張保宏，薛 濤，孟家光，李會(huì)改

(西安工程大學(xué)，陜西西安710048)

1950年，杜邦公司在美國(guó)首次采用二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)出聚丙烯腈(PAN)纖維，并且以O(shè)rlon為商品名引入市場(chǎng)［1］。PAN纖維在我國(guó)又被稱為腈綸，通常是由85%以上的丙烯腈與單體共聚(第二或第三)經(jīng)紡絲制得。腈綸具有較強(qiáng)的耐酸堿性、耐光性、耐熱性和抗水解性［2］，廣泛應(yīng)用于服裝、裝飾和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域［3－6］。此外，腈綸具有優(yōu)異的耐光性、耐蟲(chóng)蛀性、耐輻射性和較好的染色性，是羊毛的最佳替代品，被人們稱為“人造羊毛”。

靜電是經(jīng)過(guò)表面接觸、電荷遷移、雙電荷層和電荷分離4個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的。靜電的產(chǎn)生與高分子材料的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、鏈結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)等因素有關(guān)［7］。腈綸的電阻率在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為1013Ω·cm，因此在后加工過(guò)程中會(huì)因靜電導(dǎo)致纖維集束困難，或纏繞在機(jī)件上;在服用過(guò)程中，過(guò)高的靜電將引起皮膚炎癥和血液pH值升高;在加油站或粉塵較多的場(chǎng)合，靜電也會(huì)引起火災(zāi)甚至爆炸［8］。為降低腈綸的靜電現(xiàn)象，減少危害，研究人員開(kāi)發(fā)了抗靜電腈綸。作者從紡織工程學(xué)和材料學(xué)角度闡述抗靜電腈綸的研究進(jìn)展，并介紹了抗靜電性能的表征方法。

1 腈綸抗靜電方法

1.1 導(dǎo)電纖維法

陳振洲等［9］選用緯編針織大圓機(jī)進(jìn)行編織抗靜電針織物，導(dǎo)電纖維以添紗的方式夾入基礎(chǔ)組織(緯平針組織)內(nèi)，研究了防靜電針織物中導(dǎo)電纖維的間隔距離和導(dǎo)電纖維的含量對(duì)針織物抗靜電性能的影響。結(jié)果表明:在用導(dǎo)電纖維制得的防靜電針織物中，隨著導(dǎo)電絲間距的增加，導(dǎo)電絲的含量逐漸降低，其變化呈二次拋物線;隨著導(dǎo)電絲間距的增加，織物的電荷面密度呈上升趨勢(shì)，其變化遵循三次多項(xiàng)式曲線;根據(jù)織物的允許電荷面密度計(jì)算出導(dǎo)電絲的理論間距為2.74 cm，導(dǎo)電絲的理論含量為0.31%。

黃曉梅等［10］選擇主體紗線原料、導(dǎo)電紗纖維混紡或交織，研究了織物的抗靜電性能。結(jié)果表明，織物主體紗線材料的質(zhì)量比電阻對(duì)織物抗靜電性能影響顯著;在其他參數(shù)相同的條件下，導(dǎo)電紗在織物表面顯露多，抗靜電效果好，但是織物中導(dǎo)電紗的含量有一定影響。

1.2 表面改性及后整理法

常用的表面活性劑包括陽(yáng)離子型、陰離子型、兩性離子型和非離子型等［11］。表面活性劑可以起到抗靜電的效果，其作用機(jī)理如下:表面活性劑分子具有兩個(gè)端，即疏水端和親水端;其中，疏水端吸附在纖維表面，同時(shí)，親水性基團(tuán)指向空間，這樣將會(huì)形成極性表面，空氣中的水分子將會(huì)吸附在纖維的表面，從而加速電荷的逸散［12］。

張玉海［13］用堿減量法對(duì)腈綸進(jìn)行表面改性，控制堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，水解時(shí)間為10 min，水解溫度為90℃，可以得到吸水率達(dá)54%的高吸水腈綸。該方法對(duì)腈綸進(jìn)行表面處理后吸水性能明顯提高，同時(shí)抗靜電性能也得到提升。利用該方法對(duì)腈綸纖維進(jìn)行處理時(shí)應(yīng)注意:水解溫度、時(shí)間及堿濃度應(yīng)嚴(yán)格控制，過(guò)高的堿濃度、水解溫度和過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間將會(huì)使水解反應(yīng)加劇，腈綸纖維的力學(xué)性能(強(qiáng)度和斷裂功等)急劇降低，影響纖維的應(yīng)用。通過(guò)在紡絲液中添加表面活性劑(如聚氧乙烯化的直鏈醇硫酸鈉鹽陰離子表面活性劑)的方法，然后紡絲也可制得抗靜電腈綸，且該腈綸的抗靜電能力持久。如制備PAN紡絲液，之后加入聚氧乙烯化十八硫酸酯鈉鹽，紡絲制得抗靜電腈綸絲。

M.Hudson等［14］也對(duì)這種方進(jìn)行了研究，取得了較好的結(jié)果。M.T.Tauber等［15］應(yīng)用腈水合酶對(duì)腈綸進(jìn)行改性，腈綸表面有16%左右的氰基水解為相應(yīng)的酰胺基，其親水性有所提高，同時(shí)，抗靜電性與手感也有所改善。

等離子體處理技術(shù)作為一種表面處理技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。用低溫等離子體改善織物的抗靜電性，主要是通過(guò)等離子體聚合或接枝聚合的手段。等離子體處理的作用機(jī)理［16］:纖維比表面積增加，改善其吸濕性，從而抗靜電性提高;引入極性基團(tuán)，提高纖維的吸濕性;化學(xué)組成發(fā)生改變，不飽和自由基→過(guò)氧自由基→酰胺基和羧基，從而改善腈綸抗靜電性能。

劉艷春等［17］對(duì)腈綸織物用氬氣常壓介質(zhì)阻擋放電等離子體進(jìn)行接枝處理，并采用酸性染料TECTILON黃4R，對(duì)等離子體接枝處理前后的腈綸進(jìn)行染色。經(jīng)過(guò)等離子體接枝處理后，腈綸的透濕性能明顯提高，但透氣性能和斷裂強(qiáng)力略有降低。

1.3 成纖高聚物改性

共聚法制備抗靜電腈綸是在單體聚合的過(guò)程中加入共聚單體，從而達(dá)到抗靜電的效果。采用該方法可以制備出抗靜電性能持久的腈綸，同時(shí)也是最重要、最可靠的方法［18］。

季榮水［19］在腈綸紡絲原液中添加抗靜電劑，研究抗靜電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)原液流動(dòng)性能的影響。結(jié)果表明:隨著抗靜電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，原液的零切黏度在出現(xiàn)一個(gè)最小值后逐漸增大;原液的非牛頓指數(shù)上升，原液的流動(dòng)性變好;結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)降低，可紡性變好。

目前，生產(chǎn)抗靜電腈綸的主要方法是紡絲原液中加入抗靜電劑。該方法制備的抗靜電腈綸耐久性好。隋坤艷［20］采用粒徑為5 μm的氧化鋅晶須(ZnOw)作為抗靜電劑，與PAN共混制成紡絲原液，通過(guò)紡絲制備出抗靜電PAN/ZnOw纖維。

2 靜電性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 電荷量類

電荷量類指標(biāo)包括電荷量［21］和電荷面密度［22］。通過(guò)摩擦的手段，使試樣帶電，然后將帶電試樣放入法拉第筒進(jìn)行測(cè)定。電荷量以微庫(kù)侖為單位，主要應(yīng)用于服裝;電荷面密度是指每平方米試樣上的電荷量，主要適用于面料。

2.2 時(shí)間類

時(shí)間類指標(biāo)包括靜電衰減時(shí)間［23］和吸附時(shí)間［24］等。

靜電衰減時(shí)間首先通過(guò)感應(yīng)帶電或直接充電讓試樣帶上電荷量，然后以電荷量的衰減時(shí)間(包括半衰期、10% 衰減時(shí)間和1% 衰減時(shí)間)表示。半衰期指靜電壓值衰減至原始值一半所需的時(shí)間。

吸附時(shí)間主要是根據(jù)試樣的吸附時(shí)間，從而評(píng)價(jià)織物的靜電性能。該方法操作簡(jiǎn)單，但是穩(wěn)定性差。

2.3 電阻類

電阻類指標(biāo)包括體積電阻(垂直電阻)［25］、表面電阻［26－27］、纖維比電阻［28］和泄露電阻［29］等。

體積電阻(垂直電阻)是電壓與電流的比值。將試樣放置于兩個(gè)環(huán)形組合電極中間，一定時(shí)間后，即可得到電壓值和電流值。

表面電阻與體積電阻相似，作用對(duì)象是試樣的表面，也是電壓與電流的比值。

纖維比電阻主要用于表征纖維的導(dǎo)電性能。

2.4 電壓類

電壓類指標(biāo)包括摩擦帶電電壓［30］和感應(yīng)靜電電壓［29］等。

在與標(biāo)準(zhǔn)布摩擦的過(guò)程中(張力和時(shí)間一定)，用最高電壓來(lái)表示摩擦帶電電壓。將試樣放入靜電場(chǎng)使其帶電，帶電電壓穩(wěn)定時(shí)，即為感應(yīng)電壓值。

3 結(jié)語(yǔ)

腈綸抗靜電技術(shù)可以從紡織工程學(xué)和材料學(xué)角度，通過(guò)一定混紡手段、后整改方法及成纖高聚物改性等技術(shù)來(lái)提高腈綸的抗靜電性能。其中，應(yīng)用低溫等離子體改性技術(shù)提高腈綸靜電性能的方法是一種新型的綠色環(huán)保技術(shù)，有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，可加強(qiáng)這方面的研究;采用共混法制備的抗靜電腈綸具有較好的耐久性，有利于長(zhǎng)時(shí)間的使用。腈綸的靜電現(xiàn)象如能很好地解決，將有利于其加工生產(chǎn)和人身安全，同時(shí)也提升腈綸產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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