[发明专利]一种由双组分纳米导电剂制备抗静电聚丙烯腈纤维的方法无效

专利信息
申请号: 201110429645.3 申请日: 2011-12-20
公开(公告)号: CN102409422A 公开(公告)日: 2012-04-11
发明(设计)人: 潘玮;张慧勤;陈燕;刘红燕;张启;李爱梅 申请(专利权)人: 中原工学院
主分类号: D01F6/54 分类号: D01F6/54;D01F1/09
代理公司: 郑州中原专利事务所有限公司 41109 代理人: 张绍琳
地址: 451191 河南省*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 一种 组分 纳米 导电 制备 抗静电 聚丙烯 纤维 方法
【说明书】:

技术领域

本发明技术属于抗静电纳米复合材料领域,特别涉及一种以纳米ATO及碳纳米管为复配组分的抗静电聚丙烯腈抗静电纤维及其制备方法。

背景技术

化学纤维自问世以来,以其许多天然纤维无法比拟的优良性能,得到了迅速发展,市场不断扩大。但同时,在生产和使用过程中也暴露出了它们存在的一个重要的共同特点,就是吸湿性差,在使用过程中易产生静电并由此给工业生产及人民生活带来危害,这使得对合成纤维的抗静电性能的研究越来越为人们所关注。

腈纶是一种应用广泛的化学纤维,质地蓬松,手感柔软,密度小,保暖性好,回弹性高,具有优异的耐光性、耐候性和较好的染色性,有人造羊毛之称,是羊毛的最佳替代品。目前其产量再合成纤维中仅次于聚酯纤维和聚酰胺纤维,位于第三位。但是由于它的疏水性和绝缘性,其静电现象严重。腈纶在加工过程中集束困难,与工件会发生缠绕,制成品易污染吸尘;穿着时因放电使人产生不舒适感。因此相关专业人员对腈纶的抗静电方法进行了大量的研究。

抗静电纤维的制备方法有许多种,随着研究的不断深入,根据制得纤维的最终性能和制备工艺,人们逐步淘汰了一些落后的制备方法。目前,制备到抗静电纤维的方法主要有三种:一是在纤维等纺织品表面用物理或化学方法使纤维表面形成金属镀层,这种方法由于形成的金属镀层往往使纤维的手感变得粗硬,难以进行纺织加工,且生产设备投资大,效率低,生产成本高;二是用化学方法在纤维表面形成半导体薄层,化学方法工艺较简单,对纤维的物理机械性能影响不大,导电性较好,但导电耐久性较差;三是把导电微粒混入纺丝熔体中,通过复合纺丝制成皮芯结构或海岛结构的导电纤维,用这种方法制得的纤维导电耐久性优良,且因加入导电粒子较少,不损害纤维的物理性能,因而受到广泛关注。但是,采用这种工艺制备抗静电纤维时,通常所使用的导电填料粒子尺寸多为μm级,并不具有纳米材料的特性,而且在成型加工过程中,往往会加重设备的损耗,不利于降低生产成本。因此,开发成本低、性能优良的导电纤维就显得尤为重要。

纳米掺锑二氧化锡(Antimony Doped Tin Oxide,简称ATO)是一种N型半导体材料。与传统的抗静电材料相比,纳米ATO导电粉体具有明显的优势,主要表现在良好的导电性,浅色透明性,良好的耐候性和稳定性以及低的红外发射率等方面,是一种极具发展潜力的新型多功能导电材料。近年来已经有研究者将纳米ATO导电粉用于制备抗静电晴纶纤维,如顾利霞等人采用纳米粉体ATO粉为抗静电剂,以聚乙烯亚胺(PEI)为分散剂,将纳米ATO稳定均匀地分散于去离子水中,并将该悬浮液作为聚丙烯腈纤维纺丝过程的预热浴,来改善PAN纤维的抗静电性(CN186991A)。

碳纳米管(CNTs) 是一维纳米材料,因其具有很高的力学强度、导电性和热性能而得到广泛的关注。由于CNTs 的直径与聚合物大分子尺寸在同一数量级,以CNTs 作为填料加入到聚合物中制备聚合物/CNT复合材料成为当今研究的热点。专利CN101250770A利用湿法纺丝技术,使用碳纳米管对尚处于凝胶态的晴纶初生纤维进行快速改性处理,获得抗静电晴纶纤维。专利CN101864015A将碳纳米管分散到离子液体中,然后将单体、引发剂加入其中聚合得到聚丙烯腈/碳纳米管复合材料原液,采用湿纺或干喷湿纺工艺制备聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维。专利CN101250770将碳纳米管(CNT) 和聚丙烯腈(PAN)分别分散和溶解于溶剂,通过溶液共混得到PAN/CNT纺丝溶液,该溶液经过湿法纺丝得到PAN/CNT纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可控电导率的聚丙烯腈抗静电纤维的制备方法。

本发明的技术方案是:一种由双组分纳米导电剂制备抗静电聚丙烯腈纤维,它的步骤如下:

(1)将纳米ATO和碳纳米管复配,纳米ATO和碳纳米管的质量比为1:1 ~ 100,制成双组分纳米导电剂,双组分纳米导电剂与聚丙烯腈及分散剂一起置于纺丝溶剂中充分搅拌,双组分纳米导电剂与聚丙烯的质量比为1:4 ~ 20,使聚丙烯腈溶解,得到共混溶液,然后在超声波分散的处理10min~150min,超声波分散功率为100W~1200W、分散频率为20kHz~120 kHz,最后经减压过滤、真空脱泡,制得共混纺丝原液;

(2)将共混纺丝原液经过过滤、计量泵后,通过喷丝孔挤入由纺丝溶剂和水组成的凝固浴,凝固浴中纺丝溶剂的质量分数为20~60%,采用循环浴保持凝固浴浓度稳定;拉伸在水溶液中进行,拉伸倍数为3~8。

所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种。

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