紡織品抗靜電技術的分析與應用

當兩種不同性質的物體相互摩擦或緊密接觸后迅速剝離時，由于它們對電子的吸引力大小各不相同，就會發生電子轉移。一部分物體因失去部分電子而帶正電，另一部分獲得電子而帶負電。如果該物體與大地絕緣，則電荷無法泄漏，而停留在物體的內部或表面呈相對靜止狀態，這種電荷俗稱靜電。

靜電所引發的危害：

歷史上由靜電所引起的災難也并不少，小小的靜電如果被忽視很有可能會釀成大禍，可見抗靜電整理對各個行業的重要性；在紡織品領域，由于含化纖成分的紡織品越來越多，因此，人們在日常生活中經常會遇到織物存有靜電的現象（材料的絕緣性越好，越容易產生靜電）。

1.紡織品靜電現象及產生原理 產生靜電的機理有多種解釋,紡織材料靜電主要是由于表面間的相互摩擦產生的；紡織材料是電的不良導體,具有很高的比電阻；纖維及其制品在生產加工和使用過程中,由于受摩擦、牽伸、壓縮、剝離及電場感應和熱風干燥等因素的作用而易于產生靜電。特別是隨著合成纖維在紡織上生產和應用的越來越多,這些高分子聚合物所固有的高絕緣性和憎水性,使之極易產生、且積累靜電。

2.紡織品靜電的危害

在民用方面,靜電會導致紡織品的使用過程中吸塵沾污,服裝糾纏人體產生粘附不適感,而且有研究表明,靜電刺激會對人體健康產生不利影響。在產業應用方面,靜電是火工、化工、石油等加工等行業引起火災、爆炸等事故的主要誘發因素之一,也是化纖等紡織行業加工過程中的質量及安全事故隱患之一。隨著高科技的發展,靜電障害所造成的后果已突破了安全問題的界限。靜電放電造成的頻譜干擾危害,會引起電子、通信、航空、航天以及一切應用現代電子設備、儀器的場合導致設備運轉故障、信號丟失等結果。因此目前抗靜電紡織品的需求量越來越大。

3.紡織品抗靜電的機理

絕緣體表面的靜電可以通過三條途徑消失:

※ 通過空氣(霧氣)消失;

通過空氣消除靜電,主要依靠空氣中相反符號的帶電粒子飛來與絕緣體表面的靜電中和或讓帶電粒子獲得動能而飛散。利用尖端放電原理,制成高壓電暈式靜電消除器,已在化纖生產中有應用。

※ 沿著表面消失;

靜電沿絕緣體表面消失的速度取決于絕緣體表面電阻率的大??；提高空氣的濕度,可以在親水性絕緣體表面形成連續的水膜,加上空氣中的CO₂和其他雜質的溶解,而大大提高表面導電性。進一步的方法是使用抗靜電劑,主要是離子或非離子型的表面活性劑。

靜電通過絕緣體體內的泄漏速度,主要取決于絕緣體的電阻率的大小,一般說來,當聚合物電阻率小于107Ω·M時,產生靜電荷會很快泄漏掉。為了提高聚合物的體積導電率,最方便的方法可添加碳黑、金屬粉末或導電纖維。

※ 通過絕緣體體內消失。

纖維高分子材料理論上是比絕緣體,但實際纖維的導電性比理論估計值要高,原因在于纖維不是純高分子物質,其中含有水分、雜質等低分子物質,即纖維導電主要取決于纖維中的附屬物,其次與纖維分子本身的導電性以及外界條件的作用有關。在表面易電離物質導電性較高以及水汽分壓較大的情況下,纖維的導電性會大大提高。

4.紡織品抗靜電的途徑

抗靜電織物可分為民用和產業用靜電防護服兩大類；靜電防護服按照最終用途可分為無塵無菌工作服、防火防爆工作服、手術服、安全作業服(如電力工人工作時穿的靜電防護服、導電服等)等。

4.1對纖維進行抗靜電處理

4.1.1用表面活性劑對纖維進行親水化處理

作用原理為表面活性劑分子疏水端吸附于纖維表面,親水性極性基團指向空間,形成極性表面,吸附空氣中的水分子,降低纖維的表面電阻率,加速電荷逸散；所用表面活性劑包括陽離型、陰離子型和非離子型,其中陽離子表面活性劑的抗靜電效果最好,高分子量非離子型表面活性劑的抗靜電效果耐久性最好。此法的優點為簡便易行,特別適合于消除紡織加工過程中的靜電干擾；缺點為抗靜電效果的耐久性差,表面活性劑易揮發,更不耐洗滌,而且在低濕度環境中不顯示抗靜電性能。

4.1.2對成纖高聚物進行共混、共聚合或接枝改性

與前面方法的相同之處是在成纖高聚物中添加親水性單體或聚合物,提高吸濕性,從而獲得抗靜電性能；除普通成纖高聚物與親水性聚合物共混的典型共混紡絲方式外,還有聚合過程中加入親水性聚合物,形成微多相分散體系的共混方式。例如將聚乙二醇加入到己內酰胺反應混合物中,聚乙二醇以原纖狀分散于PA6之中。同時聚乙二醇也有少量端羥基與己內酰胺開環后生成的氨基己酸中的羥基反應,提高了抗靜電性能的耐久性。另外,用共聚合的方式將親水性極性單體聚合到疏水性合成纖維主鏈上,例如在PET大分子中嵌入聚乙二醇,也可提高纖維的吸濕性和抗靜電性能。

采用化學引發、熱引發、高能射線和紫外線輻照引發的接枝于纖維表面,可有效地改善合成纖維的吸濕性,且親水性單體的用量遠少于其他方法,耐久性好。此類抗靜電纖維仍以提高纖維的親水性來加速電荷的泄漏,故在相對濕度低于40%的干燥環境中,纖維的抗靜電性能將受損失。

4.2 生產抗靜電紗線 在紡紗中混入少量的導電短纖維,可以生產抗靜電紗線,同時可以減少甚至消除紡紗過程中存在的靜電問題；紡紗時使用普通紡織纖維作為主體纖維,其中混入少量的導電纖維；導電纖維混入量的多少根據產品的最終用途及成本決定。大量實驗表明,紗線中混入少量(百分之幾)的有機導電纖維后,紗線的電阻率會有明顯降低(導電性有大幅度提高)。

4.2.1導電纖維

導電纖維包括金屬纖維、鍍金屬纖維和有機導電纖維；應用較為廣泛的金屬纖維主要是不銹鋼纖維,其制造方法主要是線材拉伸法、熔融紡絲法、切削法等。不銹鋼纖維具有較佳的導電性能和機械性能,但是對于紡織加工而言,金屬纖維抱合力小,紡紗性能較差,而且制成高細度時的價格昂貴,所以除一些特殊要求的場合,在開發抗靜電產品時金屬纖維的使用還不夠廣泛。鍍金屬纖維是在普通纖維表面涂敷金屬層以提高抗靜電效果,其成本比金屬纖維有大幅下降,但不耐洗滌,且手感較差。目前,用來開發抗靜電混紡紗多采用有機導電纖維。    有機導電纖維是以普通成纖高聚物為基體，以被覆或復合方式添加導電物質的導電纖維。目前使用的有機導電纖維主要是尼龍基、滌綸基和腈綸基,導電物質有碳和金屬化合物兩種。其中碳導電物制成的纖維為深色(黑色、灰色),金屬化合物為導電物的纖維為白色,后者導電性稍差,但是利于后道整理工序的加工(染色等)。

4.2.2紡紗工藝流程

由于導電纖維成本較高,混入比例小,一般采用手工開松的形式；為使混合均勻,按照預先計算并稱量好的重量將導電纖維和主體纖維同時喂入梳理機,經多道梳理工序；另外,所選用的導電纖維應盡量與主體纖維的材質一致?；旒彽墓に嚵鞒虨椋菏崦?一道)→梳棉(二道)→頭并→二并→三并→粗紗→細紗→絡筒。4.3 織造時嵌入導電長絲或抗靜電紗線 開發抗靜電紡織品除了在原料上進行改進之外,還可以在織物上機織造時,將導電長絲(或導電纖維復合紗線)以一定間距嵌入織物；可以沿經向或緯向嵌入,也可以同時沿經向和緯向嵌入形成網格狀。經大量的實驗證明,不管以哪種方式嵌入導電絲,織物的抗靜電效果均有明顯的改善,但是以網格形式嵌入導電絲或抗靜電紗時效果最佳。而且織物的抗靜電性能都隨嵌入導電絲間距的增加而減弱。導電絲嵌入間距(或織物中導電纖維的含量)應根據抗靜電產品的最終用途及對導電性能要求來決定。

由于導電纖維價格較高,制成織物成本較高,在設計時應考慮到使用最少的導電纖維獲得最佳的抗靜電性能?？梢酝ㄟ^對各影響因素(導電絲間距、織物密度等)進行最優化分析,得到滿足產品使用要求的最佳嵌入間距(導電纖維含量)。另外,由于使用的導電長絲大多為黑色,在設計織物組織時,應盡量使導電絲的經組織點隱藏在基礎組織經組織點下面,以保證正面的織物組織結構不被破壞。而在織物反面,使導電絲盡量顯露在織物表面,以利于放電。

4.4 用抗靜電劑對織物進行后整理

抗靜電劑是施加到纖維或織物表面，增加其表面的親水吸濕性，以防止靜電在纖維上積聚的化學助劑；采用親水性物質處理疏水性的合成纖維可以提高纖維表面的吸濕性，在纖維表面形成具有電導性的離子層使纖維表面比電阻大大降低，從而達到防靜電效果。表面活性劑及其它親水性物質可以作為纖維的抗靜電劑。

紡絲油劑主要采用表面活性劑作為抗靜電劑，尤其是陰離子型表面活性劑；在織物后整理中陽離子型抗靜電劑以其很好的抗靜電效果、優良的柔軟和殺菌作用而得到了廣泛應用；近年來，含氟、含硅和高分子類的特殊表面活性劑也發展成為抗靜電劑。為了適應纖維工業抗靜電和耐洗滌的需要，人們還發展了一類與纖維表面結合牢固不易逸散、耐磨和耐洗滌的耐久性抗靜電劑。它們可以在纖維的表面形成堅韌的有較強附著力的附著層，所以耐摩擦、耐洗滌和耐熱，也不向內部遷移，抗靜電性能持久。

4.4.1抗靜電劑的類型

4.4.1.1暫時性抗靜電劑

多用于合成纖維的紡絲、紡紗、織造目前工業上應用的暫時性抗靜電劑主要是一些表面活性劑，由于離子型表面活性劑可以直接利用自身的離子導電性消除靜電，所以目前應用最多。

※ 陰離子表面活性劑

包括烷基磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸衍生物、高級脂肪酸鹽、羧酸鹽及聚合型陰離子抗靜電劑等；以烷基苯酚聚氧乙烯醚硫酸酯和烷基磷酸酯的效果最好。烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉除了具有抗靜電效果外，還有優良的乳化分散作用，但從環保的角度它又受到了限制。烷基磷酸酯類抗靜電劑的水溶性和抗靜電效果良好，起泡性小，具有良好的耐熱性、耐酸堿性能。烷基磷酸酯和環氧乙烷縮合可以進一步增強其抗靜電性能。

※ 陽離子表面活性劑

陽離子表面活性劑是抗靜電劑的大類品種，在低濃度時就具有優良的抗靜電性能；由于大多數高分子材料都帶有負電荷，因此陽離子表面活性劑是較為有效的抗靜電劑。與陰離子型抗靜電劑相比，陽離子型抗靜電劑的耐洗性較好、柔軟性和平滑性優良，還有良好的殺菌性能。缺點是能使染料變色、耐曬牢度降低且不能和陰離子型助劑、染料、增白劑同浴使用。用作抗靜電劑的陽離子表面活性劑主要為季銨鹽型，代表性產品有抗靜電劑TM和抗靜電劑SN。

※ 兩性表面活性劑

這是一類優良的抗靜電劑，能在纖維表面形成定向吸附層，從而提高纖維表面電導率以達到抗靜電目的；主要有氨基酸型、甜菜堿型、咪唑啉型。其中以甜菜堿型最為有效，對染色的影響也小，如BS12 (十二烷基甜菜堿)不僅具有良好的抗靜電性、柔軟性，還有良好的去污力和鈣皂分散性。而烷基咪唑啉甜菜堿型產品由于對皮膚刺激性小，抗靜電性和柔軟性好，常用于織物后整理。

※ 非離子表面活性劑

非離子表面活性劑有多元醇類和聚氧乙烯醚類二大類，它們可以吸附在纖維表面形成吸附層，使纖維與摩擦物體的表面距離增加，減少了纖維表面的摩擦，使起電量降低。另外，非離子表面活性劑中的羥基和氧乙烯基能與水形成氫鍵，增加了纖維的吸濕，提高含水量而降低了纖維表面電阻，從而使靜電易于消除。非離子表面活性劑毒性小，對皮膚無刺激性，使用廣泛，主要用作合纖油劑，常與離子型抗靜電劑拼用，兼有潤濕、乳化和抗靜電作用。

※ 有機硅表面活性劑

目前有機硅抗靜電劑常見的有聚醚型改性硅氧烷。乙酰氧基封端的聚烯丙基聚氧乙烯醚與聚甲基氫硅氧烷加成形成的高分子抗靜電劑用于錦綸、滌綸的抗靜電整理，效果極好。

※ 有機氟表面活性劑

具有表面張力低、耐熱、耐化學品、憎油和潤滑性好等特點，抗靜電性能比烴類化合物大得多，但價格昂貴。

※ 高分子類型

高分子型抗靜電劑具有耐熱性好的特點；低聚苯乙烯磺酸鈉，聚乙烯磺酸鈉，聚乙烯芐基三甲基季銨鹽等都可用作抗靜電劑。聚2甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨對丙綸纖維有很強的結合力，用它處理過的丙綸地毯具有優良的抗靜電性能。

4.4.1.2耐久性抗靜電劑

耐久性抗靜電劑多用于織物成品后整理，其種類有：

※ 聚胺類

以聚氧乙烯鏈為主鏈的聚胺型化合物，是最早應用的耐久性抗靜電劑。如多乙烯多胺與聚乙二醇反應而得的抗靜電劑XFZ0₃，可用作腈綸和滌綸等合成纖維的抗靜電劑，它的抗靜電性由親水性聚醚產生，耐洗性則源于較高的相對分子質量與反應性基團。

※ 聚酯聚醚類

它是對苯二甲酸、乙二醇、聚乙二醇的嵌段共聚物，基本結構和滌綸相似。聚酯鏈段與滌綸分子結構相同，熱處理后形成共晶，結成長鏈，也使耐洗性大大提高，且分子鏈段越長，分子量越大，耐洗性越好。這種抗靜電劑可廣泛用于各種化纖織物、絲、毛織物及各種混紡織物，具有優良的抗靜電和柔軟效果。

※ 聚丙烯酸酯類

丙烯酸(或甲基丙烯酸)和丙烯酸酯與親水性單體的共聚物能在纖維表面形成陰離子型親水性薄膜。由于分子中有親水性很強的羧基，所以抗靜電效果很好，耐洗性也不錯，特別適用于滌綸。

※ 三嗪類

以三聚氰胺為骨架，接上聚酯、聚醚基團，具有良好的抗靜電性和耐洗性，適用于滌綸、腈綸等合成纖維。

※ 聚氨酯型抗靜電劑

基本結構為NHCOO(EO)NCONHR，其中聚醚鏈段和酰胺鏈段都是很好的吸濕抗靜電基團。聚氨酯型抗靜電劑常與其它類型的抗靜電劑并用，以獲得更好的效果。

※ 交聯性抗靜電體系

含有羥基或氨基的非耐久性抗靜電劑與多官能度交聯劑反應，生成線性或三維網狀結構的不溶性高聚物，覆蓋在纖維表面，可以提高耐洗性。常用交聯劑有HMM(六羥甲基三聚氰胺)和TMPT(三甲氧基丙酰三嗪)。選擇合適的交聯劑與抗靜電劑的比例可以得到極好的耐久性抗靜電性能。

※ 殼聚糖

殼聚糖作為滌綸織物的抗靜電劑，抗靜電效果良好，在交聯劑、催化劑存在下經焙烘可獲得較為耐久的抗靜電效果。利用丙二酸的交聯，可在殼聚糖和滌綸纖維之間形成穩定的化學鍵，焙烘后的滌綸織物的拉伸強度因殼聚糖交聯而提高，處理后的織物靜電壓降低到未處理織物的1/10，因此殼聚糖對滌綸織物的抗靜電整理是有效的。

4.4.1.3紡織（織物）抗靜電整理

抗靜電整理的方法較多,目前主要有三種：

※ 助劑吸咐固著法

※ 表面接枝聚合法

※ 低溫等離子體表面處理法

由于后兩種方法需要較多的特種引發劑或高能射線或用等離子體處理等,工藝繁復,操作復雜,因此一般采用第一種方法；由于抗靜電方法較為簡單,因此成品價格也較為便宜而廣泛應用。它可在后整理中進行抗靜電加工,也可在染色過程中進行同浴處理,均能獲得理想的效果。

用表面活性劑直接對織物表面進抗靜電處理的方法始于上世紀50年代,這種方法適合于各種纖維材料。所用抗靜電劑大多數是結構與被整理的纖維相似的高分子物,經過浸、軋、焙烘而粘附在合成纖維或其織物上。這些高分子物是親水的,因此涂覆在表面上可通過吸濕而增加纖維的導電,使纖維不至于積聚較多的靜電荷而造成危害。這種方法除使織物具有抗靜電效果外,處理后的織物還具有吸濕、防污、不吸塵等功能。其浸軋工藝流程為:織物→浸軋抗靜電整理劑(二浸二軋)→預烘(105～115℃)→熱處理焙烘(150～160℃,2～3min)→拉幅整理→成品。