外用抗靜電劑在紡織加工中的應用

相東旭，楊小波，何文棟，楊宗約

（傳化智聯股份有限公司，浙江杭州 311215）

抗靜電劑種類多樣，在紡織、塑料、皮革、石油等行業都有廣泛應用。紡織品加工過程中，纖維受到拉伸、壓縮、熱風干燥、氣流摩擦、輻射及與異類纖維相互接觸和摩擦時，均會產生靜電[1]。

防止靜電主要從控制起電和電荷泄露兩方面著手。降低物體間的摩擦、提高環境濕度、使用外加抗靜電劑、材料表面親水性改性等方法都可減少靜電的產生，保證生產順利進行[2]。抗靜電劑一般由多種化工原料復合制備，具備增加布面親水性、減少纖維間摩擦、中和布面電荷等功能，從而減少或者消除纖維靜電。

1 耐久抗靜電劑

耐久抗靜電劑近年來加工訂單逐漸增多，一般要求水洗10次（水洗程序按GB/T 8629—2001 7A進行），半衰期小于5 s（抗靜電測試參照GB/T 12703.1—2008），有些客戶要求表面電阻小于1010Ω（參照AATCC 76—2011）。

1.1 聚氨酯抗靜電劑

聚氨酯本身抗靜電性能一般，甚至不具備抗靜電性能，但在合成過程中使用親水聚醚鏈段，加入咪唑及其衍生物、季銨鹽、脂肪胺等導電物質，抗靜電性能大大增強，高溫定型后，在紡織品表面交聯成膜，具耐洗性。

US4831098[3]中使用六亞甲基二異氰酸（HDI）與相對分子質量3 000 的甘油聚醚[m(EO)∶m(PO)=30∶70]反應制得氨基甲酸酯預聚物，加入2-二甲基乙醇胺后繼續反應，在分子結構中引入叔胺基，然后加入硫酸二乙酯進行季銨化反應，再加入咪唑封端。制備的聚氨酯具耐洗性，抗靜電性能優良。劉擁君[4]用聚乙二醇400 和乙酸反應制備出乙二酸改性聚乙二醇，再和2,4-二甲苯二異氰酸酯（TDI）反應，最后用亞硫酸氫鈉封端，整理液中加入滲透劑JFC、偶聯劑KH-560、羧甲基纖維素，整理后水洗15 次，滌綸織物電阻達到3.23×108Ω?cm。錢華等[5]使用異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI）、HDI、聚醚多元醇N330、二羥甲基丙酸、抗靜電劑TN、三乙胺制備出的耐久抗靜電劑交聯性好、黃變小、耐磨、安全無毒。US8017685B2[6]中使用己二酸改性聚酯多元醇（相對分子質量3 000）、1,4-丁二醇、二羥甲基丙酸、二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）、三乙胺（中和劑）、水合肼（后擴鏈劑）制備出聚氨酯抗靜電劑,洗前電阻小于109Ω?cm，洗后電阻小于1010Ω?cm，成品穿著舒服，無致敏反應。

1.2 聚丙烯酸酯抗靜電劑

聚丙烯酸酯抗靜電劑的研究較早，含有親水或導電性能的丙烯酸酯單體共聚形成大分子，整理后在纖維表面成膜，耐洗性良好。

US3717689[7]中使用甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGM）、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDM）、丙烯腈、N-羥甲基丙烯酸銨、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）等丙烯酸酯單體共聚形成導電大分子，整理化纖尤其是滌綸織物，耐洗性良好。US3864317[8]中用硫酸二乙酯對甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯進行陽離子化，然后與丙烯腈等單體聚合得到大分子，可賦予疏水織物耐久抗靜電效果。李效玉等[9]先用甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和正丁基溴合成陽離子聚合單體，以N-甲基-N-十六烷基嗎啉硫酸甲酯鹽為乳化劑，和苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲氧丙烯酰氧乙基自由基共聚制備一系列陽離子乳液，對滌綸仿真絲、人造棉、腈綸都有很好的抗靜電性能，但耐水洗性僅對人造棉有效。劉繼憲等[10]采用烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯（NPMA）、GMA溶液聚合制備耐久抗靜電劑，可使腈綸織物體積電導率下降5個數量級，水洗20次后體積電導率小于109Ω?cm；掃描電鏡顯示，抗靜電劑均勻涂覆纖維表面。劉繼憲等[11]又以脂肪醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、GMA、有機硅氧烷（K-5）制備了一種梳型分子結構抗靜電劑；使用時加入固化劑DM（上海試劑三廠），織物經浸漬烘干后具有很好的抗靜電性能，耐20次水洗，并可改善織物手感，加工性良好。

1.3 其他耐久抗靜電劑

科研工作者在耐久抗靜電劑上不斷探索，制備出不同結構的抗靜電劑，都有自己的特點和使用范圍。李明[12]先用丙烯酰胺、二甲胺、甲醛生成胺甲基化的丙烯酰胺，然后與硫酸二甲酯反應生成丙烯酰胺季銨鹽單體，再聚合制得陽離子高聚物水溶液，用于滌綸織物，皂洗15 次后半衰期1.7 s，具有極佳的耐洗性。汪青等[13]合成了離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，單獨使用抗靜電性能良好，但耐洗性差。與TiO2/SiO2水溶膠同浴整理后，耐洗性明顯提高。林修金等[14]以對苯二甲酸二甲酯、乙二醇、聚乙二醇、自制季銨鹽聚合體為原料，通過酯交換、縮聚等反應制得聚酯聚醚季銨鹽三元共聚多功能耐洗抗靜電劑DP-1007，應用于滌綸織物的抗靜電舒適整理；結果表明，整理后織物的抗靜電性明顯提升，親水性、易去污性能、手感均大幅提升，且耐洗性較好，浸軋法整理織物后，水洗10 次半衰期2.81 s，浸漬法水洗10 次后半衰期8.09 s。陳焜等[15]創造性地以超支化聚酯Boltorn H20（瑞典Perstorp 公司）、丙烯酰胺（AM）、縮水甘油三甲基氯化銨（GTA）、烯丙基縮水甘油醚（AGE）為原料，聚合制備一種超支化陽離子高分子抗靜電劑，應用于滌綸織物后，水洗10 次后半衰期小于0.56 s，具有優異的耐洗性和抗靜電效果，同時可提高斷裂強力，但透濕性下降。馮云生等[16]先用十六叔胺、氯乙醇、環氧氯丙烷、聚乙二醇合成聚醚型季銨鹽，再加入五氧化二磷進行磷酸化，制備出磷酸酯兩性表面活性劑，使用于滌綸織物，水洗50 次后半衰期低于0.75 s，具有很好的耐洗性。

2 暫時性抗靜電劑

化纖織物后整理加工一般需要高溫定型，為提高生產效率，車速很快，化纖與傳動裝置快速高溫摩擦時產生大量靜電，落布時布匹難打卷，甚至有啪啪的放電聲音，存在著極大的安全隱患。在加工整理液中添加抗靜電劑可以減弱或消除帶電現象，使生產順利進行。暫時性抗靜電劑一般很少單獨使用，經常和硅油、防水劑、增白劑等同浴使用，因此，減少對其他助劑性能的影響非常重要。

2.1 滌綸抗靜電劑

滌綸纖維使用最廣，抗靜電劑用量也最大。陽、非、陰、兩性表面活性劑對滌綸纖維或以滌綸為主的混紡纖維都有抗靜電效果。

王宇明等[17]使用十二烷基三甲基溴化銨和吐溫-80 作為抗靜電劑的主要成分，其中，十二烷基三甲基溴化銨可以中和滌綸纖維上的負電荷，還能在纖維表面形成憎水性油膜，降低摩擦系數。吐溫-80 本身具有一定的抗靜電效果，還具有良好的乳化性、耐熱性，可以進一步降低摩擦系數，使纖維具有良好的抱和集束性。兩者按一定比例復配可以達到很好的抗靜電效果。楊靜新等[18]介紹了脂肪醇磷酸鉀鹽和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸鉀鹽在滌綸織物上的應用。磷酸單酯鉀鹽的抗靜電性能優于雙酯，抗靜電成分以單酯為主，適當加入磷酸雙酯，因為磷酸雙酯的乳化性和平滑性好，兩者以適當比例混合可達到很好的抗靜電效果。滌綸紡絲油劑中使用十六烷基脂肪醇磷酸鉀鹽作為抗靜電劑，磷酸化反應一般生成單酯和雙酯的混合物，控制工藝可使單酯和雙酯的比例達到理想值。馬斌全等[19]介紹了聚二甲基二烯丙基氯化銨在聚酯纖維中應用，聚合物正電荷密度高，成本低廉，不影響染色牢度、撕裂強度和手感，抗靜電性能明顯優于十二烷基磷酸酯和N-甲基-N-十六烷基嗎啉硫酸甲酯鹽。王浩等[20]用五氧化二磷對正丁醇、正己醇、正辛醇、十二醇、十六醇、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）進行磷酸化，詳細探討原料配比和工藝對產物電導率的影響，認為短鏈脂肪醇磷酸酯抗靜電性能優于長鏈脂肪醇磷酸酯，在對滌綸短纖維進行整理后對比其電阻，電阻數值差1～2個數量級，且都小于1010Ω?cm。更重要的是，磷酸酯抗靜電劑解決了傳統季銨鹽(陽離子)抗靜電劑因為水洗不干凈，在滌綸堿減量過程中，起到堿減量促進劑的作用而對纖維過度刻蝕的現象。

2.2 尼龍抗靜電劑

尼龍織物在摩擦中帶正電，陽離子表面活性劑不適合，生產中一般使用陰離子或非離子抗靜電劑。

US4093775[21]中合成了6-羥己基全氟異丙基聚氧乙烯醚、2,2,3,4,4,4-六氟丁基聚氧乙烯醚，具有潤滑作用，用于尼龍織物，抗靜電性能明顯改善，明顯優于硬脂酸丁酯的抗靜電效果。孫宇清等[22]在錦綸紡絲POY 油劑中使用LBH400（脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鹽）、517PK（脂肪醇磷酸酯鉀鹽），發現含油低時，LBH400 性能優于517PK，而含油高時，517PK 最優。相東旭[23]合成異己醇聚氧乙烯醚（EO 為2）磷酸單酯鉀鹽，是一種新型結構抗靜電劑，應用在210T尼龍織物上，半衰期小于2 s，和硅油配伍性好，色變黃變小，對設備腐蝕小，綜合性能佳。

一般認為，尼龍纖維在摩擦中帶正電，陽離子表面活性劑在纖維表面吸附量小，抗靜電效果差，但使用中加入交聯劑，效果則另當別論。US4104443[24]中使用聚氧乙烯醚改性的季銨鹽、脂肪胺聚氧烯醚作為尼龍織物抗靜電劑，整理液中添加三聚氰胺甲醛樹脂或2D 樹脂（二羥甲基二羥基乙烯脲），整理后尼龍織物電阻為1.1×1010Ω?cm。這為尼龍抗靜電劑整理打開一條思路：使用交聯劑將抗靜電劑固定在織物上。聚氨酯類型的抗靜電劑具有交聯作用，適合在尼龍織物上使用，但成本較貴。

2.3 其他織物抗靜電劑

白洋等[25]選用滲透劑異構脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）、脂肪醇聚氧乙烯醚、白油（平滑劑）、抗靜電劑TF-481（傳化智聯有限公司）作為芳砜綸的紡絲油劑，按照m(TF-481)∶m(表面活性劑)∶m(白油)=4∶20∶80，經測試芳砜綸電阻降為27 MΩ?cm，同時,纖維與金屬間的動摩擦因數、纖維與纖維之間的靜摩擦因數和動摩擦因數之差（Δμ）總體最優；在實際紡紗過程中的表現和成紗性能也最優，與可紡性指標的測試結果一致。李永杰等[26]使用易去污整理劑DP-998B（張家港市德寶化工有限公司）、抗靜電劑S-010（青島先達精細化工有限公司）、柔軟劑SRS（諾威信和新材料有限公司）、抗靜電劑JY-9310（山東巨業精細化工有限公司）對全羊毛織物進行抗靜電整理，其中，非離子抗靜電劑S-010效果最好，半衰期小于2 s。田魏成[27]使用甲基丙烯酸二甲氨乙酯與α,α'-二氯對二甲苯合成一種Gemini季銨鹽IDMA，結合（2-羧乙基）膦鹽酸鹽（TCEP）對羊毛織物處理。合成的Gemini 季銨鹽IDMA 上含有烯基（C=C），可以與基材上的巰基反應，將IDMA分子直接接枝在羊毛蛋白質分子上。該方法反應快速可靠，不但可以提高羊毛織物抗靜電效果，還可以增強羊毛織物的物理性能。

另外，針對腈綸、氨綸等織物，抗靜電劑應選容易在織物表面吸附的原料，同時降低布面摩擦。對于聚丙烯無紡布，傳化智聯股份有限公司經過實驗室驗證認為，異己醇聚氧乙烯醚磷酸單酯鉀鹽TF-481 效果最好，且對防水效果影響小。市場上一般都是混紡纖維，選擇抗靜電劑時應考慮纖維主體成分，著重解決抗靜電劑問題，保證抗靜電在布面均勻鋪展，形成導電通道，經過多次驗證，配方優化，最終抗靜電問題都可迎刃而解。

3 防水劑共拼型抗靜電劑

最常用的防水劑一般為含氟化合物，價格昂貴，抗靜電劑和防水劑同浴使用都會不同程度地降低防水效果，而增加防水劑用量會提高加工成本，因此，要慎重選擇防水劑共拼型抗靜電劑，盡量減少對防水效果的影響。

US6592988B1[28]中合成了一系列以全氟烷基磺酸根為陰離子的季銨鹽，由于結構中氟元素比例較高，與含氟防水防油劑同浴使用時，整理后織物防水防油效果優，半衰期低于2 s。US6924329B2[29]中合成了具有聚醚結構的一系列中等分子質量陽離子表面活性劑，比如[C12H25N+(CH3)(CH2CH2O)mH(CH2CH2O)nH][-N(SO2CF3)2]，以氟烷基磺酸胺鹽為陰離子，證實與防水劑使用時，對防水防油效果影響較小。含氟防水劑一般應使用陽離子或非離子型抗靜電劑，抗靜電效率高，低用量即可達到抗靜電效果，盡量減少對防水防油效果的影響。含氟表面活性劑成本高，可考慮復配市場上低價非離子表面活性劑TF-480（傳化智聯股份有限公司），既能降低成本，又兼顧防水防油效果。

4 結語

外用抗靜電劑是化纖紡織品加工中不可或缺的重要助劑，為達到理想的抗靜電效果，需要從抗靜電劑電荷密度、潤滑性、在布面均勻鋪展性和吸附性等方面考慮，保證抗靜電劑在化纖表面形成導電通道，剛好在布面均勻鋪展形成導電通路即可，用量過高對抗靜電效果提升不大，還會對同浴其他助劑性能產生不良影響。抗靜電劑使用過程中需要和硅油、防水劑等功能助劑同浴使用，需要謹慎選擇。技術人員要了解抗靜電劑和同浴助劑在織物表面的吸附附著狀況，需要開發抗靜電效率高且配伍性好的抗靜電劑，在布面少量吸附就能達到理想效果，減少對其他助劑性能的影響。