜電劑易于脫落，不能保持抗靜電效果的持久性；二是在纖維的制備過程中加入炭黑、金屬或者是金屬氧化物，制成抗靜電纖維，這種方法制成的抗靜電纖維性能穩(wěn)定、效果優(yōu)異、耐久性強、不受氣候等條件的影響，但是在加工過程中纖維的可紡性降低，同時獲得的抗靜電纖維力學(xué)性能差，顏色和透明度也難以滿足要求；三是將基體聚合物與某些具有特定抗靜電性能的高分子化合物進行接枝共聚，或是在高分子材料的加工過程中加入高分子抗靜電劑，這種方法制得的抗靜電纖維具有良好的熱穩(wěn)定性、抗靜電性和良好的耐久性，但仍然要克服抗靜電劑與基體聚合物的相容性差的問題。綜上所述，現(xiàn)有的抗靜電纖維存在以下問題:表面涂覆得到的抗靜電纖維抗靜電效果耐久性差；添加無機類或金屬類抗靜電成分降低了纖維的可紡性和可染性；親水性高分子抗靜電劑與基體相容性差，導(dǎo)致紡絲過程中斷頭等系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計提供一種抗靜電纖維的制備方法，把超吸水微納米球運用到不同成纖聚合物的加工過程中，制備出不同種類的抗靜電纖維。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括超吸水微納米球的制備和抗靜電纖維的制備兩個步驟，其具體制備工藝過程為:
[0005](I)、超吸水微納米球的制備:先從親水單體組A中選擇分別為0.5?4份的一種或兩種親水單體，從疏水單體組B中選擇分別為16?25份的一種或兩種疏水單體，并選取常用的陰離子乳化劑0.5?3份，將親水單體、疏水單體、陰離子乳化劑和20?30份去離子水加入裝有溫度計、冷凝管并帶有氮氣保護的250mL反應(yīng)容器中，在室溫下攪拌進行預(yù)乳化處理0.5?I小時后得到預(yù)乳液,取出預(yù)乳液總重量的40?60%留備后用，然后將40?60份的去離子水加入反應(yīng)容器并升溫至65?80°C，逐滴加入引發(fā)劑水溶液總重量的40?60%進行反應(yīng)直至無單體回流，引發(fā)劑水溶液由0.1?0.5份過硫酸銨或過硫酸鉀溶于10份去離子水配制得到；然后將取出備用的預(yù)乳液、剩余未加完的引發(fā)劑水溶液和I?5份具有可聚合雙鍵類的硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到反應(yīng)容器，滴加完畢后，在65?80°C溫度條件下反應(yīng)I?1.5小時后冷卻至室溫，制備得到二元、三元或四元共聚超吸水微納米球乳液，所加各成份均為重量份；
[0006](2)、抗靜電纖維的制備:將步驟(I)制備的二元、三元或四元共聚超吸水微納米球乳液采用現(xiàn)有技術(shù)中的冷凍干燥法進行干燥得到抗靜電聚合物粉末，再將10?20份抗靜電聚合物粉末與90?180份基體聚合物切片進行混合，在200?300°C溫度條件下擠出造粒得到抗靜電母粒；然后將10?200份抗靜電母粒與400?2000份基體聚合物切片進行混合，在150?200°C溫度條件下干燥后，再在紡絲溫度為150?300°C、紡絲速度為200?8000m/min的條件下進行熔融紡絲，制得抗靜電纖維；所加各成份均為重量份。
[0007]本發(fā)明涉及的親水單體組A包括丙烯酸或其鹽類、丙烯磺酸或其鹽類、甲基丙烯磺酸或其鹽類和苯乙烯磺酸或其鹽類；疏水單體組B包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、丁二稀、1-丁烯和四氟乙烯；陰離子乳化劑為十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉；具有可聚合雙鍵類的硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基硅烷偶聯(lián)劑或丙烯酰氧基硅烷偶聯(lián)劑；基體聚合物為烯烴類聚合物、聚酯或聚酰胺常用的成纖聚合物，是聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺。
[0008]本發(fā)明將制備的二元、三元或四元共聚超吸水微納米球作為高分子永久型抗靜電齊U，在纖維的制備、加工過程中加入抗靜電劑制造出耐久性的抗靜電纖維，這種通過表面改性和硬化處理的二元至四元的共聚物微納米球克服傳統(tǒng)高分子抗靜電劑與基體聚合物相容性差的問題，所獲纖維的力學(xué)性能、可紡性能也均未受到影響，在工業(yè)生產(chǎn)中，這種抗靜電纖維可廣泛應(yīng)用于嚴(yán)禁靜電、灰塵以及火花的工作環(huán)境；在日常生活中，抗靜電織物減小靜電對人們健康造成的傷害；其制備方法簡單，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用廣泛，環(huán)境友好，在擁有長久的抗靜電效果的同時，不影響纖維的力學(xué)性能、可染性和表面潤滑度。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0009]圖1為本發(fā)明涉及的超吸水微納米球抗靜電劑在抗靜電纖維中的分布結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明涉及的超吸水微納米球核殼結(jié)構(gòu)抗靜電原理示意圖，其中I為超吸水納米微球內(nèi)核，主要起吸濕作用；2為超吸水納米微球外殼，由表面硬化處理層而提高與基體高分子的相容性。
【具體實施方式】:
[0011]下面通過實施例并結(jié)合附圖作進一步說明。
[0012]本實施例包括超吸水微納米球的制備和抗靜電纖維的制備兩個步驟，其具體制備工藝過程為:[0013](I)、超吸水微納米球的制備:先從親水單體組A中選擇分別為0.5?4份的一種或兩種親水單體，從疏水單體組B中選擇分別為16?25份的一種或兩種疏水單體，并選取常用的陰離子乳化劑0.5?3份，將親水單體、疏水單體、陰離子乳化劑和20?30份去離子水加入裝有溫度計、冷凝管并帶有氮氣保護的250mL反應(yīng)容器中，在室溫下攪拌進行預(yù)乳化處理0.5?I小時后得到預(yù)乳液,取出預(yù)乳液總重量的40?60%留備后用，然后將40?60份的去離子水加入反應(yīng)容器并升溫至65?80°C，逐滴加入引發(fā)劑水溶液總重量的40?60%進行反應(yīng)直至無單體回流，引發(fā)劑水溶液由0.1?0.5份過硫酸銨或過硫酸鉀溶于10份去離子水配制得到；然后將事先取出備用的預(yù)乳液和剩余未加完的引發(fā)劑水溶液和I?5份具有可聚合雙鍵類的硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到反應(yīng)容器，滴加完畢后，在65?80°C溫度條件下反應(yīng)I?1.5小時后冷卻至室溫，制備得到二元、三元或四元共聚超吸水微納米球乳液，所加各成份均為重量份；
[0014](2)、抗靜電纖維的制備:將步驟(I)制備的二元、三元或四元共聚超吸水微納米球乳液采用現(xiàn)有技術(shù)中的冷凍干燥法進行干燥得到抗靜電聚合物粉末，再將10?20份抗靜電聚合物粉末與90?180份基體聚合物切片進行混合，在200?300°C溫度條件下擠出造粒得到抗靜電母粒；然后將10?200份抗靜電母粒與400?2000份基體聚合物切片進行混合，在150?200°C溫度條件下干燥后再在紡絲溫度為150?300°C、紡絲速度為200?8000m/min的條件下進行熔融紡絲，制得抗靜電纖維；所加各成份均為重量份。
[0015]本實施例涉及的親水單體組A包括丙烯酸或其鹽類、丙烯磺酸或其鹽類、甲基丙烯磺酸或其鹽類和苯乙烯磺酸或其鹽類；疏水單體組B包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、丁二稀、1-丁烯和四氟乙烯；陰離子乳化劑為十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉；具有可聚合雙鍵類的硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基硅烷偶聯(lián)劑或丙烯酰氧基硅烷偶聯(lián)劑；基體聚合物為烯烴類聚合物、聚酯或聚酰胺常用的成纖聚合物，包括聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺。
[0016]實施例1:
[0017]本實施例包括超吸水微納米球的制備和抗靜電纖維的制備兩個步驟，其具體制備工藝過程為:
[0018]( I)、超吸水微納米球的制備:先分別在親水單體組A和疏水單體組B中各選一種單體進行二元共聚，從親水單體組A中選擇一種親水單體I份，從疏水單體組B中選擇一種疏水單體19份，選擇十二烷基苯磺酸鈉I份，將所選的親水單體、疏水單體、十二烷基苯磺酸鈉和30份去離子水加入裝有溫度計、冷凝管并帶有氮氣保護的250mL反應(yīng)容器中，在室溫下攪拌預(yù)乳化處理0.5小時后得到預(yù)乳液，取出45wt%的預(yù)乳液，再將50份去離子水加入反應(yīng)容器并升溫至70°C，逐滴加入40?60wt%的引發(fā)劑水溶液進行反應(yīng)直至無單體回流，引發(fā)劑水溶液由0.1?0.5份過硫酸銨或過硫酸鉀溶于10份去離子水配制得到；然后剩余預(yù)乳液、剩余引發(fā)劑水溶液和I份硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到反應(yīng)容器，溫度保持在70°C，滴加完畢后，保溫反應(yīng)I小時后冷卻至室溫，制備得到二元共聚超吸水微納米球乳液；
[0019](2)、抗靜電纖維的制備:將步驟(I)制備的二元共聚超吸水微納米球乳液冷凍干燥，得到抗靜電聚合物粉末，然后將10份聚合物粉末與90份聚丙烯切片混合，在220°C溫度條件下擠出、造粒，得到抗靜電母粒；再將80份抗靜電母粒與320份聚丙烯切片混合后在150°C條件下干燥，然后在紡絲溫度為220°C、紡絲速度為500m/min的條件下進行熔融紡絲，制備得到抗靜電聚丙烯纖維，編號I。
[0020]實施例2:
[0021]本實施例包括超吸水微納米球的制備和抗靜電纖維的制備兩個步驟，其具體制備工藝過程為:
[0022](I)、超吸水微納米球的制備:在親水單體組A中選擇一種單體，疏水單體組B中選擇兩種單體進行三元共聚，從親水單體組A中選擇一種親水單體2份，從疏水單體組B中選擇兩種疏水單體，每種疏水單體分別為20份，選擇十二烷基苯磺酸鈉2份，將所選的親水單體、疏水單體、十二烷基苯磺酸鈉和20份去離子水加入裝有溫度計、冷凝管并帶有氮氣保護的250mL反應(yīng)容器中，在室溫下攪拌預(yù)乳化處理0.5小時后得到預(yù)乳液，取出40wt%的預(yù)乳液，再將40份去離子水加入反應(yīng)容器并升溫至70°C，逐滴加入40?60wt%的引發(fā)劑水溶液進行反應(yīng)直至無單體回流，引發(fā)劑水溶液由0.1?0.5份過硫酸銨或過硫酸鉀溶于10份去離子水配制得到；然后將剩余預(yù)乳液、剩余引發(fā)劑水溶液和2份硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到反應(yīng)容器，溫度保持70°C，滴加完畢后，保溫反應(yīng)I小時后冷卻至室溫，制備得到三元共聚超吸水微納米球乳液；
[0023](2)、抗靜電纖維的制備:將制備的三元共聚超吸水微納米球乳液冷凍干燥得到抗靜電聚合物粉末，然后將10份聚合物粉末與90份聚丙烯切片混合，在220°C溫度條件下擠出、造粒，得到抗靜電母粒；再將80份抗靜電母粒與320份聚丙烯切片混合后150°C條件下干燥，然后在紡絲溫度為220°C、紡絲速度為500m/min的條件下下進行熔融紡絲，制備得到抗靜電聚丙烯纖維，編號2。
[0024]實施例3:
[0025]本實施例包括超吸水微納米球的制備和抗靜電纖維的制備兩個步驟，其具體制備工藝過程為:
[0026]( I)、超吸水微納米球的制備:先在親水單體組A和疏水單體組B中各選兩種單體進行四元共聚，從親水單體組A中選擇分別為2份的兩種親水單體，從疏水單體組B中選擇分別為20份的兩種疏水單體，選擇十二烷基苯磺酸鈉2.5份，將所選的親水單體、疏水單體、十二烷基苯磺酸鈉和25份去離子水加入裝有溫度計、冷凝管并帶有氮氣保護的250mL反應(yīng)容器中，在室溫下攪拌預(yù)乳化處理0.5小時過后得到預(yù)乳液，取出50wt%的預(yù)乳液，再將50份去離子水加入反應(yīng)容器并升溫至70°C，逐滴加入40?60wt%的引發(fā)劑水溶液進行反應(yīng)直至無單體回流，引發(fā)劑水溶液由0.1?0.5份過硫酸銨或過硫酸鉀溶于10份去離子水配制得到；然后將剩余預(yù)乳液、剩余引發(fā)劑水溶液和2.5份硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到反應(yīng)容器，溫度保持70°C，滴加完畢后，保溫反應(yīng)I小時后冷卻至室溫，制備得到四元共聚超吸水微納米球乳液；
[0027]( 2)、抗靜電纖維的制備:將制備的四元共聚超吸水微納米球乳液冷凍干燥得到抗靜電聚合物粉末，然后將10份的聚合物粉末與90份聚丙烯切片混合，在220°C溫度條件下擠出、造粒，得到抗靜電母粒；再將80份抗靜電母粒與320份聚丙烯切片混合后150°C條件下干燥，然后在紡絲溫度為220°C、紡絲速度為500m/min的條件下下進行熔融紡絲，制備得到抗靜電聚丙烯纖維，編號3。
[0028]本實施例與實施例1和2的對比結(jié)果如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種利用超吸水微納米球制備抗靜電纖維的方法，其特征在于包括超吸水微納米球的制備和抗靜電纖維的制備兩個步驟，其具體制備工藝過程為: (1)、超吸水微納米球的制備:先從親水單體組A中選擇分別為0.5?4份的一種或兩種親水單體，從疏水單體組B中選擇分別為16?25份的一種或兩種疏水單體，并選取常用的陰離子乳化劑0.5?3份，將親水單體、疏水單體、陰離子乳化劑和20?30份去離子水加入裝有溫度計、冷凝管并帶有氮氣保護的250mL反應(yīng)容器中，在室溫下攪拌進行預(yù)乳化處理0.5?I小時后得到預(yù)乳液，取出預(yù)乳液總重量的40?60%留備后用，然后將40?60份的去離子水加入反應(yīng)容器并升溫至65?80°C，逐滴加入引發(fā)劑水溶液總重量的40?60%進行反應(yīng)直至無單體回流，引發(fā)劑水溶液由0.1?0.5份過硫酸銨或過硫酸鉀溶于10份去離子水配制得到；然后再將取出備用的預(yù)乳液和剩余未加完的引發(fā)劑水溶液和I?5份具有可聚合雙鍵類的硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到反應(yīng)容器，滴加完畢后，在65?80°C溫度條件下反應(yīng)I?1.5小時后冷卻至室溫，制備得到二元、三元或四元共聚超吸水微納米球乳液，所加各成份均為重量份； (2)、抗靜電纖維的制備:將步驟(I)制備的二元、三元或四元共聚超吸水微納米球乳液采用現(xiàn)有技術(shù)中的冷凍干燥法進行干燥得到抗靜電聚合物粉末，再將10?20份抗靜電聚合物粉末與90?180份基體聚合物切片進行混合，在200?300°C溫度條件下擠出造粒得到抗靜電母粒；然后再將10?200份抗靜電母粒與400?2000份基體聚合物切片進行混合，在150?200°C溫度條件下干燥后，再在紡絲溫度為150?300°C、紡絲速度為200?8000m/min的條件下進行熔融紡絲，制得抗靜電纖維；所加各成份均為重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超吸水微納米球制備抗靜電纖維的方法，其特征在于涉及的親水單體組A包括丙烯酸或其鹽類、丙烯磺酸或其鹽類、甲基丙烯磺酸或其鹽類和苯乙烯磺酸或其鹽類；疏水單體組B包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、丁二稀、1-丁烯和四氟乙烯；陰離子乳化劑為十二烷基硫酸鈉或十二焼基苯橫酸納；具有可聚合雙鍵類的娃焼偶聯(lián)劑為乙稀基娃焼偶聯(lián)劑或丙稀酸氧基娃焼偶聯(lián)劑；基體聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺。
【文檔編號】C08F212/08GK103643338SQ201310681214
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】唐建國, 劉紅星, 王瑤, 黃林軍, 劉繼憲, 焦吉慶, 黃震, 王彥欣, 孫文建 申請人:青島大學(xué)