外用抗静电剂在纺织加工中的应用

相东旭，杨小波，何文栋，杨宗约

（传化智联股份有限公司，浙江杭州 311215）

抗静电剂种类多样，在纺织、塑料、皮革、石油等行业都有广泛应用。纺织品加工过程中，纤维受到拉伸、压缩、热风干燥、气流摩擦、辐射及与异类纤维相互接触和摩擦时，均会产生静电[1]。

防止静电主要从控制起电和电荷泄露两方面着手。降低物体间的摩擦、提高环境湿度、使用外加抗静电剂、材料表面亲水性改性等方法都可减少静电的产生，保证生产顺利进行[2]。抗静电剂一般由多种化工原料复合制备，具备增加布面亲水性、减少纤维间摩擦、中和布面电荷等功能，从而减少或者消除纤维静电。

1 耐久抗静电剂

耐久抗静电剂近年来加工订单逐渐增多，一般要求水洗10次（水洗程序按GB/T 8629—2001 7A进行），半衰期小于5 s（抗静电测试参照GB/T 12703.1—2008），有些客户要求表面电阻小于1010Ω（参照AATCC 76—2011）。

1.1 聚氨酯抗静电剂

聚氨酯本身抗静电性能一般，甚至不具备抗静电性能，但在合成过程中使用亲水聚醚链段，加入咪唑及其衍生物、季铵盐、脂肪胺等导电物质，抗静电性能大大增强，高温定型后，在纺织品表面交联成膜，具耐洗性。

US4831098[3]中使用六亚甲基二异氰酸（HDI）与相对分子质量3 000 的甘油聚醚[m(EO)∶m(PO)=30∶70]反应制得氨基甲酸酯预聚物，加入2-二甲基乙醇胺后继续反应，在分子结构中引入叔胺基，然后加入硫酸二乙酯进行季铵化反应，再加入咪唑封端。制备的聚氨酯具耐洗性，抗静电性能优良。刘拥君[4]用聚乙二醇400 和乙酸反应制备出乙二酸改性聚乙二醇，再和2,4-二甲苯二异氰酸酯（TDI）反应，最后用亚硫酸氢钠封端，整理液中加入渗透剂JFC、偶联剂KH-560、羧甲基纤维素，整理后水洗15 次，涤纶织物电阻达到3.23×108Ω∙cm。钱华等[5]使用异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）、HDI、聚醚多元醇N330、二羟甲基丙酸、抗静电剂TN、三乙胺制备出的耐久抗静电剂交联性好、黄变小、耐磨、安全无毒。US8017685B2[6]中使用己二酸改性聚酯多元醇（相对分子质量3 000）、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、三乙胺（中和剂）、水合肼（后扩链剂）制备出聚氨酯抗静电剂,洗前电阻小于109Ω∙cm，洗后电阻小于1010Ω∙cm，成品穿着舒服，无致敏反应。

1.2 聚丙烯酸酯抗静电剂

聚丙烯酸酯抗静电剂的研究较早，含有亲水或导电性能的丙烯酸酯单体共聚形成大分子，整理后在纤维表面成膜，耐洗性良好。

US3717689[7]中使用甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGM）、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDM）、丙烯腈、N-羟甲基丙烯酸铵、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）等丙烯酸酯单体共聚形成导电大分子，整理化纤尤其是涤纶织物，耐洗性良好。US3864317[8]中用硫酸二乙酯对甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯进行阳离子化，然后与丙烯腈等单体聚合得到大分子，可赋予疏水织物耐久抗静电效果。李效玉等[9]先用甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和正丁基溴合成阳离子聚合单体，以N-甲基-N-十六烷基吗啉硫酸甲酯盐为乳化剂，和苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲氧丙烯酰氧乙基自由基共聚制备一系列阳离子乳液，对涤纶仿真丝、人造棉、腈纶都有很好的抗静电性能，但耐水洗性仅对人造棉有效。刘继宪等[10]采用烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯（NPMA）、GMA溶液聚合制备耐久抗静电剂，可使腈纶织物体积电导率下降5个数量级，水洗20次后体积电导率小于109Ω∙cm；扫描电镜显示，抗静电剂均匀涂覆纤维表面。刘继宪等[11]又以脂肪醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、GMA、有机硅氧烷（K-5）制备了一种梳型分子结构抗静电剂；使用时加入固化剂DM（上海试剂三厂），织物经浸渍烘干后具有很好的抗静电性能，耐20次水洗，并可改善织物手感，加工性良好。

1.3 其他耐久抗静电剂

科研工作者在耐久抗静电剂上不断探索，制备出不同结构的抗静电剂，都有自己的特点和使用范围。李明[12]先用丙烯酰胺、二甲胺、甲醛生成胺甲基化的丙烯酰胺，然后与硫酸二甲酯反应生成丙烯酰胺季铵盐单体，再聚合制得阳离子高聚物水溶液，用于涤纶织物，皂洗15 次后半衰期1.7 s，具有极佳的耐洗性。汪青等[13]合成了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，单独使用抗静电性能良好，但耐洗性差。与TiO2/SiO2水溶胶同浴整理后，耐洗性明显提高。林修金等[14]以对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、聚乙二醇、自制季铵盐聚合体为原料，通过酯交换、缩聚等反应制得聚酯聚醚季铵盐三元共聚多功能耐洗抗静电剂DP-1007，应用于涤纶织物的抗静电舒适整理；结果表明，整理后织物的抗静电性明显提升，亲水性、易去污性能、手感均大幅提升，且耐洗性较好，浸轧法整理织物后，水洗10 次半衰期2.81 s，浸渍法水洗10 次后半衰期8.09 s。陈焜等[15]创造性地以超支化聚酯Boltorn H20（瑞典Perstorp 公司）、丙烯酰胺（AM）、缩水甘油三甲基氯化铵（GTA）、烯丙基缩水甘油醚（AGE）为原料，聚合制备一种超支化阳离子高分子抗静电剂，应用于涤纶织物后，水洗10 次后半衰期小于0.56 s，具有优异的耐洗性和抗静电效果，同时可提高断裂强力，但透湿性下降。冯云生等[16]先用十六叔胺、氯乙醇、环氧氯丙烷、聚乙二醇合成聚醚型季铵盐，再加入五氧化二磷进行磷酸化，制备出磷酸酯两性表面活性剂，使用于涤纶织物，水洗50 次后半衰期低于0.75 s，具有很好的耐洗性。

2 暂时性抗静电剂

化纤织物后整理加工一般需要高温定型，为提高生产效率，车速很快，化纤与传动装置快速高温摩擦时产生大量静电，落布时布匹难打卷，甚至有啪啪的放电声音，存在着极大的安全隐患。在加工整理液中添加抗静电剂可以减弱或消除带电现象，使生产顺利进行。暂时性抗静电剂一般很少单独使用，经常和硅油、防水剂、增白剂等同浴使用，因此，减少对其他助剂性能的影响非常重要。

2.1 涤纶抗静电剂

涤纶纤维使用最广，抗静电剂用量也最大。阳、非、阴、两性表面活性剂对涤纶纤维或以涤纶为主的混纺纤维都有抗静电效果。

王宇明等[17]使用十二烷基三甲基溴化铵和吐温-80 作为抗静电剂的主要成分，其中，十二烷基三甲基溴化铵可以中和涤纶纤维上的负电荷，还能在纤维表面形成憎水性油膜，降低摩擦系数。吐温-80 本身具有一定的抗静电效果，还具有良好的乳化性、耐热性，可以进一步降低摩擦系数，使纤维具有良好的抱和集束性。两者按一定比例复配可以达到很好的抗静电效果。杨静新等[18]介绍了脂肪醇磷酸钾盐和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸钾盐在涤纶织物上的应用。磷酸单酯钾盐的抗静电性能优于双酯，抗静电成分以单酯为主，适当加入磷酸双酯，因为磷酸双酯的乳化性和平滑性好，两者以适当比例混合可达到很好的抗静电效果。涤纶纺丝油剂中使用十六烷基脂肪醇磷酸钾盐作为抗静电剂，磷酸化反应一般生成单酯和双酯的混合物，控制工艺可使单酯和双酯的比例达到理想值。马斌全等[19]介绍了聚二甲基二烯丙基氯化铵在聚酯纤维中应用，聚合物正电荷密度高，成本低廉，不影响染色牢度、撕裂强度和手感，抗静电性能明显优于十二烷基磷酸酯和N-甲基-N-十六烷基吗啉硫酸甲酯盐。王浩等[20]用五氧化二磷对正丁醇、正己醇、正辛醇、十二醇、十六醇、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）进行磷酸化，详细探讨原料配比和工艺对产物电导率的影响，认为短链脂肪醇磷酸酯抗静电性能优于长链脂肪醇磷酸酯，在对涤纶短纤维进行整理后对比其电阻，电阻数值差1～2个数量级，且都小于1010Ω∙cm。更重要的是，磷酸酯抗静电剂解决了传统季铵盐(阳离子)抗静电剂因为水洗不干净，在涤纶碱减量过程中，起到碱减量促进剂的作用而对纤维过度刻蚀的现象。

2.2 尼龙抗静电剂

尼龙织物在摩擦中带正电，阳离子表面活性剂不适合，生产中一般使用阴离子或非离子抗静电剂。

US4093775[21]中合成了6-羟己基全氟异丙基聚氧乙烯醚、2,2,3,4,4,4-六氟丁基聚氧乙烯醚，具有润滑作用，用于尼龙织物，抗静电性能明显改善，明显优于硬脂酸丁酯的抗静电效果。孙宇清等[22]在锦纶纺丝POY 油剂中使用LBH400（脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐）、517PK（脂肪醇磷酸酯钾盐），发现含油低时，LBH400 性能优于517PK，而含油高时，517PK 最优。相东旭[23]合成异己醇聚氧乙烯醚（EO 为2）磷酸单酯钾盐，是一种新型结构抗静电剂，应用在210T尼龙织物上，半衰期小于2 s，和硅油配伍性好，色变黄变小，对设备腐蚀小，综合性能佳。

一般认为，尼龙纤维在摩擦中带正电，阳离子表面活性剂在纤维表面吸附量小，抗静电效果差，但使用中加入交联剂，效果则另当别论。US4104443[24]中使用聚氧乙烯醚改性的季铵盐、脂肪胺聚氧烯醚作为尼龙织物抗静电剂，整理液中添加三聚氰胺甲醛树脂或2D 树脂（二羟甲基二羟基乙烯脲），整理后尼龙织物电阻为1.1×1010Ω∙cm。这为尼龙抗静电剂整理打开一条思路：使用交联剂将抗静电剂固定在织物上。聚氨酯类型的抗静电剂具有交联作用，适合在尼龙织物上使用，但成本较贵。

2.3 其他织物抗静电剂

白洋等[25]选用渗透剂异构脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）、脂肪醇聚氧乙烯醚、白油（平滑剂）、抗静电剂TF-481（传化智联有限公司）作为芳砜纶的纺丝油剂，按照m(TF-481)∶m(表面活性剂)∶m(白油)=4∶20∶80，经测试芳砜纶电阻降为27 MΩ∙cm，同时,纤维与金属间的动摩擦因数、纤维与纤维之间的静摩擦因数和动摩擦因数之差（Δμ）总体最优；在实际纺纱过程中的表现和成纱性能也最优，与可纺性指标的测试结果一致。李永杰等[26]使用易去污整理剂DP-998B（张家港市德宝化工有限公司）、抗静电剂S-010（青岛先达精细化工有限公司）、柔软剂SRS（诺威信和新材料有限公司）、抗静电剂JY-9310（山东巨业精细化工有限公司）对全羊毛织物进行抗静电整理，其中，非离子抗静电剂S-010效果最好，半衰期小于2 s。田魏成[27]使用甲基丙烯酸二甲氨乙酯与α,α'-二氯对二甲苯合成一种Gemini季铵盐IDMA，结合（2-羧乙基）膦盐酸盐（TCEP）对羊毛织物处理。合成的Gemini 季铵盐IDMA 上含有烯基（C=C），可以与基材上的巯基反应，将IDMA分子直接接枝在羊毛蛋白质分子上。该方法反应快速可靠，不但可以提高羊毛织物抗静电效果，还可以增强羊毛织物的物理性能。

另外，针对腈纶、氨纶等织物，抗静电剂应选容易在织物表面吸附的原料，同时降低布面摩擦。对于聚丙烯无纺布，传化智联股份有限公司经过实验室验证认为，异己醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钾盐TF-481 效果最好，且对防水效果影响小。市场上一般都是混纺纤维，选择抗静电剂时应考虑纤维主体成分，着重解决抗静电剂问题，保证抗静电在布面均匀铺展，形成导电通道，经过多次验证，配方优化，最终抗静电问题都可迎刃而解。

3 防水剂共拼型抗静电剂

最常用的防水剂一般为含氟化合物，价格昂贵，抗静电剂和防水剂同浴使用都会不同程度地降低防水效果，而增加防水剂用量会提高加工成本，因此，要慎重选择防水剂共拼型抗静电剂，尽量减少对防水效果的影响。

US6592988B1[28]中合成了一系列以全氟烷基磺酸根为阴离子的季铵盐，由于结构中氟元素比例较高，与含氟防水防油剂同浴使用时，整理后织物防水防油效果优，半衰期低于2 s。US6924329B2[29]中合成了具有聚醚结构的一系列中等分子质量阳离子表面活性剂，比如[C12H25N+(CH3)(CH2CH2O)mH(CH2CH2O)nH][-N(SO2CF3)2]，以氟烷基磺酸胺盐为阴离子，证实与防水剂使用时，对防水防油效果影响较小。含氟防水剂一般应使用阳离子或非离子型抗静电剂，抗静电效率高，低用量即可达到抗静电效果，尽量减少对防水防油效果的影响。含氟表面活性剂成本高，可考虑复配市场上低价非离子表面活性剂TF-480（传化智联股份有限公司），既能降低成本，又兼顾防水防油效果。

4 结语

外用抗静电剂是化纤纺织品加工中不可或缺的重要助剂，为达到理想的抗静电效果，需要从抗静电剂电荷密度、润滑性、在布面均匀铺展性和吸附性等方面考虑，保证抗静电剂在化纤表面形成导电通道，刚好在布面均匀铺展形成导电通路即可，用量过高对抗静电效果提升不大，还会对同浴其他助剂性能产生不良影响。抗静电剂使用过程中需要和硅油、防水剂等功能助剂同浴使用，需要谨慎选择。技术人员要了解抗静电剂和同浴助剂在织物表面的吸附附着状况，需要开发抗静电效率高且配伍性好的抗静电剂，在布面少量吸附就能达到理想效果，减少对其他助剂性能的影响。