一种高抗静电涤纶纤维及其制备方法与流程

本发明涉及涤纶纤维，具体为一种高抗静电涤纶纤维及其制备方法。

背景技术：

1、涤纶纤维具有强度高、耐磨性好、尺寸稳定和易于加工等特点，广泛应用于服装、家纺及产业用纺织品。涤纶的主要成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯，其分子链排列较为规整，结晶区比例较高，纤维表面又缺少能够吸附水分或传递电荷的极性基团，因此纤维的导电能力较弱。涤纶纤维在纺纱、织造或使用过程中受到摩擦后，产生的电荷不易及时释放，容易出现吸附灰尘、织物贴附、放电刺痛以及加工飞花等问题；在空气湿度较低的环境中，这种静电积累现象更为明显。

2、在涤纶内部引入离子基团或聚醚链段，可以提高纤维对水分和电荷载流子的容纳能力，使纤维内部具备一定的电荷迁移条件。但是，涤纶仍需经过熔融纺丝、牵伸和热定型等加工过程，改性组分的加入量受到熔体黏度、结晶性能和可纺性的限制。当改性组分含量较低时，纤维内部形成的电荷迁移区域容易呈分散状态；当其含量过高时，又可能影响聚酯熔体的稳定性及纤维成形质量。因此，仅依靠纤维内部的亲水离子结构，难以兼顾纺丝加工性能和低湿环境下的抗静电能力。

3、在纤维表面构建亲水性离子层，能够增加纤维与环境水分的接触，并有利于表面电荷的扩散。然而，表面改性层的作用范围主要集中在纤维外层，其电荷传递能力容易受环境湿度影响。当空气湿度下降时，纤维内部亲水链段与表面离子层所结合的水分减少，二者之间的界面区域可能首先失去连续的水合状态，使纤维内部的电荷迁移通道与表面的电荷释放通道不能有效衔接。此时，即使纤维内部和表面分别具备抗静电结构，也难以充分发挥协同作用。

4、因此，本发明所要解决的技术问题是在保证涤纶共聚酯能够正常进行熔融纺丝、牵伸和热定型的前提下，如何使纤维内部的离子—聚醚电荷迁移区域与纤维表面的亲水离子层形成连续、稳定的电荷耗散通路，降低低湿条件下因界面水合状态减弱而造成的通路中断，从而获得兼具加工稳定性、低湿抗静电性和抗静电持久性的涤纶纤维。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高抗静电涤纶纤维及其制备方法，以解决上述背景技术提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高抗静电涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）在钛酸四异丙酯存在下，将间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠与部分乙二醇进行预酯交换，并将对苯二甲酸二甲酯与其余乙二醇进行酯交换；将所得预酯交换产物、聚乙二醇和季戊四醇加入所得酯交换产物中进行缩聚，所得共聚酯经熔融纺丝、牵伸和热定型，得到涤纶基体纤维；

5、（2）将二苯甲酮负载于所述涤纶基体纤维表面，使负载后的涤纶基体纤维与含n-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺和n,n′-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液接触，并在氮气保护下进行紫外光照射，在纤维表面形成含叔胺基的接枝层；洗涤后，使所述接枝层中的叔胺基与3-氯-2-羟基丙磺酸钠进行季铵化反应，得到表面接枝纤维；

6、（3）将埃洛石纳米管分散于水中，加入甲酸钾，并对所得水分散液进行真空—复压处理；采用处理后的水分散液对所述表面接枝纤维进行浸渍和轧液处理，随后干燥及热处理，且热处理后不进行水洗，得到所述高抗静电涤纶纤维。

7、作为优选，步骤（1）中，以对苯二甲酸二甲酯和间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的总物质的量为100mol%计，所述对苯二甲酸二甲酯的用量为98.8～99.2mol%，所述间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的用量为0.8～1.2mol%；乙二醇与对苯二甲酸二甲酯和间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠总量的摩尔比为1.55～1.65∶1；

8、所述聚乙二醇的数均分子量为1800～2200，其用量为共聚酯理论产量的6.0～8.0wt%；所述季戊四醇的用量为共聚酯理论产量的200～300ppm；所述钛酸四异丙酯的用量按钛元素质量计为共聚酯理论产量的8～12ppm；

9、步骤（1）中还加入共聚酯理论产量0.08～0.12wt%的抗氧剂1010。

10、作为优选，步骤（1）中，将间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠与所述部分乙二醇按照1∶8～10的摩尔比混合，加入部分钛酸四异丙酯，在氮气保护下于110～120℃脱水30～60min，再于180～185℃进行预酯交换1.5～2.5h；将对苯二甲酸二甲酯、所述其余乙二醇和其余钛酸四异丙酯在氮气保护下于190～210℃进行酯交换，直至甲醇馏出量达到理论馏出量的95%以上。

11、作为优选，步骤（1）中，将所述预酯交换产物、预先脱水的聚乙二醇、季戊四醇和抗氧剂1010加入所述酯交换产物中，于230～245℃混合20～30min，随后逐步降低反应压力，并于255～260℃、30～80pa下进行缩聚；

12、将所得共聚酯于95～110℃干燥至含水量不高于100ppm，在高于所述共聚酯熔点15～25℃的温度下进行熔融纺丝，控制熔体高温停留时间不超过6min，并采用过滤精度为20μm的过滤组件进行过滤；所得初生纤维于80～90℃牵伸3.0～3.4倍，并于130～145℃热定型。

13、作为优选，步骤（2）中，将除去油剂并干燥后的涤纶基体纤维浸入质量浓度为0.3～0.8%的二苯甲酮乙醇溶液中，控制带液率为70～90%，随后在不高于50℃的温度下除去乙醇。

14、作为优选，步骤（2）中，所述水溶液中n-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺的质量浓度为6～10%，n,n′-亚甲基双丙烯酰胺的物质的量占n-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺与n,n′-亚甲基双丙烯酰胺总物质的量的0.5～1.0%；

15、所述水溶液经通入氮气脱氧15～25min后浸轧至负载有二苯甲酮的涤纶基体纤维上，控制带液率为90～110%，随后在氮气保护下采用波长为350～370nm、辐照强度为10～20mw/cm2的紫外光照射8～15min，并控制纤维温度不高于45℃；紫外光照射后进行水洗并干燥至恒重，经水洗并干燥后的纤维相对于接枝前干纤维的质量增量百分比为2～4%。

16、作为优选，步骤（2）中，所述3-氯-2-羟基丙磺酸钠的物质的量为所述接枝层中叔胺基物质的量的1.3～2.0倍；

17、将所述3-氯-2-羟基丙磺酸钠配制成质量浓度为6%的水溶液，调节所述水溶液的ph为7.5～8.8，将其浸轧至具有所述接枝层的纤维上，采用密封保湿方式于78～80℃反应6h；

18、反应结束后采用40～50℃的去离子水洗涤至末次洗液的氯离子检验呈阴性，并于60～70℃干燥。

19、作为优选，步骤（3）中，以所述水分散液的总质量为100份计，所述埃洛石纳米管为0.7～1.2份，所述甲酸钾为0.2～0.4份，余量为去离子水；

20、所述埃洛石纳米管的外径为40～70nm、长度为0.3～1.0μm；

21、将所述埃洛石纳米管加入去离子水中，于25～30℃、4000～6000r/min下剪切分散15～25min，使分散后团聚体的体积粒径d90不大于1.5μm，再加入甲酸钾并继续搅拌10min；

22、随后抽真空至表压为-0.085～-0.075mpa并保持5min，再恢复常压并保持10min，所述抽真空及恢复常压的过程共进行2个循环。

23、作为优选，步骤（3）中，所述水分散液在配制完成后1h内使用，并在使用过程中保持搅拌；

24、将所述表面接枝纤维在所述水分散液中浸渍15min，再采用二浸二轧方式控制纤维带液率为75～85%，随后于80℃干燥8min，并于110℃热处理90s；热处理后不进行水洗，且不再进行温度不低于167℃的热处理。

25、一种高抗静电涤纶纤维，由上述的方法制备得到。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1、通过在涤纶共聚酯中同时设置磺酸钠基团、聚醚链段和少量支化节点，使纤维内部形成分散且相互接近的亲水离子区域。磺酸钠基团能够提供稳定的离子位点，聚乙二醇链段中的醚氧结构有利于吸附和保持少量水分，并可提高非晶区链段的活动能力，使电荷能够借助水合离子和极性链段逐步迁移。季戊四醇形成的少量支化节点则有助于调节共聚酯的链段排列和熔体强度，避免亲水组分过度集中。由此，在不过度降低共聚酯可纺性和纤维力学性能的情况下，纤维内部具备较为稳定的电荷迁移基础。

28、2、通过在纤维表面构建含磺基甜菜碱基团的交联接枝层，提高了纤维最外层对摩擦电荷的接收和扩散能力。磺基甜菜碱基团同时含有季铵阳离子和磺酸根阴离子，具有较强的水合作用，能够在纤维表面形成极薄的水合离子层，使局部积累的电荷沿纤维表面扩散。接枝层中的交联结构可以限制亲水链段的过度溶胀和迁移，使离子基团较为均匀地保持在纤维表面。因此，该表面结构不仅能够降低电荷在摩擦位置的集中程度，还能够与纤维内部的亲水离子区域共同承担电荷耗散作用。

29、3、在环境湿度较低时，纤维内部亲水离子区域与表面磺基甜菜碱接枝层之间的界面首先失水，原本依靠水合微区衔接的电荷迁移通路容易在该界面处出现间断，导致内部改性结构和表面改性结构虽各自具有抗静电作用，却不能充分形成连续的协同耗散通路。为解决这一问题，本发明在表面接枝处理后引入埃洛石纳米管和甲酸钾。埃洛石纳米管本身并非导电填料，其作用主要是利用管腔、颗粒间毛细空间以及表面极性位点构成分散的储水载体和空间支撑结构。对含埃洛石纳米管和甲酸钾的水分散液实施真空—复压处理时，管腔中的部分空气被排出，恢复常压后，含甲酸钾的水相能够更充分地进入管腔和毛细空间；经浸轧和低温干燥后，甲酸钾以较分散的状态保留在埃洛石纳米管的管腔、表面及颗粒间隙中。甲酸钾具有较好的水溶性和吸湿性，在低湿条件下仍可帮助这些微小区域保留一定水分，并在所保留的水相中提供可迁移的钾离子和甲酸根离子。埃洛石纳米管由此抑制甲酸钾在干燥过程中发生大范围迁移和局部富集，甲酸钾则使埃洛石纳米管周围的毛细微区不易完全失去水合状态。二者共同形成多个分散的“储水—载离子”微区，填补纤维内部电荷迁移区域与表面接枝层之间容易失水的界面位置，使电荷能够由纤维内部逐步传递至表面，再沿表面水合离子层扩散，从而在不依赖埃洛石纳米管自身导电的情况下，提高低湿环境中电荷耗散通路的连续性和稳定性。