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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(chǎn)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(huán)境下不表現(xiàn)出抗靜電性能;炭黑復(fù)合導(dǎo)電纖維的應(yīng)用,使紡織品抗靜電,經(jīng)久耐用,不受環(huán)境濕度的影響,但由于炭黑復(fù)合導(dǎo)電纖維為灰黑色,不適合用于淺色紡織品,其應(yīng)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(huán)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(guī)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(lián)劑NDZ一311W,聚丙烯酸酯低溫自交聯(lián)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(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后的納米ATO分散液中(45℃,30min,浴比1:50)→二浸二軋→預(yù)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99%)→預(yù)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(shù)條1 cm寬的樣品,于恒溫恒濕環(huán)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(tài)。
對工藝進行驗證,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(huán)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(xù)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(huán)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(huán)境濕度的降低而升高,說明其導(dǎo)電機理不同于表面活性劑TM的離子導(dǎo)電或吸濕導(dǎo)電。ATO是一種無機納米粉體,晶格的氧缺位和5價Sb雜質(zhì)在SnO2禁帶形成施主能級并向?qū)峁﹏型載流子是ATO導(dǎo)電的兩種主要機理。納米ATO粉體作為導(dǎo)電填料加入到纖維中,首先形成導(dǎo)電通路,隨導(dǎo)電粉末添加量的增加,導(dǎo)電粒子間距離縮短,當達到十分接近或全接觸狀態(tài)后形成大量的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道,使材料的導(dǎo)電性提高。由此可見,納米ATO粉體整理滌綸織物屬于電子導(dǎo)電,纖維內(nèi)部的自由電子因自由流動而具有導(dǎo)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(dǎo)電性能。而ATO整理滌綸的抗靜電性受環(huán)境濕度的影響小。
結(jié)合ATO的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn):Sb離子的摻雜是一種施主雜質(zhì),當Sb5+以替代形式占據(jù)Sn4+的位置時,由于不符合化學計量比,產(chǎn)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(dǎo)體性質(zhì),從而使導(dǎo)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(dǎo)電所致,而電子導(dǎo)電與外界環(huán)境空氣濕度無關(guān)。
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(zhì)量濃度的影響顯著。
整理工藝:納米ATO質(zhì)量濃度為100g/L,粘合劑質(zhì)量濃度為20g/L,軋液率為99%。納米ATO粉體整理滌綸織物的抗靜電性主要是電子導(dǎo)電所致,其不受環(huán)境濕度影響。