耐久性防靜電滌綸織物的研究進(jìn)展

胡錦健 李 龍 蔡 濤 林思伶 嚴(yán) 婕

（1.西安工程大學(xué)，陜西西安，710048；2.石獅市中紡學(xué)服裝及配飾產(chǎn)業(yè)研究院，福建石獅，362700）

滌綸織物作為紡織品中的重要一類，以其優(yōu)異的理化性能被廣泛用于服裝、裝飾、產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。滌綸分子鏈上含有大量酯基，僅存在兩個(gè)端醇羥基，無(wú)其他極性基團(tuán)，因此存在吸濕性差、易產(chǎn)生靜電、紡織品舒適性差等缺陷，影響其應(yīng)用范圍［1］。紡織品防靜電整理能夠賦予紡織品高附加值和多功能性，滿足市場(chǎng)需求。我們對(duì)目前耐久性防靜電滌綸織物的研究進(jìn)展進(jìn)行分類總結(jié)，以期為改善高滌綸織物性能并拓展相關(guān)應(yīng)用提供參考。

1 防靜電的途徑和機(jī)理

實(shí)現(xiàn)防靜電的途徑可分兩種：減少靜電產(chǎn)生總量或提高靜電逸散速度。在給定的條件下，減少靜電產(chǎn)生總量，即抑制靜電發(fā)生，受限較大，較難實(shí)現(xiàn)。提高靜電逸散速度是可行有效的途徑。而提高靜電逸散速度主要通過(guò)兩種方式：靜電中和與靜電泄露。靜電中和是指靜電通過(guò)空氣完成放電過(guò)程。對(duì)紡織品而言，氣體放電主要通過(guò)電暈放電實(shí)現(xiàn)，亦被稱為尖端放電［2-3］。靜電泄露主要通過(guò)輻射與傳導(dǎo)［4-5］。對(duì)于輻射（區(qū)別于靜電中和，輻射一般伴隨溶劑的揮發(fā)）而言，紡織品表面的水蒸發(fā)會(huì)帶走部分電荷，從而達(dá)到防止靜電累積。傳導(dǎo)通常是使靜電通過(guò)導(dǎo)體等被導(dǎo)向其他區(qū)域從而抑制靜電放電。導(dǎo)電理論主要分為三類：導(dǎo)電通道理論、隧道效應(yīng)理論與場(chǎng)致發(fā)射理論［6-8］。這三種理論共同解釋了導(dǎo)電材料對(duì)于靜電的傳導(dǎo)過(guò)程。導(dǎo)電通道理論在宏觀層面上解釋了材料導(dǎo)電的原理，隧道效應(yīng)理論與場(chǎng)致發(fā)射理論從微觀層面上對(duì)其做出了解釋。

2 研究進(jìn)展

防靜電整理分為暫時(shí)性防靜電整理和耐久性防靜電整理。暫時(shí)性防靜電整理通過(guò)將不同類型的表面活性劑整理到織物上，使纖維表面親水性加強(qiáng)，進(jìn)而提高防靜電性能。該整理方式受環(huán)境溫濕度影響較大，但操作簡(jiǎn)單，成本低廉，至今仍有一些企業(yè)使用。由于表面活性劑對(duì)滌綸的親和力不足，故暫時(shí)性防靜電整理的滌綸織物防靜電耐久性較差。近年來(lái)，耐久性防靜電整理技術(shù)快速發(fā)展，主要包括三大類：在織物中嵌入導(dǎo)電纖維、對(duì)織物進(jìn)行化學(xué)改性和對(duì)織物表面進(jìn)行涂層整理。與暫時(shí)性防靜電整理相比，其在防靜電效果的耐久性和功能多樣性方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。

2.1 對(duì)織物表面進(jìn)行化學(xué)改性

織物表面的化學(xué)改性主要是通過(guò)軋-烘-焙工藝將永久性抗靜電劑、金屬粉末及其氧化物、高分子導(dǎo)電材料、碳系導(dǎo)電材料、復(fù)配導(dǎo)電材料等分散在液體中進(jìn)行浸軋，而后烘干、焙烘得到防靜電織物。該方法簡(jiǎn)單易操作，但是成本相對(duì)較高，而且耐久性效果不及其他兩種。

2.1.1 利用永久性抗靜電劑改性

劉艷等［9］采用自制陽(yáng)離子型抗靜電劑MP對(duì)滌綸珊瑚絨面料進(jìn)行整理，其半衰期和靜電壓分別為0.2 s和18 V，均不到原樣的1%，且經(jīng)過(guò)30次洗滌后，半衰期0.4 s，靜電壓39 V，表現(xiàn)出了耐久的防靜電性。在織物改性處理過(guò)程中，交聯(lián)劑、催化劑的使用可有效提高織物的防靜電效果。DINCMEN M等［10］采用等離子體法將二烯丙基二甲基氯化銨單體與二丙烯酸二乙二醇酯交聯(lián)劑接枝聚合在滌綸織物上。該整理使織物靜電壓從原來(lái)的600 V降至13 V，半衰期從原來(lái)的2 000 s低至0.3 s，洗滌后織物靜電壓89.52 V，半衰期0.94 s，并獲得了防紫外線功能。

2.1.2 利用金屬粉末及其氧化物改性

常見(jiàn)的金屬粉末有銀粉、銅粉、鎳粉等。其中，銀粉導(dǎo)電性最佳，抗氧化且氧化產(chǎn)物亦能導(dǎo)電，但其價(jià)格昂貴，導(dǎo)電穩(wěn)定性欠佳。銅粉導(dǎo)電性能優(yōu)良，成本低，但其易氧化且氧化物為絕緣體。鎳粉抗氧化性好，導(dǎo)電性穩(wěn)定，且具有吸收和散射射線的電子矢量?jī)?yōu)點(diǎn)，但鎳屬于稀有金屬，資源匱乏。雖然添加金屬粉末能獲得高電導(dǎo)率，但金屬粉末價(jià)格昂貴、易氧化、導(dǎo)電穩(wěn)定性差等不足，限制了其規(guī)?；瘧?yīng)用。而金屬氧化物如銻摻雜氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅鋁等具有耐候性佳、色淺、永久導(dǎo)電等優(yōu)勢(shì)，是防靜電材料研究的一個(gè)重要方向。

王秋等［11］以鈦酸四丁酯、氧化鋅為前驅(qū)物，采用分步沉淀法合成了納米Ti O2/Zn O復(fù)合物并應(yīng)用于滌綸織物整理。結(jié)果表明：其半衰期和靜電壓分別為1.26 s和0.6 k V，比原樣分別降低了94%和49%。因?yàn)樵撜碓诳椢锉砻嫘纬闪艘粚覶i O2/ZnO導(dǎo)電薄膜，加速了織物表面的電荷逸散。

2.1.3 用高分子材料改性

運(yùn)用環(huán)保高效的織物預(yù)處理技術(shù)也是織物改性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。CHEN S等［12］以端基二苯甲酮季銨鹽為防靜電劑，采用一種新型環(huán)保的光化學(xué)處理對(duì)滌綸織物進(jìn)行整理。研究發(fā)現(xiàn)：整理后的滌綸織物電荷密度下降至1 mC/m2，僅為原樣的20%，靜電電壓從597 V降至132 V，半衰期由163 s下降到0.01 s，獲得了耐久的防靜電效果，此外還具備持久的抗菌防螨功能。

蔣巍等［13］以雙三羥甲基丙烷和三氯氧磷以及乙二胺為原料制備了雙三羥甲基丙烷磷酸酯乙二胺鹽，并對(duì)滌綸織物進(jìn)行整理。結(jié)果表明：整理后的織物經(jīng)過(guò)50次洗滌仍能保持良好的防靜電性能。HU W等［14］采用蔗糖酯半鑲嵌滌綸織物，然后使用自制交聯(lián)劑將蠶蛹蛋白接枝到織物表面。研究發(fā)現(xiàn)：整理后的滌綸織物防靜電性能優(yōu)良，半衰期可降至0.3 s。

2.1.4 利用碳系導(dǎo)電材料改性

FAN L H等［15］利用一種新型摻雜氧化石墨烯的分散染料對(duì)滌綸織物進(jìn)行防靜電整理。研究表明：整理的織物表現(xiàn)出耐久的防靜電性能，其表面電阻率可降至9.8×106Ω，達(dá)到GB/T 12703.4—2010《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第4部分：電阻率》A級(jí)。ZHAO S等［16］通過(guò)超聲輔助法制備了高分散磺化石墨烯，并采用浸軋烘焙法對(duì)滌綸織物進(jìn)行整理。研究發(fā)現(xiàn)：整理后的織物經(jīng)過(guò)20次洗滌后半衰期仍小于2 s，在GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第1部分：靜電壓半衰期》中防靜電等級(jí)為A級(jí)，具有耐久的防靜電性能。李亮等［17］通過(guò)多巴胺原位聚合和氧化石墨烯循環(huán)浸漬層層自組裝負(fù)載制備了一種滌綸基防靜電織物。經(jīng)多巴胺原位聚合后的滌綸織物靜電壓和半衰期值明顯下降，這是因?yàn)槎喟桶吩诳椢锉砻嬖痪酆闲纬闪艘粚舆B續(xù)的親水性聚多巴胺膜，加快了織物表面電荷的逸散；當(dāng)多巴胺原位聚合負(fù)載15 g/L氧化石墨烯時(shí)，織物的靜電壓和半衰期大幅下降，均不到原樣的32%和1%，體積電阻率低于1×106Ω·cm。經(jīng)15次水洗后，織物仍能保持耐久的防靜電性。

2.1.5 利用復(fù)配導(dǎo)電材料改性

不同導(dǎo)電材料的作用機(jī)理和特性存在差異，將不同類型的導(dǎo)電材料以一定的比例混合使用，利用材料間的協(xié)同作用也是改善防靜電材料導(dǎo)電性能、降低生產(chǎn)成本的有效方法。

胡雪敏等［18］采用石墨烯-Fe3O4復(fù)合溶液對(duì)滌綸織物進(jìn)行防靜電整理。結(jié)果表明：整理后的滌綸針織物帶電量較低，且經(jīng)5次水洗仍具有較好的防靜電性能。

陳小婷等［19］通過(guò)Hummers法制備氧化石墨烯，再用水合肼將氧化石墨烯還原成石墨烯，再與水性聚氨酯復(fù)配對(duì)滌綸織物進(jìn)行整理。當(dāng)石墨烯質(zhì)量濃度為5 g/L時(shí)，滌綸織物的靜電壓和半衰期由原樣的2 860 V和300多秒分別下降到了932 V和0.54 s，可達(dá)到GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評(píng)定第1部分：靜電壓半衰期》所規(guī)定的A級(jí)。這是因?yàn)槠瑺钚问椒植嫉氖┻B接形成導(dǎo)電通路，極大地加快了織物表面的電荷逸散；經(jīng)20次皂洗之后，織物的防靜電性能略有下降，仍表現(xiàn)出了耐久的防靜電效果。

2.2 采用涂層整理技術(shù)

用復(fù)合導(dǎo)電材料對(duì)基布表面進(jìn)行涂層整理可賦予紡織品優(yōu)良的防靜電功能。該方法成本較低，操作簡(jiǎn)單，且產(chǎn)品的防靜電耐久性僅次于嵌入導(dǎo)電纖維式整理。該方法對(duì)基布性能和纖維品種要求較低，但織物的透氣性和手感會(huì)變差，可考慮將涂層設(shè)計(jì)成網(wǎng)格狀［20］。

2.2.1 單導(dǎo)電組分添加型涂層

WANG C X等［21］采用等離子體預(yù)處理和單壁碳納米管干法固化涂層的方法制備了具有不同防靜電性能的滌綸織物。整理的織物不僅獲得了耐久的防靜電性，還具有輕便、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。章佳杰［22］以ATO共混聚氨酯防靜電涂料對(duì)滌綸織物進(jìn)行整理。整理后的織物靜電半衰期降至0.24 s，靜電壓降至297 V；以溶膠凝膠法制備ATO溶膠，采用溶膠處理法整理織物，其靜電半衰期為0.02 s，靜電壓為267 V；兩者的耐水洗次數(shù)均可達(dá)到20次，獲得了耐久的防靜電效果。WU Lang等［23］以聚馬來(lái)酸酐-共丙烯酸-共苯乙烯磺酸鈉為穩(wěn)定劑，在聚丙烯酸酯乳液中采用化學(xué)聚合法制備了導(dǎo)電聚苯胺/聚丙烯酸酯復(fù)合乳液，并應(yīng)用于滌綸織物的涂層整理，使織物表面電阻率從原來(lái)的6.55×1014Ω降至1.18×107Ω，體積電阻率降至9.9Ω·cm。

2.2.2 多導(dǎo)電組分添加涂層

OUADIL B等［24］采用一種新型的涂層方法對(duì)滌綸針織物分別涂覆石墨烯和石墨烯/銀納米粒子。結(jié)果表明，經(jīng)石墨烯納米片涂層整理的滌綸織物防靜電效果最佳，體積電阻率6×104Ω·cm，僅為原樣的4%，以其為連接導(dǎo)體可點(diǎn)亮LED燈，這歸因于石墨烯納米片在織物表面形成了連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。石墨烯/銀納米粒子涂層織物表現(xiàn)出更好的高柔韌性和防紫外線功能，這是因?yàn)殂y納米粒子可以有效降低紫外線的透射率。

結(jié)構(gòu)色具有高亮度、高飽和度、永不褪色等諸多優(yōu)點(diǎn)，在紡織領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。YUAN X等［25］利用磁控濺射技術(shù)在滌綸織物上沉積了Ag/ZnO復(fù)合薄膜，整理后的織物平均半衰期低至0.510 s，靜電壓降至188 V，防靜電性能顯著提升的同時(shí)兼?zhèn)淇椢锝Y(jié)構(gòu)色和防紫外線等優(yōu)點(diǎn)。王明序等［26］以淺色導(dǎo)電鈦白為導(dǎo)電功能填料、水性聚氨酯為涂層劑，制備了淺色滌綸防靜電涂層織物。結(jié)果表明：涂層織物表面電阻率小于1×106Ω，且白度值高，經(jīng)多次水洗處理、熱處理和日曬處理依舊保持良好的耐久性。

2.3 在織物中嵌入導(dǎo)電纖維

人們通常將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（20℃，相對(duì)濕度65%）體積電阻率小于1×107Ω·cm的纖維定義為導(dǎo)電纖維，包括金屬導(dǎo)電纖維、碳系導(dǎo)電纖維、有機(jī)導(dǎo)電纖維等［27］。在紡紗時(shí)混紡導(dǎo)電纖維或在織造時(shí)混織導(dǎo)電紗可實(shí)現(xiàn)織物的防靜電功能，該方式具有最耐久的防靜電效果。但導(dǎo)電纖維質(zhì)量不穩(wěn)定且可紡性不高，只適用于少量特殊要求的服裝，如防靜電服、防輻射服、電磁屏蔽服等。

2.3.1 嵌入金屬導(dǎo)電纖維

金屬纖維屬于導(dǎo)電成分均一型的導(dǎo)電纖維，體積電阻率低至1×10-4Ω·cm～1×10-5Ω·cm，主要有不銹鋼纖維、銅纖維、鉛纖維、鋁纖維、鎳?yán)w維等［28］。金屬纖維通常被制成短纖維與普通紡織纖維混紡織造。金屬纖維具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、耐熱性及耐化學(xué)腐蝕性，但存在體積質(zhì)量偏大、手感發(fā)硬、可紡性較差、成品色澤受限等瓶頸性問(wèn)題，限制了其應(yīng)用范圍。

2.3.2 嵌入碳系導(dǎo)電纖維

碳纖維也屬于導(dǎo)電成分均一型的導(dǎo)電纖維，導(dǎo)電性能優(yōu)良，體積電阻率在1×10-3Ω·cm～1×10-4Ω·cm，熱膨脹系數(shù)小，體積質(zhì)量小，但纖維模量高，不耐折彎，無(wú)熱收縮能力，容易損傷，因而應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)狹窄，一般只限于復(fù)合材料中使用。

2.3.3 嵌入有機(jī)導(dǎo)電纖維

有機(jī)導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性能不及金屬纖維和碳纖維，體積電阻率在10Ω·cm～1×104Ω·cm，但其導(dǎo)電性能持久、受環(huán)境溫濕度的影響較小，可紡性與普通纖維類似，嵌入后不影響織物的手感和外觀，其綜合性能最為優(yōu)良，應(yīng)用也最為廣泛。謝勇［29］以鍍銀纖維作為功能纖維制備了防靜電滌綸織物，織物靜電壓1 093 V，電荷面密度和半衰期分別為3.54 u C/m2和3.15 s，經(jīng)過(guò)100次水洗后，織物防靜電性能相對(duì)變差。薛繼艷等［30］分別選取3種不同的有機(jī)導(dǎo)電纖維和織物組織設(shè)計(jì)出了9種滌綸防靜電織物。結(jié)果表明：添加復(fù)合導(dǎo)電絲后滌綸織物的電荷面密度降低了50%，且經(jīng)過(guò)50次洗滌織物的電荷面密度僅降低了13%，表現(xiàn)出了耐久的防靜電性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)表面改性、表面涂層及嵌入導(dǎo)電纖維等方式，能夠有效提高滌綸織物的防靜電耐久性。將不同類型的防靜電材料混合使用，利用材料間的協(xié)同作用，是優(yōu)化性能、降低成本的有效方法。表面改性處理過(guò)程中，交聯(lián)劑、催化劑等配套助劑的使用，可以有效提升防靜電效果。合理地運(yùn)用新技術(shù)，如光化學(xué)處理技術(shù)、磁控濺射技術(shù)、納米技術(shù)等，能夠賦予織物環(huán)保、結(jié)構(gòu)色、抗菌防螨、防紫外線等功能。

目前的研究對(duì)滌綸織物防靜電耐久性的提升仍然有限?？椢锉砻娓男院捅砻嫱繉哟嬖诃h(huán)保性不足、防靜電效果不夠持久等瓶頸性問(wèn)題。嵌入導(dǎo)電纖維的整理方式具有最耐久的防靜電效果，尤其是嵌入復(fù)合有機(jī)導(dǎo)電纖維，織物可以獲得永久的防靜電性。相比于外露型和部分外露型，導(dǎo)電組分內(nèi)藏型有機(jī)導(dǎo)電纖維具有導(dǎo)電成分不易脫落、易于染色等優(yōu)勢(shì)，但也存在導(dǎo)電性能較低的短板，因此亟待解決的問(wèn)題是提高其導(dǎo)電性能。通過(guò)優(yōu)化導(dǎo)電物質(zhì)組合方式及添加比例，改善導(dǎo)電物質(zhì)與基體高聚物的相容性，提高導(dǎo)電物質(zhì)的分散穩(wěn)定性，有望解決這一難題。隨著防靜電紡織品研究的不斷深入及市場(chǎng)需求的迅速增加，嵌入導(dǎo)電纖維的防靜電滌綸織物，憑借其耐久的防靜電性及功能多樣性等優(yōu)勢(shì)，在防靜電紡織品領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。