腈纶的抗静电技术及性能评价

张保宏，薛 涛，孟家光，李会改

(西安工程大学，陕西西安710048)

1950年，杜邦公司在美国首次采用二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，开发并生产出聚丙烯腈(PAN)纤维，并且以Orlon为商品名引入市场［1］。PAN纤维在我国又被称为腈纶，通常是由85%以上的丙烯腈与单体共聚(第二或第三)经纺丝制得。腈纶具有较强的耐酸碱性、耐光性、耐热性和抗水解性［2］，广泛应用于服装、装饰和产业领域［3－6］。此外，腈纶具有优异的耐光性、耐虫蛀性、耐辐射性和较好的染色性，是羊毛的最佳替代品，被人们称为“人造羊毛”。

静电是经过表面接触、电荷迁移、双电荷层和电荷分离4个过程产生的。静电的产生与高分子材料的化学组成、化学结构、链结构、聚集状态等因素有关［7］。腈纶的电阻率在标准状态下为1013Ω·cm，因此在后加工过程中会因静电导致纤维集束困难，或缠绕在机件上;在服用过程中，过高的静电将引起皮肤炎症和血液pH值升高;在加油站或粉尘较多的场合，静电也会引起火灾甚至爆炸［8］。为降低腈纶的静电现象，减少危害，研究人员开发了抗静电腈纶。作者从纺织工程学和材料学角度阐述抗静电腈纶的研究进展，并介绍了抗静电性能的表征方法。

1 腈纶抗静电方法

1.1 导电纤维法

陈振洲等［9］选用纬编针织大圆机进行编织抗静电针织物，导电纤维以添纱的方式夹入基础组织(纬平针组织)内，研究了防静电针织物中导电纤维的间隔距离和导电纤维的含量对针织物抗静电性能的影响。结果表明:在用导电纤维制得的防静电针织物中，随着导电丝间距的增加，导电丝的含量逐渐降低，其变化呈二次抛物线;随着导电丝间距的增加，织物的电荷面密度呈上升趋势，其变化遵循三次多项式曲线;根据织物的允许电荷面密度计算出导电丝的理论间距为2.74 cm，导电丝的理论含量为0.31%。

黄晓梅等［10］选择主体纱线原料、导电纱纤维混纺或交织，研究了织物的抗静电性能。结果表明，织物主体纱线材料的质量比电阻对织物抗静电性能影响显著;在其他参数相同的条件下，导电纱在织物表面显露多，抗静电效果好，但是织物中导电纱的含量有一定影响。

1.2 表面改性及后整理法

常用的表面活性剂包括阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型等［11］。表面活性剂可以起到抗静电的效果，其作用机理如下:表面活性剂分子具有两个端，即疏水端和亲水端;其中，疏水端吸附在纤维表面，同时，亲水性基团指向空间，这样将会形成极性表面，空气中的水分子将会吸附在纤维的表面，从而加速电荷的逸散［12］。

张玉海［13］用碱减量法对腈纶进行表面改性，控制碱质量分数为8%，水解时间为10 min，水解温度为90℃，可以得到吸水率达54%的高吸水腈纶。该方法对腈纶进行表面处理后吸水性能明显提高，同时抗静电性能也得到提升。利用该方法对腈纶纤维进行处理时应注意:水解温度、时间及碱浓度应严格控制，过高的碱浓度、水解温度和过长的时间将会使水解反应加剧，腈纶纤维的力学性能(强度和断裂功等)急剧降低，影响纤维的应用。通过在纺丝液中添加表面活性剂(如聚氧乙烯化的直链醇硫酸钠盐阴离子表面活性剂)的方法，然后纺丝也可制得抗静电腈纶，且该腈纶的抗静电能力持久。如制备PAN纺丝液，之后加入聚氧乙烯化十八硫酸酯钠盐，纺丝制得抗静电腈纶丝。

M.Hudson等［14］也对这种方进行了研究，取得了较好的结果。M.T.Tauber等［15］应用腈水合酶对腈纶进行改性，腈纶表面有16%左右的氰基水解为相应的酰胺基，其亲水性有所提高，同时，抗静电性与手感也有所改善。

等离子体处理技术作为一种表面处理技术，具有工艺简单、无污染的优点。用低温等离子体改善织物的抗静电性，主要是通过等离子体聚合或接枝聚合的手段。等离子体处理的作用机理［16］:纤维比表面积增加，改善其吸湿性，从而抗静电性提高;引入极性基团，提高纤维的吸湿性;化学组成发生改变，不饱和自由基→过氧自由基→酰胺基和羧基，从而改善腈纶抗静电性能。

刘艳春等［17］对腈纶织物用氩气常压介质阻挡放电等离子体进行接枝处理，并采用酸性染料TECTILON黄4R，对等离子体接枝处理前后的腈纶进行染色。经过等离子体接枝处理后，腈纶的透湿性能明显提高，但透气性能和断裂强力略有降低。

1.3 成纤高聚物改性

共聚法制备抗静电腈纶是在单体聚合的过程中加入共聚单体，从而达到抗静电的效果。采用该方法可以制备出抗静电性能持久的腈纶，同时也是最重要、最可靠的方法［18］。

季荣水［19］在腈纶纺丝原液中添加抗静电剂，研究抗静电剂质量分数对原液流动性能的影响。结果表明:随着抗静电剂质量分数的增加，原液的零切黏度在出现一个最小值后逐渐增大;原液的非牛顿指数上升，原液的流动性变好;结构黏度指数降低，可纺性变好。

目前，生产抗静电腈纶的主要方法是纺丝原液中加入抗静电剂。该方法制备的抗静电腈纶耐久性好。隋坤艳［20］采用粒径为5 μm的氧化锌晶须(ZnOw)作为抗静电剂，与PAN共混制成纺丝原液，通过纺丝制备出抗静电PAN/ZnOw纤维。

2 静电性能评价指标

2.1 电荷量类

电荷量类指标包括电荷量［21］和电荷面密度［22］。通过摩擦的手段，使试样带电，然后将带电试样放入法拉第筒进行测定。电荷量以微库仑为单位，主要应用于服装;电荷面密度是指每平方米试样上的电荷量，主要适用于面料。

2.2 时间类

时间类指标包括静电衰减时间［23］和吸附时间［24］等。

静电衰减时间首先通过感应带电或直接充电让试样带上电荷量，然后以电荷量的衰减时间(包括半衰期、10% 衰减时间和1% 衰减时间)表示。半衰期指静电压值衰减至原始值一半所需的时间。

吸附时间主要是根据试样的吸附时间，从而评价织物的静电性能。该方法操作简单，但是稳定性差。

2.3 电阻类

电阻类指标包括体积电阻(垂直电阻)［25］、表面电阻［26－27］、纤维比电阻［28］和泄露电阻［29］等。

体积电阻(垂直电阻)是电压与电流的比值。将试样放置于两个环形组合电极中间，一定时间后，即可得到电压值和电流值。

表面电阻与体积电阻相似，作用对象是试样的表面，也是电压与电流的比值。

纤维比电阻主要用于表征纤维的导电性能。

2.4 电压类

电压类指标包括摩擦带电电压［30］和感应静电电压［29］等。

在与标准布摩擦的过程中(张力和时间一定)，用最高电压来表示摩擦带电电压。将试样放入静电场使其带电，带电电压稳定时，即为感应电压值。

3 结语

腈纶抗静电技术可以从纺织工程学和材料学角度，通过一定混纺手段、后整改方法及成纤高聚物改性等技术来提高腈纶的抗静电性能。其中，应用低温等离子体改性技术提高腈纶静电性能的方法是一种新型的绿色环保技术，有利于社会的可持续发展，可加强这方面的研究;采用共混法制备的抗静电腈纶具有较好的耐久性，有利于长时间的使用。腈纶的静电现象如能很好地解决，将有利于其加工生产和人身安全，同时也提升腈纶产品的市场竞争力。

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