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高分子化合物抗静电剂的研究

2012-4-25 20:48:24互联网 点击数: 【字体:

  要:研究外用阴离子抗静电剂、外用阳离子抗静电剂、外用两性抗静电剂、外用非离子抗静电剂、化学纤维油抗静电剂对绦纶中长纤维进行表面处理后的抗静电效果,并对不同浓度抗静电剂的抗静电效果进行了比较,同时还进行了部分抗静电剂的耐水洗试验分析。分析几种抗静电剂均有抗静电效果,其中高分子化合物型抗静电剂抗静电效果和耐水洗性均好。
    关键词:抗静电剂;绦纶中长纤维;表面处理;耐水洗试验;性能比较
 

    外用抗静电剂除要有高的抗静电效果外,还尽量要有耐久性、耐热性、耐光性、耐摩擦性、安全性、经济性,而且对高分子材料的物理机械性能和表面特性不能有明显的影响。选用扩散系数小,即其分子难以从高分子材料表面向内部迁移的抗静电剂,可提高其抗静电耐久性。为了提高耐久性,可用有机溶剂,如丙酮、脖类或醉一醇混合溶剂配成溶液,因为有机溶剂能更好地润湿高分子材料的憎水表面。配成溶液后,对材料表面进行涂敷或浸溃,经烘干或晾干后抗静电剂分子可更牢固地固着在制品的表面上。另外,可在抗静电剂溶液中加入少量高分子黏合剂(如聚醋酸乙烯酯等)或选用有成膜作用的高分子抗静电剂。还可先将塑料等制品表面接枝上亲水性高分子物,再涂敷表面活性抗静电剂.这些方法都可提高抗静电层的牢度和耐久性。外用抗静电剂的特点是涂敷表面抗静电剂后,材料具有抗静电性,而使用时不影响材料的加工性能和物理机械性能。高分子材料都带负电荷,因此最有效的是阳离子型和两性型表面活性剂。
    虽然外用抗静电剂法的耐久性和耐洗性较差,但其也有许多独特的优点。例如为了暂时消除塑料、纤维等制品上的静电,它比内用抗静电法更为有效。可以避免将抗静电剂掺到高聚物材料内部,而影响透明皮或颜色的缺陷,而且外用抗静电剂方法简单,不需特殊设备等,因此外用抗静电剂在实际使用中仍占有一定地位。
  外用阴离子抗静电剂
    阴离子型表面活性剂在高聚物的表面作抗静电处理中的应用不及阳离子型和非离子型广泛。常用的阴离子型抗静电剂有烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基硫酸酯盐和烷基磷硬酯盐等。现将这些抗静电剂在某些高聚物表面上的抗静电效果列于表1。
    从表1数据可看出,不同抗静电剂的临界浓度有很大差别。例如二烷基磷酸酪钠水溶液在低浓度(0.2%~0.4%)时,就表现出有较好的抗静电作用。而烷基苯磺酸钠和烷基硫酸酪钠在浓度为0.2%~.6%时,实际上并无抗静电作用。烷基苯磺酸钠浓度要高到4.0%才有抗静电效果,但这样高的抗静电剂浓度会使高聚物表面呈现出粘性,所以这类物质作为抗静电剂是有很大限制的。
    磷酸酯盐中的氧被硫取代后,抗静电性能会发生改变。二烷基和二(烷基苯基)二琉代磷酸酯的钾、钙及钡盐,在热塑性高聚物表面上涂敷时,对PS和PMMA都有较好的抗静电效果。对PE来说,随着二烷基二硫代磷酸酯钾中烷基链长度增长,试样的ρs降低。而且用二(特辛基苯基)二硫代磷酸酪金属盐处理PS,其抗静电效果与金属离子种类有关,即按如下顺序其抗静电效果减弱:K>Ba>Ca。同一种抗静电剂对不同高聚物制品的抗静电效果会有明显的差别,有时甚至会起相反的效果。一些纤维材料经1%烷基磷酸酪盐溶液处理后织物的面电阻率变化情况。此现象可解释为:憎水性高聚物材料表面会吸引表面活性剂分子的憎水基端。而排斥亲水基端,使材料表面具有亲水性,从而使材料的面电阻率降低。对棉纤维这样一些具有亲水基的材料来说,表面活性剂的亲水基会与材料的亲水基发生缔合,这时材料表面形成了一层不导电的憎水性油膜,从而使表面电阻率反而增大。
    许多外用抗静电剂的作用是使憎水高聚物表面形成一亲水膜。有的体系经热处理后,会使此亲水膜与高聚物材料发生键合而使抗静电作用耐久化。由于抗静电剂的耐热性不同,有时经热处理后会使抗静电效果下降。因此抗静电效果还与环境条件及热处理的工艺有关。四纤维经1%烷基磷酸酪盐水溶液处理后的抗静电效果与环境温度、相对湿度及热处理的关系。环境因素对PP的P5值影响不大,这说明在低温、低湿条件下也可使用这些抗静电剂。热处理后P5都有增大趋势,但仍属有效的抗静电剂。抗静电剂浓度对PP纤维的P5影响较大,例如,在2φ=65%下,用0.2%~1.5%二辛基磷酸酪钠水溶液来处理PP纤维,其ρs值相应为4.6108~5.0107 Ω
除以上一些常用的阴离子溜抗静电剂外,对高聚物有效的外用抗静电剂还有环烷基毗吹盐-n-甲苯磺酸盐及聚氧乙烯化的高级醇的磷酸酯和聚磷酸酷等一些混合型阴离子表面活性剂。例如,俄罗斯曾将混合型阴离子表面活性剂TAHACTAT-6040(是一种透明液状的阴离子制剂,2%场水溶液的pH值为7.5)用于聚配织物的抗静电处理。具体方法是将聚酪变形纱线织成的织物,在2和5 g/L浓度的TAHACTAT-6040水溶液中浸轧,而后在140~ 50温度下干燥,再在烘干拉幅机上(温度为180)以20 m/min的速度热定形。经这样处理后的聚酪织物面电阻率ρs<105 Ω,而且对织物手感和染色牢度均不会产生不良影响。近年来,国外曾采用如聚环氧乙烷(PEO)、聚醚磅酷胺及聚醚酪酰亚胺(PEEA)等高分子活性表面活性剂作为抗静电涂层。具体步骤是:先用水、乙醇或醋酸乙酯等溶剂将抗静电剂配成0.5%~2.0%的溶液,然后宣接喷涂、浸渍或涂刷材料表面,在经室温或热空气干燥而形成抗静电涂层,这可在一定程度上改善高分子材料抗静电性能的持久性。
  外用阳离子抗静电剂
    阳离子表面活性剂绝大部分是含氮的化合物,也就是有机胺的衍生物。一般可分为铵盐、季铵盐和合氮的杂环化合物几大类。阳离子表面活性剂在抗静电刑中占有重要地位。在水介质中的固体表面(高聚物固一液界面)一般都荷负电,所以阳离子表面活性剂能强烈地被聚合物表面吸着,在低浓度下就能表现出抗静电作用。在纺织品加工工艺中,抗静电作用常常与润滑作用相结合,大多数抗静电润滑油剂是由阳离子型和非离子型表面活性剂配制而成。阳离子表面活性剂除抗静电效果好外,还有优良的柔软和平滑作用。在梳纺、织造和产品后处理工序中,往往使用不同种类的外用抗静电剂,使头道工序中用的抗静电剂在进入下一道工序前能容易地被除去,而在最后处理时必须使用耐久性抗静电剂。
    对塑料和合成纤维,季铵盐是一种很好的外用阳离子抗静电剂,即NH4+中4个氢原子被有机基团所取代,成为R1R2B N+R3R4,称为季铵离子类型和憎水基结构不同的季铵盐,其抗静电效果、耐久性及耐摩擦性是不同的,同一憎水基、不同阴离子的季铵盐的抗静电效果也有差别。此外,不同高聚物材料、抗静电剂的浓度及环境的温、湿度等都对抗静电效果有影响。
  外用两性抗静电剂
    两性表面活性剂是指分子中同时存在阴离子和阳离子基,或者说同时存在酸性基和碱性基的表面活性剂。两性表面活性剂中的阳离子部分(碱性基)主要是氨基或季铵基,阴离子部分(酸性基)主要是羧基、磺酸基、硫酸基及磷酸基。两性表面活性剂中氨基酸缴和一些味陛琳衍生物,在PH值较低的介质中(小于等电点)呈阳离子性,而在PH值较高的介质中(大于等电点)则呈阴离子性。
  外用非离子抗静电剂
    非离子型表面活性剂主要是由聚氧乙烯基和多元醇作亲水基为基础的结构,在水溶液中不电离。正是这一特点.使非离子表面活性剂具有稳定性高,不易受酸、碱及无机盐类存在的影响,能很好地与其他类型表面活性剂混合使用,以及在水及有机溶剂中都有较好的溶解性能等特点。非离子型表面活性剂的抗静电作用,通常是用接触作用和吸湿作用来解释。即由于吸附作用,在高聚物材料表面上形成表面活性剂分子的吸附层,从而使高聚物材料与摩擦物体表面间距增大。因为电荷迁移要求有很紧密地接触,这就使在接触和摩擦时所产生的静电荷量减少。吸湿作用使材料表面形成一路的导电层,塑料或纤维含水量的提高可大大降低材料的表面电阻,从而使静电荷易于泄漏。
  化学纤维油抗静电剂
    在化学纤维成型、拉伸、纺纱和织造等工艺过程中,由于纤维与金属部件、纤维与纤维或纤维与罗拉之间发生摩擦会产生大量静电荷,致使纤维发生缠绕,产生毛丝、白粉等,使纺织工艺不好控制等弊端。在不同的工艺过程中有的只用一种抗静电油剂,更多的是用两种或两种以上的抗静电油剂。其作用是尽可能降低纤维与其他物体摩擦时的动摩擦系数μd,并使其静摩擦系数μs不降低,即要使其静、动摩擦系数之差Δμ增大,并能消除纤维上所积累的静电荷,赋予纤维或纱线以平滑、柔软、抗静电等特性。由于化学纤维生产过程中所用油剂都是由表面活性剂和非表面活性物质所组成,而其中起主导作用的是表面活性剂,是一种高聚物外部抗静电的表面活性剂。
不同纤维种类、不同工艺过程要用不同油剂;即使是同一种纤维是采用湿纺还是干纺;其产品是短纤还是长丝或变形丝等都要用不同油剂。虽然油剂的种类和用途干差万别,但其作用和要求是一样的。
    (1)任何一种泊剂都要有好的平滑作用.即要求它能降低纤维与其他物体摩擦时的动摩擦系数μd,增加纤维上油膜的强度,保护纤维表面平滑。
    (2)要求油剂的熟度要低,并要求其强度随温度变化要小,也就是要求其教度特性要好。
    (3)油剂的抗静电性能要好。任何一种平滑剂只能将纤维的动摩擦系数降低,但不可能降低至零。也就是说,无论使用哪一种平滑剂,在纤维与其他物体接触摩擦时,都只能使产生的静电荷减少,而不能将静电荷完全消除,所以任何油剂中都要加入一定量的抗静电剂,以便将纤维上由于摩擦所产生的静电荷完全消除掉。
    (4)要求油剂要有适宜的吸湿性和易于洗脱性。良好的吸湿性不仅可提高纤维的抗静电性,而且还能提高纤维的粘着性并改善纤维的抱合性。易洗脱性是指上油后的后工序要经过铣涤过程,若油剂不能完全洗去,将合影响织物印花、染色效果,产生花斑。
    (5)要求油剂要有耐热性和热稳定性。虽然纺丝油剂一般不要求有耐热性,但考虑到经洗涤的纤维仍会残留少量纺丝油剂,这种纤维在拉伸、热定形时,或长丝高速纺预取向丝、变形高速纺丝和高速位伸变形丝时,要求油剂的耐热性和热稳定性要好。
    (6)如果油剂是采用乳状液时,则要求乳液的稳定性要好,并要防止乳液发霉、发臭。这对一些长丝油剂和织造工艺上用的乳液油剂极为重要。对乳液油剂还要求乳液无泡沫或尽量少的泡沫。乳液油剂可大大改善油剂在水中的分散性并提高润湿性。
    (7)要求所采用油剂对各种金属零部件没有锈蚀作用。多数阳离子和阴离子表面活性剂、甜菜碱型两性表面活性剂和一些无机盐对金属锈蚀较为严重,可以采用减少这些表面活性别的用量,或用磷酸酯盐、脂肪酸盐等来代替。
    (8)选用油剂的抗静电性及其他性能要求对大气的温、湿度变化的敏感性要小。
    (9)所选用油剂要对人体健康无毒害,并在使用过程中不产生烟雾和没有任何气味。
    (10)化学纤维从纺丝开始到最终变成织物的各工序过程中所选用油剂,经过该工序后一般都要清洗掉而排入污水管道中,为了保护环境不被污染,一般还要求所用油剂成分有良好的生物降解性。
结语
    随着石油工业的迅速发展,国内外化纤市场的竞争日益激烈,无论是油剂生产厂家还是化纤生产厂家,均需要降低成本,提高产品的市场竞争力,油剂的成分也不断更新。在化学纤维生产各工序中所用油剂种类繁多,其中除用各种表面活性剂外,有的配方中还要用矿物泊、动物油及其他合成油脂。近几年来,油剂配方中对良链(C12及以上)的磷酸酯已被广泛使用,因为它对大气温、湿度变化的敏感性极低,能提供纤维与其他物体接触摩擦时的润滑,并能在纤维表面形成一薄层强度高的膜层,从而可大大减少纤维间的粘着和缠辊现象。更为重要的是它具有良好的生物降解性,被称为是一种新型的环保油剂。虽然长镕磷酸配的抗静电效果不很理想,但若将长链与中链(C6-C8)磷酸酯醇或长链磷酸酪钾救进行混合使用,或加入少量特殊的抗静电剂,同样会取得令人满意的抗静电效果。
参考文献
  谢国章.用抗静电剂消除防护服静电积尘[J].劳动保护,1980(4)
  司业光.聚氯乙烯用抗静电剂[J].聚氯乙烯,1981(2)
  姚宗仁,章先桐,段瑜瑛.合成纤维及织物的抗静电处理[J].印染助剂,1984(1)
  刘定武,袁有彭,胥继烈等.涤纶纤维油剂防锈问题[J].纺织学报,1983(2)
  裘富钦.塑料的静电防止及抗静电聚苯乙烯薄膜的试制和应用[J].绝缘材料,1983(1)
  王旭平,周祖福.浸润剂配方的调试[C].第十三届玻璃钢/复合材料学术年会论文集,1999
  孙小毅,荫怡芬.毛织物抗静电功能性的理论和效果探讨[C].2001功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集,2001
  张世俊,刘荣华,蒋思云.塑料薄膜包装袋的抗静电剂[J].食品科学,1983(10)
  周志源.有机硅抗静电剂已合成[J].北京纺织,1984(1)



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