專利名稱：提高腈綸纖維抗靜電性能的方法
技術領域：
本發明屬輕化工領域，具體地說是一種提高腈綸纖維抗靜電性能的方法。
背景技術：
腈綸自1950年美國杜邦公司開始工業化生產以來，獲得了迅速的發展，成為目前世界上合成纖維三大主要品種之一。腈綸纖維耐光、耐酸堿，強度和彈性都比較好，色澤鮮艷，質輕而柔軟，外觀和手感都近似羊毛，素有“合成羊毛”之稱。但由于它是疏水性纖維，吸濕性差、易起靜電，其穿著舒適性遠遠不及羊毛，從而限制了它的進一步發展。
傳統的腈綸抗靜電改性方法根據其作用機理可分為兩類化學改性和物理改性。
1.化學改性(1)與親水性單體聚合或共聚，在大分子的基本結構中引進大量親水性基團。
該方法雖能顯著改善腈綸的抗靜電性，但由于大分子主鏈結構發生變化，勢必影響到腈綸的物理機械性能，顧此失彼，不宜采用。
(2)與親水性物質接枝共聚該工藝的缺點是親水性物質接枝的量不易控制。量少則效果不明顯，量多則會使腈綸喪失原有的一些優良性質，如手感變差，染色牢度下降。
(3)強酸、強堿及氧化劑處理該方法可有效改善腈綸纖維的抗靜電性，但腈綸纖維經高溫、強酸、堿、氧化劑處理后，纖維的物理機械性質會發生變化，強度和手感都有明顯下降，腈綸的氰基水解生成的氨與纖維上尚未水解的氰基結合可形成黃色的脒，導致纖維泛黃，影響了纖維的美觀。同時，使用苛性酸堿帶來的廢水污染也不容忽視。
(4)用抗靜電劑處理該工藝操作簡單，成本低廉，能夠在基本保持纖維原有特性的情況下，增加纖維的抗靜電性。但耐久性差，特別是耐洗滌性差，且常常使纖維或織物的力學性能或手感、色調變差，也不十分理想。
2.物理改性(1)與親水性聚合體進行共混紡絲該種方法工藝實施存在困難選擇的親水性物質要與丙烯腈具有相同的熔融條件、能在同一凝固浴中成形、力學性質和熱性質相似。否則，復合纖維易發生剝離。同時，兩者的比例應適當，親水性物質偏少，改性不明顯；親水性物質偏多，腈綸的原有性質得不到保持。
(2)纖維結構微孔化由于聚丙烯腈纖維是用原液經濕法或干法紡絲來制造的，在紡絲之前將低分子物、低聚物或高聚物與聚丙烯腈充分混合，制成紡絲溶液，通過控制紡絲過程中溶劑脫除的條件，比較容易實現纖維的微細孔化。或者在紡絲原液中添加可溶性物質，在后加工中再將之溶解掉，也是一種形成微細孔的有效方法。
該類方法可利用毛細效應顯著提高纖維的吸水性，但對于纖維吸濕性、抗靜電性的改善微乎其微。
(3)與導電纖維共混人們也曾嘗試在腈綸織物中混入少量導電纖維(如炭纖維)，使產生的靜電荷迅速逸散，從而賦予織物抗靜電效果。但因導電纖維的著色性能差，該種方法不適于服用面料加工，從而限制了它在紡織服裝領域的應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服上述各種腈綸纖維抗靜電改性方法的缺陷，設計一種環境友好的新技術，以提高腈綸纖維的抗靜電性能，提供一種的提高腈綸纖維抗靜電性能的方法。
本發明采用低溫等離子體技術處理腈綸纖維，從而有效地改善了腈綸纖維的抗靜電性能。等離子體技術進行腈綸纖維表面改性的方法有兩種等離子體表面處理和等離子體接枝聚合。
1.等離子體表面處理是將腈綸纖維暴露于非聚合性氣體等離子體中進行處理，利用等離子體轟擊材料表面。等離子體產生各種形式的能量和粒子，能量包括紅外線、可見光和紫外輻射能，粒子包括電子、分子、離子、原子或自由基等。這些能量和粒子與纖維材料表面發生作用，使纖維表面變得粗糙，并引入活性基團，從而使其表面性質發生變化，抗靜電性能得到改善。
等離子體表面處理的影響因素包括等離子體處理氣氛、氣體壓力、電場頻率、處理功率和處理時間。
等離子體處理氣氛主要包括Ar、He、N2、O2、H2O、NH3、O2/He、H2/N2或空氣等。
等離子體表面處理按照氣體壓力有如下兩種情況(1)低壓電等離子體表面處理在低壓等離子體表面處理中，電場頻率為13.56MHz，氣體壓力范圍為10～35Pa，處理功率為50～300W，處理時間為1～7min。最優處理工藝為頻率13.56MHz，氣壓25Pa，功率300W，時間為3min。
(2)常壓等離子體表面處理在常壓等離子體表面處理中，電場頻率為19kHz，放電電壓為6000～10000V，電流為0.2～0.3A，處理時間為0.5～3min。最優處理工藝為頻率19kHz，電壓為7000V，電流0.23A，時間1min。
2.等離子體接枝聚合等離子體接枝聚合是對纖維材料進行等離子體處理，利用表面產生的活性自由基引發具有功能性的單體在纖維表面進行接枝共聚。
等離子體接枝聚合的影響因素包括等離子體處理氣氛、接枝單體種類、接枝方法和等離子體處理參數，如氣體壓力、電場頻率、功率和處理時間，通過合理地控制和選用上述參數，可獲得理想的改性效果。
等離子體處理氣氛主要包括Ar、He、N2、O2、O2/Ae、N2/Ar或空氣等。
等離子體接枝聚合方法有如下四種
(1)氣相法腈綸纖維經上述等離子體處理后，在真空下直接與能氣化的單體進行氣相接枝聚合反應。
(2)脫氣液相法腈綸纖維經上述等離子體表面處理后，與保持真空狀態下脫氣的單體溶液接觸，進行液相接枝聚合反應。
(3)常壓液相法腈綸纖維經等離子體經過上述處理后，接觸大氣形成過氧化物，再進入液態單體內，由過氧化物引發接枝聚合。
(4)一步接枝法單體吸附于纖維表面，再暴露于等離子體中進行接枝聚合。
所述的等離子體接枝單體的種類包括(1)陰離子型如丙烯酸及其聚合物、甲基丙烯酸及其聚合物、馬來酸酐-苯乙烯、聚馬來酸酐或2-丙烯酰氨基-2甲基-1-丙磺酸等；(2)陽離子型如二甲基二烯丙基氯化銨及其聚合物、聚乙烯胺、聚亞乙基亞胺、陽離子聚丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基氯化銨或3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨等；(3)兩性離子型如兩性聚丙烯酰胺等；(4)非離子型如非離子丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚N-乙烯基乙酰胺等；(5)兩親性離子型如十二烷基三甲基氯化銨等。
等離子體接枝聚合按照氣體壓力也分為如下兩種情況(1)低壓電等離子體接枝處理在低壓等離子體接枝處理中，電場頻率為13.56MHz，氣體壓力范圍為10～35Pa，處理功率為50～300W，處理時間為1～7min。
(2)常壓等離子體接枝處理在常壓等離子體接枝處理中，電場頻率為19kHz，放電電壓為6000～10000V，電流為0.2～0.3A，處理時間為0.5～3min。
所述的經等離子體表面處理的腈綸纖維與所述的單體的重量比為1∶0.02～1∶0.08。
通常采用含有單體濃度是5～20％重量的溶液。
本發明的優點(1)等離子體處理主要作用于纖維表面，不影響纖維的整體性能；藝簡單，操作方便；(2)等離子體處理屬于物理處理，化學制品消耗低；(3)等離子體處理是干式處理，工藝簡單，操作方便，具有更高的可靠性和安全性；(4)等離子體處理環境污染小，符合生態加工的定義；(5)節水、節能。
具體實施例方式
以下實施例有助于理解本發明，但不限于本發明的內容實施例1真空輝光放電等離子體表面處理將腈綸纖維在含有5～20％重量的非離子洗滌劑的洗液中沸煮1小時，清水洗凈，再用丙酮萃取2小時，去除表面雜質。將經過上述處理的腈綸纖維放入GPT-3型真空輝光放電等離子體裝置中進行等離子處理，處理條件如下氣體種類O2，N2；輸出功率50～300W；頻率13.56MHz；處理時間1～7min；壓強20～35Pa；采用LFY-4B型靜電測試儀和YG321型纖維比電阻儀對等離子體處理后的腈綸纖維進行半衰期和比電阻測試，所得數據見表1～表3。
表1 不同處理壓強下腈綸纖維的半衰期和比電阻(功率300W，時間3min)
表2 不同處理功率下腈綸纖維的半衰期和比電阻(壓強25Pa，時間3min)
表3 不同處理時間下腈綸纖維的半衰期和比電阻(功率300W，壓強25Pa)
實施例2常壓介質阻擋放電等離子體表面處理使用常壓介質阻擋放電等離子體處理儀對洗凈的腈綸纖維進行表面處理，放電頻率為19KHz，電極間隙為2nm。
(1)等離子體處理氣氛為氬氣，流量為20L/min(2)等離子體處理氣氛為氬氣/氮氣混合氣體，氬氣流量為23L/min，氮氣流量為0.2m3/h；根據試驗要求控制所需要的電壓、時間來對腈綸纖維進行表面處理。采用LFY-4B型靜電測試儀和YG321型纖維比電阻儀對等離子體處理后的腈綸纖維進行半衰期和比電阻測試，所得數據見表4～表5。
表4 不同處理電壓下腈綸纖維的半衰期和比電阻(常壓，處理時間1min)
表5 不同處理時間下腈綸纖維的半衰期和比電阻(常壓，處理電壓7000V)
實施例3常壓介質阻擋放電等離子體接枝聚合將洗凈的腈綸織物在濃度為5～20％的甲基丙烯酰氧乙基氯化銨(DMC)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)溶液中浸漬2小時，進行軋液處理后(軋液率為20％)。將經過上述處理的腈綸纖維放入常壓介質阻擋放電等離子體裝置中進行等離子體接枝處理，處理條件如下氣體種類Ar；氣體流量20L/min頻率19kHz電壓8000～10000V處理時間1，2，3，4，5min；采用LFY-4B型靜電測試儀和YG321型纖維比電阻儀對等離子體處理后的腈綸纖維進行半衰期和比電阻測試，所得數據見表6～表8。
表6.不同濃度單體對腈綸纖維抗靜電性能的影響(電壓9500V，處理時間2min)
表7 不同處理電壓下抗靜電性數據(處理時間2min，單體濃度15％)
表8 不同處理時間下抗靜電性數據(電壓9500V，單體濃度15％)
權利要求
1.一種提高腈綸纖維抗靜電性能的方法，其特征是采用下述(1)、或者(1)和(2)的二種方法(1)，腈綸纖維等離子體表面處理方法在Ar、He、N2、O2、H2O、NH3、O2/He、H2/N2或空氣的氣體存在下，a，電場頻率為13.56MHz，氣體壓力為10～35Pa，處理功率為50～300W，處理時間為1～7min；或者b，常壓等離子體表面處理中，電場頻率為19kHz，放電電壓為6000～10000V，電流為0.2～0.3A，處理時間為0.5～3min；(2)，腈綸纖維等離子體接枝聚合處理腈綸纖維經(1)所述的等離子體表面處理后，再與單體在低壓下，電場頻率為13.56MHz，氣體壓力為10～35Pa，處理功率為50～300W，處理時間為1～7min；或者在常壓下，電場頻率為19kHz，放電電壓為6000～10000V，電流為0.2～0.3A，處理時間為0.5～3min；所述的單體是陰離子型、陽離子型、兩性離子型、非離子型或兩親性離子型單體；所述的等離子體表面處理后的腈綸纖維與單體的重量比為1∶0.02～1∶0.08。
2.如權利要求1所述的提高腈綸纖維抗靜電性能的方法，其特征是所述的單體濃度是5～20％(重量)。
3.如權利要求1所述的提高腈綸纖維抗靜電性能的方法，其特征是(1)a中腈綸纖維等離子體表面處理方法，其中處理工藝為頻率13.56MHz，氣壓20Pa，功率300W，時間為3min。
4.如權利要求1所述的提高腈綸纖維抗靜電性能的方法，其特征是(1)b中所述的頻率19kHz，電壓為7500V，電流0.23A，時間1min。
5.如權利要求1所述的提高腈綸纖維抗靜電性能的方法，其特征是(2)中所述的陰離子型單體是丙烯酸及其聚合物、甲基丙烯酸及其聚合物、馬來酸酐-苯乙烯、聚馬來酸酐或2-丙烯酰氨基-2甲基-1-丙磺酸；所述的陽離子型單體是二甲基二烯丙基氯化銨及其聚合物、聚乙烯胺、聚亞乙基亞胺、陽離子聚丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基氯化銨或3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨；所述的兩性離子型單體是兩性聚丙烯酰胺；所述的非離子型單體是非離子丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚N-乙烯基乙酰胺；所述的兩親性離子型單體是十二烷基三甲基氯化銨。
6.如權利要求1所述的提高腈綸纖維抗靜電性能的方法，，其特征是(2)中所述的采用的等離子體接枝聚合方法為在真空下直接與能氣化的單體進行氣相接枝聚合反應的氣相法、與保持真空狀態下脫氣的單體溶液接觸的脫氣液相法、接觸大氣形成過氧化物，再進入液態單體內，由過氧化物引發接枝聚合常壓液相法或者單體吸附于纖維表面，再暴露于等離子體中進行接枝聚合的一步接枝法。
全文摘要
本發明涉及一種提高腈綸纖維抗靜電性能的方法，包括在Ar、He、N
文檔編號D06M101/28GK1793481SQ200510111709
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月20日 優先權日2005年12月20日
發明者陸大年, 劉艷春 申請人:東華大學