外用抗靜電劑在紡織加工中的應(yīng)用

相東旭，楊小波，何文棟，楊宗約

（傳化智聯(lián)股份有限公司，浙江杭州 311215）

抗靜電劑種類多樣，在紡織、塑料、皮革、石油等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。紡織品加工過程中，纖維受到拉伸、壓縮、熱風(fēng)干燥、氣流摩擦、輻射及與異類纖維相互接觸和摩擦?xí)r，均會產(chǎn)生靜電[1]。

防止靜電主要從控制起電和電荷泄露兩方面著手。降低物體間的摩擦、提高環(huán)境濕度、使用外加抗靜電劑、材料表面親水性改性等方法都可減少靜電的產(chǎn)生，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行[2]?？轨o電劑一般由多種化工原料復(fù)合制備，具備增加布面親水性、減少纖維間摩擦、中和布面電荷等功能，從而減少或者消除纖維靜電。

1 耐久抗靜電劑

耐久抗靜電劑近年來加工訂單逐漸增多，一般要求水洗10次（水洗程序按GB/T 8629—2001 7A進(jìn)行），半衰期小于5 s（抗靜電測試參照GB/T 12703.1—2008），有些客戶要求表面電阻小于1010Ω（參照AATCC 76—2011）。

1.1 聚氨酯抗靜電劑

聚氨酯本身抗靜電性能一般，甚至不具備抗靜電性能，但在合成過程中使用親水聚醚鏈段，加入咪唑及其衍生物、季銨鹽、脂肪胺等導(dǎo)電物質(zhì)，抗靜電性能大大增強(qiáng)，高溫定型后，在紡織品表面交聯(lián)成膜，具耐洗性。

US4831098[3]中使用六亞甲基二異氰酸（HDI）與相對分子質(zhì)量3 000 的甘油聚醚[m(EO)∶m(PO)=30∶70]反應(yīng)制得氨基甲酸酯預(yù)聚物，加入2-二甲基乙醇胺后繼續(xù)反應(yīng)，在分子結(jié)構(gòu)中引入叔胺基，然后加入硫酸二乙酯進(jìn)行季銨化反應(yīng)，再加入咪唑封端。制備的聚氨酯具耐洗性，抗靜電性能優(yōu)良。劉擁君[4]用聚乙二醇400 和乙酸反應(yīng)制備出乙二酸改性聚乙二醇，再和2,4-二甲苯二異氰酸酯（TDI）反應(yīng)，最后用亞硫酸氫鈉封端，整理液中加入滲透劑JFC、偶聯(lián)劑KH-560、羧甲基纖維素，整理后水洗15 次，滌綸織物電阻達(dá)到3.23×108Ω?cm。錢華等[5]使用異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI）、HDI、聚醚多元醇N330、二羥甲基丙酸、抗靜電劑TN、三乙胺制備出的耐久抗靜電劑交聯(lián)性好、黃變小、耐磨、安全無毒。US8017685B2[6]中使用己二酸改性聚酯多元醇（相對分子質(zhì)量3 000）、1,4-丁二醇、二羥甲基丙酸、二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）、三乙胺（中和劑）、水合肼（后擴(kuò)鏈劑）制備出聚氨酯抗靜電劑,洗前電阻小于109Ω?cm，洗后電阻小于1010Ω?cm，成品穿著舒服，無致敏反應(yīng)。

1.2 聚丙烯酸酯抗靜電劑

聚丙烯酸酯抗靜電劑的研究較早，含有親水或?qū)щ娦阅艿谋┧狨误w共聚形成大分子，整理后在纖維表面成膜，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-羥甲基丙烯酸銨、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）等丙烯酸酯單體共聚形成導(dǎo)電大分子，整理化纖尤其是滌綸織物，耐洗性良好。US3864317[8]中用硫酸二乙酯對甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯進(jìn)行陽離子化，然后與丙烯腈等單體聚合得到大分子，可賦予疏水織物耐久抗靜電效果。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陽離子聚合單體，以N-甲基-N-十六烷基嗎啉硫酸甲酯鹽為乳化劑，和苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲氧丙烯酰氧乙基自由基共聚制備一系列陽離子乳液，對滌綸仿真絲、人造棉、腈綸都有很好的抗靜電性能，但耐水洗性僅對人造棉有效。劉繼憲等[10]采用烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯（NPMA）、GMA溶液聚合制備耐久抗靜電劑，可使腈綸織物體積電導(dǎo)率下降5個(gè)數(shù)量級，水洗20次后體積電導(dǎo)率小于109Ω?cm；掃描電鏡顯示，抗靜電劑均勻涂覆纖維表面。劉繼憲等[11]又以脂肪醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、GMA、有機(jī)硅氧烷（K-5）制備了一種梳型分子結(jié)構(gòu)抗靜電劑；使用時(shí)加入固化劑DM（上海試劑三廠），織物經(jīng)浸漬烘干后具有很好的抗靜電性能，耐20次水洗，并可改善織物手感，加工性良好。

1.3 其他耐久抗靜電劑

科研工作者在耐久抗靜電劑上不斷探索，制備出不同結(jié)構(gòu)的抗靜電劑，都有自己的特點(diǎn)和使用范圍。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，然后與硫酸二甲酯反應(yīng)生成丙烯酰胺季銨鹽單體，再聚合制得陽離子高聚物水溶液，用于滌綸織物，皂洗15 次后半衰期1.7 s，具有極佳的耐洗性。汪青等[13]合成了離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，單獨(dú)使用抗靜電性能良好，但耐洗性差。與TiO2/SiO2水溶膠同浴整理后，耐洗性明顯提高。林修金等[14]以對苯二甲酸二甲酯、乙二醇、聚乙二醇、自制季銨鹽聚合體為原料，通過酯交換、縮聚等反應(yīng)制得聚酯聚醚季銨鹽三元共聚多功能耐洗抗靜電劑DP-1007，應(yīng)用于滌綸織物的抗靜電舒適整理；結(jié)果表明，整理后織物的抗靜電性明顯提升，親水性、易去污性能、手感均大幅提升，且耐洗性較好，浸軋法整理織物后，水洗10 次半衰期2.81 s，浸漬法水洗10 次后半衰期8.09 s。陳焜等[15]創(chuàng)造性地以超支化聚酯Boltorn H20（瑞典Perstorp 公司）、丙烯酰胺（AM）、縮水甘油三甲基氯化銨（GTA）、烯丙基縮水甘油醚（AGE）為原料，聚合制備一種超支化陽離子高分子抗靜電劑，應(yīng)用于滌綸織物后，水洗10 次后半衰期小于0.56 s，具有優(yōu)異的耐洗性和抗靜電效果，同時(shí)可提高斷裂強(qiáng)力，但透濕性下降。馮云生等[16]先用十六叔胺、氯乙醇、環(huán)氧氯丙烷、聚乙二醇合成聚醚型季銨鹽，再加入五氧化二磷進(jìn)行磷酸化，制備出磷酸酯兩性表面活性劑，使用于滌綸織物，水洗50 次后半衰期低于0.75 s，具有很好的耐洗性。

2 暫時(shí)性抗靜電劑

化纖織物后整理加工一般需要高溫定型，為提高生產(chǎn)效率，車速很快，化纖與傳動裝置快速高溫摩擦?xí)r產(chǎn)生大量靜電，落布時(shí)布匹難打卷，甚至有啪啪的放電聲音，存在著極大的安全隱患。在加工整理液中添加抗靜電劑可以減弱或消除帶電現(xiàn)象，使生產(chǎn)順利進(jìn)行。暫時(shí)性抗靜電劑一般很少單獨(dú)使用，經(jīng)常和硅油、防水劑、增白劑等同浴使用，因此，減少對其他助劑性能的影響非常重要。

2.1 滌綸抗靜電劑

滌綸纖維使用最廣，抗靜電劑用量也最大。陽、非、陰、兩性表面活性劑對滌綸纖維或以滌綸為主的混紡纖維都有抗靜電效果。

王宇明等[17]使用十二烷基三甲基溴化銨和吐溫-80 作為抗靜電劑的主要成分，其中，十二烷基三甲基溴化銨可以中和滌綸纖維上的負(fù)電荷，還能在纖維表面形成憎水性油膜，降低摩擦系數(shù)。吐溫-80 本身具有一定的抗靜電效果，還具有良好的乳化性、耐熱性，可以進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)，使纖維具有良好的抱和集束性。兩者按一定比例復(fù)配可以達(dá)到很好的抗靜電效果。楊靜新等[18]介紹了脂肪醇磷酸鉀鹽和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸鉀鹽在滌綸織物上的應(yīng)用。磷酸單酯鉀鹽的抗靜電性能優(yōu)于雙酯，抗靜電成分以單酯為主，適當(dāng)加入磷酸雙酯，因?yàn)榱姿犭p酯的乳化性和平滑性好，兩者以適當(dāng)比例混合可達(dá)到很好的抗靜電效果。滌綸紡絲油劑中使用十六烷基脂肪醇磷酸鉀鹽作為抗靜電劑，磷酸化反應(yīng)一般生成單酯和雙酯的混合物，控制工藝可使單酯和雙酯的比例達(dá)到理想值。馬斌全等[19]介紹了聚二甲基二烯丙基氯化銨在聚酯纖維中應(yīng)用，聚合物正電荷密度高，成本低廉，不影響染色牢度、撕裂強(qiáng)度和手感，抗靜電性能明顯優(yōu)于十二烷基磷酸酯和N-甲基-N-十六烷基嗎啉硫酸甲酯鹽。王浩等[20]用五氧化二磷對正丁醇、正己醇、正辛醇、十二醇、十六醇、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）進(jìn)行磷酸化，詳細(xì)探討原料配比和工藝對產(chǎn)物電導(dǎo)率的影響，認(rèn)為短鏈脂肪醇磷酸酯抗靜電性能優(yōu)于長鏈脂肪醇磷酸酯，在對滌綸短纖維進(jìn)行整理后對比其電阻，電阻數(shù)值差1～2個(gè)數(shù)量級，且都小于1010Ω?cm。更重要的是，磷酸酯抗靜電劑解決了傳統(tǒng)季銨鹽(陽離子)抗靜電劑因?yàn)樗床桓蓛?，在滌綸堿減量過程中，起到堿減量促進(jìn)劑的作用而對纖維過度刻蝕的現(xiàn)象。

2.2 尼龍抗靜電劑

尼龍織物在摩擦中帶正電，陽離子表面活性劑不適合，生產(chǎn)中一般使用陰離子或非離子抗靜電劑。

US4093775[21]中合成了6-羥己基全氟異丙基聚氧乙烯醚、2,2,3,4,4,4-六氟丁基聚氧乙烯醚，具有潤滑作用，用于尼龍織物，抗靜電性能明顯改善，明顯優(yōu)于硬脂酸丁酯的抗靜電效果。孫宇清等[22]在錦綸紡絲POY 油劑中使用LBH400（脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鹽）、517PK（脂肪醇磷酸酯鉀鹽），發(fā)現(xiàn)含油低時(shí)，LBH400 性能優(yōu)于517PK，而含油高時(shí)，517PK 最優(yōu)。相東旭[23]合成異己醇聚氧乙烯醚（EO 為2）磷酸單酯鉀鹽，是一種新型結(jié)構(gòu)抗靜電劑，應(yīng)用在210T尼龍織物上，半衰期小于2 s，和硅油配伍性好，色變黃變小，對設(shè)備腐蝕小，綜合性能佳。

一般認(rèn)為，尼龍纖維在摩擦中帶正電，陽離子表面活性劑在纖維表面吸附量小，抗靜電效果差，但使用中加入交聯(lián)劑，效果則另當(dāng)別論。US4104443[24]中使用聚氧乙烯醚改性的季銨鹽、脂肪胺聚氧烯醚作為尼龍織物抗靜電劑，整理液中添加三聚氰胺甲醛樹脂或2D 樹脂（二羥甲基二羥基乙烯脲），整理后尼龍織物電阻為1.1×1010Ω?cm。這為尼龍抗靜電劑整理打開一條思路：使用交聯(lián)劑將抗靜電劑固定在織物上。聚氨酯類型的抗靜電劑具有交聯(lián)作用，適合在尼龍織物上使用，但成本較貴。

2.3 其他織物抗靜電劑

白洋等[25]選用滲透劑異構(gòu)脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）、脂肪醇聚氧乙烯醚、白油（平滑劑）、抗靜電劑TF-481（傳化智聯(lián)有限公司）作為芳砜綸的紡絲油劑，按照m(TF-481)∶m(表面活性劑)∶m(白油)=4∶20∶80，經(jīng)測試芳砜綸電阻降為27 MΩ?cm，同時(shí),纖維與金屬間的動摩擦因數(shù)、纖維與纖維之間的靜摩擦因數(shù)和動摩擦因數(shù)之差（Δμ）總體最優(yōu)；在實(shí)際紡紗過程中的表現(xiàn)和成紗性能也最優(yōu)，與可紡性指標(biāo)的測試結(jié)果一致。李永杰等[26]使用易去污整理劑DP-998B（張家港市德寶化工有限公司）、抗靜電劑S-010（青島先達(dá)精細(xì)化工有限公司）、柔軟劑SRS（諾威信和新材料有限公司）、抗靜電劑JY-9310（山東巨業(yè)精細(xì)化工有限公司）對全羊毛織物進(jìn)行抗靜電整理，其中，非離子抗靜電劑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與α,α'-二氯對二甲苯合成一種Gemini季銨鹽IDMA，結(jié)合（2-羧乙基）膦鹽酸鹽（TCEP）對羊毛織物處理。合成的Gemini 季銨鹽IDMA 上含有烯基（C=C），可以與基材上的巰基反應(yīng)，將IDMA分子直接接枝在羊毛蛋白質(zhì)分子上。該方法反應(yīng)快速可靠，不但可以提高羊毛織物抗靜電效果，還可以增強(qiáng)羊毛織物的物理性能。

另外，針對腈綸、氨綸等織物，抗靜電劑應(yīng)選容易在織物表面吸附的原料，同時(shí)降低布面摩擦。對于聚丙烯無紡布，傳化智聯(lián)股份有限公司經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證認(rèn)為，異己醇聚氧乙烯醚磷酸單酯鉀鹽TF-481 效果最好，且對防水效果影響小。市場上一般都是混紡纖維，選擇抗靜電劑時(shí)應(yīng)考慮纖維主體成分，著重解決抗靜電劑問題，保證抗靜電在布面均勻鋪展，形成導(dǎo)電通道，經(jīng)過多次驗(yàn)證，配方優(yōu)化，最終抗靜電問題都可迎刃而解。

3 防水劑共拼型抗靜電劑

最常用的防水劑一般為含氟化合物，價(jià)格昂貴，抗靜電劑和防水劑同浴使用都會不同程度地降低防水效果，而增加防水劑用量會提高加工成本，因此，要慎重選擇防水劑共拼型抗靜電劑，盡量減少對防水效果的影響。

US6592988B1[28]中合成了一系列以全氟烷基磺酸根為陰離子的季銨鹽，由于結(jié)構(gòu)中氟元素比例較高，與含氟防水防油劑同浴使用時(shí)，整理后織物防水防油效果優(yōu)，半衰期低于2 s。US6924329B2[29]中合成了具有聚醚結(jié)構(gòu)的一系列中等分子質(zhì)量陽離子表面活性劑，比如[C12H25N+(CH3)(CH2CH2O)mH(CH2CH2O)nH][-N(SO2CF3)2]，以氟烷基磺酸胺鹽為陰離子，證實(shí)與防水劑使用時(shí)，對防水防油效果影響較小。含氟防水劑一般應(yīng)使用陽離子或非離子型抗靜電劑，抗靜電效率高，低用量即可達(dá)到抗靜電效果，盡量減少對防水防油效果的影響。含氟表面活性劑成本高，可考慮復(fù)配市場上低價(jià)非離子表面活性劑TF-480（傳化智聯(lián)股份有限公司），既能降低成本，又兼顧防水防油效果。

4 結(jié)語

外用抗靜電劑是化纖紡織品加工中不可或缺的重要助劑，為達(dá)到理想的抗靜電效果，需要從抗靜電劑電荷密度、潤滑性、在布面均勻鋪展性和吸附性等方面考慮，保證抗靜電劑在化纖表面形成導(dǎo)電通道，剛好在布面均勻鋪展形成導(dǎo)電通路即可，用量過高對抗靜電效果提升不大，還會對同浴其他助劑性能產(chǎn)生不良影響?？轨o電劑使用過程中需要和硅油、防水劑等功能助劑同浴使用，需要謹(jǐn)慎選擇。技術(shù)人員要了解抗靜電劑和同浴助劑在織物表面的吸附附著狀況，需要開發(fā)抗靜電效率高且配伍性好的抗靜電劑，在布面少量吸附就能達(dá)到理想效果，減少對其他助劑性能的影響。