[发明专利]降静电纤维及其制备方法

说明书

从广义上讲，本发明涉及纤维，优选导电纤维。从另一个广义的角度讲，本发明涉及一种包含导电粒子的导电聚合物基质。

许多的物质和方法已经得到公开并且用于防止静电放电。防静电的和导电的物质对此类用途是有用的。本文中，“非导电体”这个词指的是面电阻率大于10¹¹Ω/sqr的物质；“防静电体”这个词指的是面电阻率界于10⁴～10¹¹Ω/sqr的物质；“高导电体”这个词指的是面电阻率界于10⁰～10⁴Ω/sqr的物质；“导电体”这个词指的是面电阻率界于10⁰～10¹¹Ω/sqr的物质。导电有机聚合物的应用是已知的。但是，现有技术的导电有机聚合物物质和方法的缺陷之一是其缺乏稳定性。环境条件比如温度、湿度和空气氧化对导电聚合物的稳定性的影响见Munstedt.H.，“Aging of Electrically Conducting OrganicMaterials”，Polymer，Vol.29，pp.296～302(February，1998)。特别地，普通的聚合物膜体和表面处理纤维受到其热稳定性、耐化学品性和机械摩擦性能的限制。因此，技术中已经寻求了一些物质以及一些制备对环境稳定的低电阻率物质的方法。

一般地，本发明旨在一些防静电物质以及制备这些物质的方法，优选高导电物质。比如，多种的防静电和高导电纤维、织物和膜体都可按照本发明进行制备。从广义的角度讲，这些物质包括导电粒子比如导电碳，其可随后利用导电聚合物相进行处理以形成一种互穿网络。优选地，希望导电粒子与导电聚合物以导电的方式接触，并甚至可能在一定程度上呈物理接触。已发现，如果将其成型为以提供导电聚合物的互穿相，此类含有物质的导电聚合物的环境耐久性或稳定性可以大大改进。比如，这些纤维丝束可能具有电阻率约为10²～10⁴Ω/sqr，加上其对热和某些化学品的经证实的耐候性，如下面所述。

本发明一方面包括一种具有一个或多个非导电成纤聚合物组分的纤维。这些纤维组分中的每一个都包括至少一个的聚合物，而同一个聚合物也可能含于多于一个的组分中。比如如下所述，双组分纤维可在两个组分中提供有聚丙烯腈。纤维组分中的至少一个是导电性的，并除了非导电成纤聚合物之外包括导电粒子和一种导电聚合物。导电粒子应该至少是存在于导电组分之中，而其含量足以降低该组分的电阻率，达到至少是防静电的水平并优选达到“高导电的水平”。有效量的导电聚合物也必须与导电粒子一起存在于此组分之中。导电聚合物可以包括聚吡咯，导电粒子可以包括碳，而非导电成纤聚合物组分可以包括聚丙烯腈或丙烯腈共聚物。

此导电纤维组分可包含约15wt％～约50wt％的导电粒子和约50wt％～85wt％的聚合物。虽然粒子在此导电纤维组分中可占约15wt％～50wt％，但是其也可以是只占总体纤维相当小的份额，比如低至约5wt％，或者在某些应用中甚至更低。

导电聚合物可填嵌于导电纤维组分的至少一部分之中。优选地，填嵌的导电聚合物在纤维中原位形成。导电聚合物可散布于纤维的至少一部分当中，在纤维中形成圆环或同心环。“同心”这个词既可指圆形又可指非圆形横截面的纤维，并可与“圆环”互用。导电聚合物也可以散布于纤维表面层之下导电粒子的至少一部分之中。优选地，导电聚合物具有共扼的不饱和主链，而更优选的是聚吡咯或聚苯胺，或者与聚吡咯或聚苯胺的综合物理性能及导电性能相同的任何聚合物。聚吡咯是本发明最优选的导电聚合物，并优选以原位形成的方式引入到纤维、膜体或其它的聚合物基质中。

另一方面，此纤维可制备自一种聚合物互穿网络，具有散布于非导电聚合物中的包括导电粒子的主聚合物相，以及互穿入主相的次聚合物相，其包含一种导电聚合物，此导电聚合物的含量足以降低纤维的电阻率。

补充来讲，纤维可以包括至少三个的组分，第一组分是非导电性的；第二组分是导电性的，有足够量的导电粒子散布其中；第三组分形成聚合物互穿网络的次相，其具有包括至少是第二组分，或者是第一和第二组分共担的主相。