耐久性防靜電滌綸織物的研究進展

胡錦健 李 龍 蔡 濤 林思伶 嚴 婕

（1.西安工程大學，陜西西安，710048；2.石獅市中紡學服裝及配飾產業研究院，福建石獅，362700）

滌綸織物作為紡織品中的重要一類，以其優異的理化性能被廣泛用于服裝、裝飾、產業等領域。滌綸分子鏈上含有大量酯基，僅存在兩個端醇羥基，無其他極性基團，因此存在吸濕性差、易產生靜電、紡織品舒適性差等缺陷，影響其應用范圍［1］。紡織品防靜電整理能夠賦予紡織品高附加值和多功能性，滿足市場需求。我們對目前耐久性防靜電滌綸織物的研究進展進行分類總結，以期為改善高滌綸織物性能并拓展相關應用提供參考。

1 防靜電的途徑和機理

實現防靜電的途徑可分兩種：減少靜電產生總量或提高靜電逸散速度。在給定的條件下，減少靜電產生總量，即抑制靜電發生，受限較大，較難實現。提高靜電逸散速度是可行有效的途徑。而提高靜電逸散速度主要通過兩種方式：靜電中和與靜電泄露。靜電中和是指靜電通過空氣完成放電過程。對紡織品而言，氣體放電主要通過電暈放電實現，亦被稱為尖端放電［2-3］。靜電泄露主要通過輻射與傳導［4-5］。對于輻射（區別于靜電中和，輻射一般伴隨溶劑的揮發）而言，紡織品表面的水蒸發會帶走部分電荷，從而達到防止靜電累積。傳導通常是使靜電通過導體等被導向其他區域從而抑制靜電放電。導電理論主要分為三類：導電通道理論、隧道效應理論與場致發射理論［6-8］。這三種理論共同解釋了導電材料對于靜電的傳導過程。導電通道理論在宏觀層面上解釋了材料導電的原理，隧道效應理論與場致發射理論從微觀層面上對其做出了解釋。

2 研究進展

防靜電整理分為暫時性防靜電整理和耐久性防靜電整理。暫時性防靜電整理通過將不同類型的表面活性劑整理到織物上，使纖維表面親水性加強，進而提高防靜電性能。該整理方式受環境溫濕度影響較大，但操作簡單，成本低廉，至今仍有一些企業使用。由于表面活性劑對滌綸的親和力不足，故暫時性防靜電整理的滌綸織物防靜電耐久性較差。近年來，耐久性防靜電整理技術快速發展，主要包括三大類：在織物中嵌入導電纖維、對織物進行化學改性和對織物表面進行涂層整理。與暫時性防靜電整理相比，其在防靜電效果的耐久性和功能多樣性方面均有明顯優勢。

2.1 對織物表面進行化學改性

織物表面的化學改性主要是通過軋-烘-焙工藝將永久性抗靜電劑、金屬粉末及其氧化物、高分子導電材料、碳系導電材料、復配導電材料等分散在液體中進行浸軋，而后烘干、焙烘得到防靜電織物。該方法簡單易操作，但是成本相對較高，而且耐久性效果不及其他兩種。

2.1.1 利用永久性抗靜電劑改性

劉艷等［9］采用自制陽離子型抗靜電劑MP對滌綸珊瑚絨面料進行整理，其半衰期和靜電壓分別為0.2 s和18 V，均不到原樣的1%，且經過30次洗滌后，半衰期0.4 s，靜電壓39 V，表現出了耐久的防靜電性。在織物改性處理過程中，交聯劑、催化劑的使用可有效提高織物的防靜電效果。DINCMEN M等［10］采用等離子體法將二烯丙基二甲基氯化銨單體與二丙烯酸二乙二醇酯交聯劑接枝聚合在滌綸織物上。該整理使織物靜電壓從原來的600 V降至13 V，半衰期從原來的2 000 s低至0.3 s，洗滌后織物靜電壓89.52 V，半衰期0.94 s，并獲得了防紫外線功能。

2.1.2 利用金屬粉末及其氧化物改性

常見的金屬粉末有銀粉、銅粉、鎳粉等。其中，銀粉導電性最佳，抗氧化且氧化產物亦能導電，但其價格昂貴，導電穩定性欠佳。銅粉導電性能優良，成本低，但其易氧化且氧化物為絕緣體。鎳粉抗氧化性好，導電性穩定，且具有吸收和散射射線的電子矢量優點，但鎳屬于稀有金屬，資源匱乏。雖然添加金屬粉末能獲得高電導率，但金屬粉末價格昂貴、易氧化、導電穩定性差等不足，限制了其規模化應用。而金屬氧化物如銻摻雜氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅鋁等具有耐候性佳、色淺、永久導電等優勢，是防靜電材料研究的一個重要方向。

王秋等［11］以鈦酸四丁酯、氧化鋅為前驅物，采用分步沉淀法合成了納米Ti O2/Zn O復合物并應用于滌綸織物整理。結果表明：其半衰期和靜電壓分別為1.26 s和0.6 k V，比原樣分別降低了94%和49%。因為該整理在織物表面形成了一層Ti O2/ZnO導電薄膜，加速了織物表面的電荷逸散。

2.1.3 用高分子材料改性

運用環保高效的織物預處理技術也是織物改性的一個重要環節。CHEN S等［12］以端基二苯甲酮季銨鹽為防靜電劑，采用一種新型環保的光化學處理對滌綸織物進行整理。研究發現：整理后的滌綸織物電荷密度下降至1 mC/m2，僅為原樣的20%，靜電電壓從597 V降至132 V，半衰期由163 s下降到0.01 s，獲得了耐久的防靜電效果，此外還具備持久的抗菌防螨功能。

蔣巍等［13］以雙三羥甲基丙烷和三氯氧磷以及乙二胺為原料制備了雙三羥甲基丙烷磷酸酯乙二胺鹽，并對滌綸織物進行整理。結果表明：整理后的織物經過50次洗滌仍能保持良好的防靜電性能。HU W等［14］采用蔗糖酯半鑲嵌滌綸織物，然后使用自制交聯劑將蠶蛹蛋白接枝到織物表面。研究發現：整理后的滌綸織物防靜電性能優良，半衰期可降至0.3 s。

2.1.4 利用碳系導電材料改性

FAN L H等［15］利用一種新型摻雜氧化石墨烯的分散染料對滌綸織物進行防靜電整理。研究表明：整理的織物表現出耐久的防靜電性能，其表面電阻率可降至9.8×106Ω，達到GB/T 12703.4—2010《紡織品 靜電性能的評定 第4部分：電阻率》A級。ZHAO S等［16］通過超聲輔助法制備了高分散磺化石墨烯，并采用浸軋烘焙法對滌綸織物進行整理。研究發現：整理后的織物經過20次洗滌后半衰期仍小于2 s，在GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評定 第1部分：靜電壓半衰期》中防靜電等級為A級，具有耐久的防靜電性能。李亮等［17］通過多巴胺原位聚合和氧化石墨烯循環浸漬層層自組裝負載制備了一種滌綸基防靜電織物。經多巴胺原位聚合后的滌綸織物靜電壓和半衰期值明顯下降，這是因為多巴胺在織物表面原位聚合形成了一層連續的親水性聚多巴胺膜，加快了織物表面電荷的逸散；當多巴胺原位聚合負載15 g/L氧化石墨烯時，織物的靜電壓和半衰期大幅下降，均不到原樣的32%和1%，體積電阻率低于1×106Ω·cm。經15次水洗后，織物仍能保持耐久的防靜電性。

2.1.5 利用復配導電材料改性

不同導電材料的作用機理和特性存在差異，將不同類型的導電材料以一定的比例混合使用，利用材料間的協同作用也是改善防靜電材料導電性能、降低生產成本的有效方法。

胡雪敏等［18］采用石墨烯-Fe3O4復合溶液對滌綸織物進行防靜電整理。結果表明：整理后的滌綸針織物帶電量較低，且經5次水洗仍具有較好的防靜電性能。

陳小婷等［19］通過Hummers法制備氧化石墨烯，再用水合肼將氧化石墨烯還原成石墨烯，再與水性聚氨酯復配對滌綸織物進行整理。當石墨烯質量濃度為5 g/L時，滌綸織物的靜電壓和半衰期由原樣的2 860 V和300多秒分別下降到了932 V和0.54 s，可達到GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評定第1部分：靜電壓半衰期》所規定的A級。這是因為片狀形式分布的石墨烯連接形成導電通路，極大地加快了織物表面的電荷逸散；經20次皂洗之后，織物的防靜電性能略有下降，仍表現出了耐久的防靜電效果。

2.2 采用涂層整理技術

用復合導電材料對基布表面進行涂層整理可賦予紡織品優良的防靜電功能。該方法成本較低，操作簡單，且產品的防靜電耐久性僅次于嵌入導電纖維式整理。該方法對基布性能和纖維品種要求較低，但織物的透氣性和手感會變差，可考慮將涂層設計成網格狀［20］。

2.2.1 單導電組分添加型涂層

WANG C X等［21］采用等離子體預處理和單壁碳納米管干法固化涂層的方法制備了具有不同防靜電性能的滌綸織物。整理的織物不僅獲得了耐久的防靜電性，還具有輕便、環保等優點。章佳杰［22］以ATO共混聚氨酯防靜電涂料對滌綸織物進行整理。整理后的織物靜電半衰期降至0.24 s，靜電壓降至297 V；以溶膠凝膠法制備ATO溶膠，采用溶膠處理法整理織物，其靜電半衰期為0.02 s，靜電壓為267 V；兩者的耐水洗次數均可達到20次，獲得了耐久的防靜電效果。WU Lang等［23］以聚馬來酸酐-共丙烯酸-共苯乙烯磺酸鈉為穩定劑，在聚丙烯酸酯乳液中采用化學聚合法制備了導電聚苯胺/聚丙烯酸酯復合乳液，并應用于滌綸織物的涂層整理，使織物表面電阻率從原來的6.55×1014Ω降至1.18×107Ω，體積電阻率降至9.9Ω·cm。

2.2.2 多導電組分添加涂層

OUADIL B等［24］采用一種新型的涂層方法對滌綸針織物分別涂覆石墨烯和石墨烯/銀納米粒子。結果表明，經石墨烯納米片涂層整理的滌綸織物防靜電效果最佳，體積電阻率6×104Ω·cm，僅為原樣的4%，以其為連接導體可點亮LED燈，這歸因于石墨烯納米片在織物表面形成了連通的導電網絡。石墨烯/銀納米粒子涂層織物表現出更好的高柔韌性和防紫外線功能，這是因為銀納米粒子可以有效降低紫外線的透射率。

結構色具有高亮度、高飽和度、永不褪色等諸多優點，在紡織領域有廣闊的發展前景。YUAN X等［25］利用磁控濺射技術在滌綸織物上沉積了Ag/ZnO復合薄膜，整理后的織物平均半衰期低至0.510 s，靜電壓降至188 V，防靜電性能顯著提升的同時兼備織物結構色和防紫外線等優點。王明序等［26］以淺色導電鈦白為導電功能填料、水性聚氨酯為涂層劑，制備了淺色滌綸防靜電涂層織物。結果表明：涂層織物表面電阻率小于1×106Ω，且白度值高，經多次水洗處理、熱處理和日曬處理依舊保持良好的耐久性。

2.3 在織物中嵌入導電纖維

人們通常將標準狀態下（20℃，相對濕度65%）體積電阻率小于1×107Ω·cm的纖維定義為導電纖維，包括金屬導電纖維、碳系導電纖維、有機導電纖維等［27］。在紡紗時混紡導電纖維或在織造時混織導電紗可實現織物的防靜電功能，該方式具有最耐久的防靜電效果。但導電纖維質量不穩定且可紡性不高，只適用于少量特殊要求的服裝，如防靜電服、防輻射服、電磁屏蔽服等。

2.3.1 嵌入金屬導電纖維

金屬纖維屬于導電成分均一型的導電纖維，體積電阻率低至1×10-4Ω·cm～1×10-5Ω·cm，主要有不銹鋼纖維、銅纖維、鉛纖維、鋁纖維、鎳纖維等［28］。金屬纖維通常被制成短纖維與普通紡織纖維混紡織造。金屬纖維具有優良的導電性、耐熱性及耐化學腐蝕性，但存在體積質量偏大、手感發硬、可紡性較差、成品色澤受限等瓶頸性問題，限制了其應用范圍。

2.3.2 嵌入碳系導電纖維

碳纖維也屬于導電成分均一型的導電纖維，導電性能優良，體積電阻率在1×10-3Ω·cm～1×10-4Ω·cm，熱膨脹系數小，體積質量小，但纖維模量高，不耐折彎，無熱收縮能力，容易損傷，因而應用領域相對狹窄，一般只限于復合材料中使用。

2.3.3 嵌入有機導電纖維

有機導電纖維導電性能不及金屬纖維和碳纖維，體積電阻率在10Ω·cm～1×104Ω·cm，但其導電性能持久、受環境溫濕度的影響較小，可紡性與普通纖維類似，嵌入后不影響織物的手感和外觀，其綜合性能最為優良，應用也最為廣泛。謝勇［29］以鍍銀纖維作為功能纖維制備了防靜電滌綸織物，織物靜電壓1 093 V，電荷面密度和半衰期分別為3.54 u C/m2和3.15 s，經過100次水洗后，織物防靜電性能相對變差。薛繼艷等［30］分別選取3種不同的有機導電纖維和織物組織設計出了9種滌綸防靜電織物。結果表明：添加復合導電絲后滌綸織物的電荷面密度降低了50%，且經過50次洗滌織物的電荷面密度僅降低了13%，表現出了耐久的防靜電性。

3 結語

通過表面改性、表面涂層及嵌入導電纖維等方式，能夠有效提高滌綸織物的防靜電耐久性。將不同類型的防靜電材料混合使用，利用材料間的協同作用，是優化性能、降低成本的有效方法。表面改性處理過程中，交聯劑、催化劑等配套助劑的使用，可以有效提升防靜電效果。合理地運用新技術，如光化學處理技術、磁控濺射技術、納米技術等，能夠賦予織物環保、結構色、抗菌防螨、防紫外線等功能。

目前的研究對滌綸織物防靜電耐久性的提升仍然有限。織物表面改性和表面涂層存在環保性不足、防靜電效果不夠持久等瓶頸性問題。嵌入導電纖維的整理方式具有最耐久的防靜電效果，尤其是嵌入復合有機導電纖維，織物可以獲得永久的防靜電性。相比于外露型和部分外露型，導電組分內藏型有機導電纖維具有導電成分不易脫落、易于染色等優勢，但也存在導電性能較低的短板，因此亟待解決的問題是提高其導電性能。通過優化導電物質組合方式及添加比例，改善導電物質與基體高聚物的相容性，提高導電物質的分散穩定性，有望解決這一難題。隨著防靜電紡織品研究的不斷深入及市場需求的迅速增加，嵌入導電纖維的防靜電滌綸織物，憑借其耐久的防靜電性及功能多樣性等優勢，在防靜電紡織品領域應用前景廣闊。