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納米ATO整理滌綸的抗靜電性研究及應用
- 2020-08-05-

    滌綸面料具有挺括、懸垂、不易起皺、不縮水等特點,廣受消費者喜愛。但是,聚酯大分子沒有親水基團,分子堆積緊密,容易產生靜電積聚,危害極大。因此,滌綸織物的抗靜電整理越來越受到人們的重視。為了提高纖維或織物的吸濕性和降低電阻率,通常采用表面活性劑對纖維或織物進行整理。但其抗靜電效果和耐久性較差,在低濕度環境下不表現出抗靜電性能;炭黑復合導電纖維的應用,使紡織品抗靜電效果顯著,經久耐用,不受環境濕度的影響,但由于炭黑復合導電纖維為灰黑色,不適合用于淺色紡織品,其應用范圍受到限制。

    分別采用納米ATO粉體和季銨鹽陽離子表面活性劑TM對滌綸織物進行整理,比較了其在低濕度環境下的抗靜電性能,分析了ATO整理滌綸織物的抗靜電機理。

    1實驗 

    1.1材料與儀器 

    織物:純滌綸低彈牛津布,規格:300 Dx300 Dx224根/10 cmx164根/10 cm。 

    化學試劑:納米ATO粉體抗靜電劑TM(季銨鹽型陽離子表面活性劑),鈦酸酯偶聯劑NDZ一311W,聚丙烯酸酯低溫自交聯劑(粘合劑)。 

    儀器:TH2681型絕緣電阻測試儀,多功能表面電子能譜儀,Rapid型軋車等。 

    1.2整理工藝 

    納米ATO粉體整理:將織物浸漬在經鈦酸酯偶聯劑處理后的納米ATO分散液中(45℃,30min,浴比1:50)→二浸二軋→預烘(80℃,5min)→焙烘(120℃,4min)。 

    表面活性劑TM整理:浸漬(TM 40g/L,45℃,浴比1:50,30min)→二浸二軋(軋液率100%)→預烘(120℃,4min)→焙烘(180℃,30 s)。 

    1.3測試 

    表面比電阻:將整理滌綸織物剪成數條1 cm寬的樣品,于恒溫恒濕環境下(20℃,濕度70%)平衡12 h以上,用絕緣電阻測試儀測試電阻值,取20次值的平均值,得出整理滌綸織物的表面比電阻值。當織物的表面比電阻值<1011具有抗靜電作用。 

    XPS測試:利用x射線光電子能譜(XPS)測試分析ATO粉體以及ATO整理滌綸織物表層中元素的組成與價態。 

    對最優工藝進行驗證,測得整理織物的表面比電阻值為9.28x109Ω,小于正交實驗最小的表面比電阻值1.03x1010Ω。 

    2.52x1010Ω,而抗靜電劑TM整理滌綸織物的表面比電阻值為3.08x1010Ω由此可見,抗靜電劑整理滌綸織物的抗靜電性能對環境濕度有很大依賴性,原因是: 

    (1)纖維上定向排列的親水基吸水減少,無法形連續的濕膜; 

    (2)即使是離子型表面活性劑也需在一定濕度下才能電離出離子。因此,當環境濕度下降時,織物的吸濕性下降,不利于靜電荷的逸散。ATO整理滌綸織物在干燥4 d后,表面比電阻不再隨外界環境濕度的降低而升高,說明其導電機理不同于表面活性劑TM的離子導電或吸濕導電。ATO是一種無機納米粉體,晶格的氧缺位和5價Sb雜質在SnO2禁帶形成施主能級并向導帶提供n型載流子是ATO導電的兩種主要機理。納米ATO粉體作為導電填料加入到纖維中,首先形成導電通路,隨導電粉末添加量的增加,導電粒子間距離縮短,當達到十分接近或全接觸狀態后形成大量的導電網絡通道,使材料的導電性提高。由此可見,納米ATO粉體整理滌綸織物屬于電子導電,纖維內部的自由電子因自由流動而具有導電性,因此,其無濕度依賴性,即使在低濕度條件下也能保持良好的導電性能。而ATO整理滌綸的抗靜電性受環境濕度的影響小。 

    結合ATO的結構可以發現:Sb離子的摻雜是一種施主雜質,當Sb5+以替代形式占據Sn4+的位置時,由于不符合化學計量比,產生多余電子,這種電子受到的束縛作用相當弱,能夠在晶體中自由運動,從而形成自由載流子,使SnO2具有n-型半導體性質,從而使導電性增大。 

    由此可見,ATO粉體整理滌綸織物的抗靜電性主要是由電子導電所致,而電子導電與外界環境空氣濕度無關。 

    采用納米ATO粉體對滌綸織物進行后整理可提高織物的抗靜電性能。在抗靜電整理的過程中,納米ATO質量濃度的影響最為顯著。 

    最優整理工藝:納米ATO質量濃度為100g/L,粘合劑質量濃度為20g/L,軋液率為100%。納米ATO粉體整理滌綸織物的抗靜電性主要是電子導電所致,其不受環境濕度影響。 

    

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