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第三章抗静电整理Resitencestation第一节概述一、静电产生的机理1、纺织材料产生静电的机理1.1静电：材料表面电荷积蓄的现象。1.2静电产生的机理：物质是由原子组成的，原子由原子核与电子组成，当两个表面相互接触（或摩擦）时，由于原子核的引力及电子的不停运动，电子会跨越接触界面在两个方向连续的流动，在他们各自的表面上发生电荷的再分配，当两个接触面分离时，因电子分布的变化，将使相接触的每一材料带有电量相等而电性相反的电荷。如果是导体，当物体分离时，电荷泄漏速度很快，表观上不显示静电。如果是非导体，则电荷可持续存在相当长的一段时间，从而产生了静电现象。容量为CC=εA/4πdε—介电常数，A—接触面积，d—接触面间距离当两个接触面分离时，接触面所带电量为QQ=C*VV—接触电位差绝大部分纺织材料为高分子材料，是以共价键为主链的有机化合物，不会电离也不会传递电子或离子，属于非导体，其表面一经摩擦就容易积蓄静电。二、织物带静电的危害1.日常生活：衣服带电，容易缠贴身体，穿着不舒适，易吸附灰尘，影响美观。损害电器。2、安全：带电织物易产生放电现象，在易燃易爆区会发生爆炸、火灾。3、通讯、军事、医疗：干扰计算机及精密仪器的正常工作。影响电子通讯的信号传递。4、纺织染整：纤维开松、梳理，纱线卷绕成形，织造时纤维相互吸引纠缠、染整加工烘干后，织物因带相同电荷互相排斥，造成落布不齐。第二节、影响纤维带静电的因素纤维材料本身结构与性质；外界因素影响：外界因素的影响：摩擦面间的距离、摩擦面的粗糙度、摩擦速度、压力材料含杂质情况周围环境的温度、湿度、空气中的杂质、外电场1.1“带电序列”1、纤维种类尼龙66羊毛粘胶棉醋纤腈纶乙纶尼龙6蚕丝维纶苎麻涤纶氯纶丙纶—+带电序列往往以棉纤维为分界线，棉纤维左向带正电荷，右向带负电荷。“带电序列”表明：a．同一纤维与不同纤维摩擦时，可能带不同电荷。如棉与羊毛，棉与涤纶摩擦时，所带电荷的电性不同。b．序位相差越远，摩擦时易带电且带电量越大。1.2比电阻表面比电阻Rs(ρs)：体积比电阻Vs(ρv)：表示每平方单位试样的对应边间的电阻。试样在三维长度都等于单位长度时的电阻。表面比电阻远小于体积比电阻，大约相差102—103倍，故表面比电阻对电荷的泄漏占支配地位。表面比电阻越大，电荷泄漏越慢，纤维越易积蓄电荷。纤维带电量的大小，等于摩擦时发生的电量积累与纤维表面电导遗失电量的代数和。纤维抗静电性能与表面比电阻的关系lgRS13以上12-1311-1210---119—109以下抗静电劣差尚可可好很好棉的表面比电阻为1.2*109Ω，涤纶大于1015，涤纶纤维极易产生静电1.3电量半衰期T1/2：电荷泄漏至起始电量的一半时所需要的时间。半衰期与表面比电阻之间有如下式的关系lgT1/2=A（lgRs-B）式中A、B均为常数，T1/2--半衰期。表面电阻与半衰期的关系当表面比电阻为109—1010Ω，半衰期近于0.01-0.1秒，表观上几乎不带静电棉纤维Rs1.2*109Ω，T1/2为0.025秒；尼纶Rs大于1013Ω，T1/2为1.2*105秒，尼龙织物容易产生静电。2.相对湿度对纤维带静电的影响亲水性纤维受环境湿度影响大，疏水性纤维影响小因为当外界湿度增加时，亲水性的天然纤维含水量迅速增加，在纤维表面上形成一层导电膜，半衰期缩短；吸湿性低的疏水性纤维则不易在表面上形成含水的导电膜，表面比电阻不能显著降低。如果设法使合成纤维表面含水与天然纤维相近，则半衰期也会大大降低。反之，如果黏胶纤维在极干燥的条件下，也有显著的静电现象。相对湿度对纤维半衰期的影响a.相对湿度增加，半衰期减小，有利于电荷泄露；b.不同纤维半衰期受湿度影响强度不同，易吸湿的天然纤维受湿度影响更大。平衡含湿率对表面比电阻的影响测试条件：25℃、相对湿度65%疏水性的化学纤维吸湿性差，受湿度影响小，湿度增加并不能显著降低表面电阻。抗静电整理主要是针对化学纤维，并主要依据增加纤维表面吸湿性原理。3.温度的影响含水率一定时，温度提高，有利于降低表面比电阻。纤维的导电能力随着温度的提高而增加，但对纺织品来说，一般是在室温下使用，因此，温度的影响较湿度小。总之，织物的带电性能受环境或季节的影响十分显著。因此，测试织物的抗静电性能，要在恒温恒湿下进行。4.摩擦系数、摩擦速度的影响织物摩擦系数越高，纤维带电量越大；摩擦速度越快，纤维带电量越大。Q=W1/2f(v)W—摩擦功，V—摩擦速度第四节织物抗静电整理的机理及工艺方法防止合成纤维及其织物产生静电的基本途径有两条：1、抑制静电的产生：提高纤维表面的光滑程度，增加纤维的润滑性，降低织物的表面摩擦系数，抑制摩擦静电的产生。2、增加纤维对电荷的传导作用：加快静电荷的传导速率，消除静电荷的积累。电荷的传导主要通过★摩擦物自身的体积传导；其中表面传导起主导作用。因此材料表面的导电性对材料是否容易积蓄静电具有重要影响。★表面传导；★向空气中辐射。合成纤维体积比电阻为1014Ωm；纯水体积比电阻为106Ωm，含电解质的水体积比电阻为103Ωm；金属体积比电阻为108Ωm，可见水具有很强的导电能力。防止静电产生的三种基本方法：★表面亲水化a.水具有很强的导电能力，如果纤维表面施加了吸水性的整理剂，则纤维的抗静电性能提高。★赋予表面离子化导电。施加离子性整理整理剂。★c、表面良导体化。表面金属化等。抗静电剂的作用机理：当抗静电剂达到一定的浓度后，亲油基在水-空气界面平行排列，并伸向空气一面，这时将纤维浸入溶液中后，抗静电剂分子的亲油基就会定向吸附在纤维表面，烘干后抗静电剂在纤维表面形成单分子吸附层，吸附层赋予纤维抗静电性，其抗静电性来自：（1）亲水层吸附的水分导电。吸附层的抗静电剂亲水基团朝向空气，能与大气中的水分子缔合，在纤维表面形成连续的水分子湿层，有很强的传导电荷的能力。（2）水中溶解的电解杂质导电。抗静电剂吸湿后，会使杂质电解质成分电离，产生导电性。（3）改善了表面摩擦性。抗静电剂疏水基一端朝向纤维表面，表面活性剂的润滑作用，使摩擦系数降低，减少了电荷的产生。（4）离子型抗静电剂，有离子导电的作用。除上述作用之外，离子型抗静电剂的阳离子或阴离子具有离子导电性。第五节抗静电剂的分类、性能及应用一、抗静电剂的分类内部抗静电剂二、理想的外部抗静电剂应具备的基本条件1.有可溶的或可能分散的溶剂2、与纤维表面结合牢固，耐摩擦、耐洗涤3、抗静电效果好，低湿环境中也有效4、不引起有色制品的颜色变化5、手感好、不刺激皮肤、毒性低、可生物降解6.成本适中三、外部暂时性抗静电剂抗静电剂整理的制品，水洗后抗静电性能大幅降低或消失。1阳离子型抗静电剂在低浓度时就有优良的抗静电性能，以季铵化合物为主，亲水基是阳离子。1.1其特点是：a、对纤维亲和力高。因为大多数的纤维都带有负电荷；b、抗静电性能优异（离子导电、水层导电）；c、兼有柔软性、平滑性和杀菌性。抗静电剂SN，化学名称：十八烷基双甲基聚氧乙烯季铵盐a、整理工艺：浸渍→甩干→烘干或浸轧→烘干b、可以用于多种化学纤维。c、不能与阴离子助剂染料同浴使用，高于180℃分解。2阴离子型抗静电剂亲水基团为阴离子，纺丝油剂中用的较多。缺点：耐水洗牢度低。优点：处理方法简单，适用于家庭使用。3两性抗静电剂分子中亲水基为阴离子和阳离子。其特点是：a吸湿性强；b抗静电性能好；c耐热性能好；d平滑性好，降低摩擦系数。α-吡咯烷酮-5羧酸钠（PCA-Na）吸湿性好，抗静电性很好4、非离子抗静电剂抗静电原理：通过减少纤维表面的摩擦系数，降低起电量和分子中的羟基、氧乙烯基吸收水分起到抗静电作用的。亲水基结构：非离子抗静电剂有多元醇类和聚氧乙烯醚两大类特点：非离子抗静电剂的抗静电能力一般，用量大；热处理不稳定，耐洗性不如离子型；与其他助剂相溶性好，通常与阳或阴抗静电剂共用改善纤维的摩擦系数，很少单独使用。暂时性抗静电整理剂，以两性和阳离子型抗静电剂最好，非离子型一般各类抗静电剂对不同纤维的抗静电性能lgRS13以上12-1311-1210---119—109以下抗静电劣差尚可可好很好四、外部耐久性抗静电剂要求洗涤次数大于20次，仍具有很好的抗静电性，这样的抗静电整理剂被认为是耐久性整理剂。耐久性：主要是在纤维上形成含有离子型或吸湿性基团的网状交联聚合物，或具有与纤维相似的化学结构，像分散染料上染纤维一样，“镶嵌”在纤维表面。1聚丙烯酸酯类1.1结构式结构：是聚丙烯酸和聚丙烯酸酯的共聚物，分子结构中具有与涤纶相同的酯基结构；亲和性：对涤纶有较强的亲和力；抗静电性：分子中的羧基在织物表面定向排列，形成阴离子性的亲水薄膜，提供织物抗静电性。它的抗静电性能取决于亲水性单体的性质及比例。耐久性：共聚物能够自身成膜，使整理效果具有耐久性，耐久性取决于成膜坚牢度。特点：具有良好的抗静电性和耐水洗性；适用于涤纶及其他化学纤维；兼有吸水性和易去污性。缺点是施加量大，手感粗硬。2、聚酯聚醚类结构：固着部分为聚酯结构，亲水性基团氧乙烯基（-CH2CH2O-）具有抗静电作用。耐久性：与涤纶分子结构相似，在高温下，可进入聚酯的微软化纤维表面，与涤纶相溶共晶，使整理剂固着在涤纶纤维上获得耐久性。抗静电性：含有分子量600以上的亲水性基团氧乙烯基（-CH2CH2O-）具有抗静电性。涤纶专用抗静电剂。国产品牌有抗静电剂CAS、F4，目前应用较广泛的一类（3）反应型抗静电整理剂结构：固着部分为聚氨酯类化合物。抗静电部分为亲水链段。固着机理：在催化剂存在下，经焙烘聚氨酯预缩体在织物上树脂化，形成网状结构。其他耐久性抗静电剂还有聚胺类、三嗪类、聚硅氢烷类。如有机硅抗静电剂DS-100（上海润基）结构及特点：1）有效成份30%，活性成份0.03-0.06%。结构中一定量的反应性基团，与纤维发生交联，具有耐久性。2）具有抗静电性、吸湿性，赋予织物柔软、滑爽的手感。3）整理工艺有机硅抗静电剂1-2%醋酸锌1.3%浸轧→烘干（锦纶100℃，15min；棉160℃，6min）1、轧烘焙法：浸轧（轧余率70%-90%）→烘干（100℃）→焙烘（150-160℃，2-1min）2、浸渍法：2.1浸渍→脱水→烘干（100℃）→焙烘（150-160℃，2-1min）2.1与染色同时进行，采用涤纶染色工艺（参照亲水整理工艺曲线）；2.2水洗后浸渍，也常用于家庭处理织物。3.喷雾六、优缺点优点：简单易操作；抗静电效果明显。缺点：按亲水化抗静电机理，必须在吸附水分后才有抗静电作用，因此相对湿度在25%以下，将会失去抗静电作用。抗静电整理工艺实例例1抗静电剂331：聚酯聚醚型，由对苯二甲酸：乙二醇：聚乙二醇（M=1500）=3：3：1聚合而成，对苯二甲酸乙二醇酯与涤纶大分子结构类似，相溶共晶而固着，聚乙二醇使织物吸湿性提高。处方抗静电剂33120-30g/l流程：浸轧（轧余率70-80%）→烘干（100℃）→焙烘（180-200℃，60-30s）要求增重量为2-4%效果最好。抗静电整理工艺实例抗静电剂331：聚酯聚醚型，由对苯二甲酸：乙二醇：聚乙二醇（M=1500）=3：3：1聚合而成，对苯二甲酸乙二醇酯与涤纶大分子结构类似，相溶共晶而固着，聚乙二醇使织物吸湿性提高。处方抗静电剂33120-30g/l浸轧（轧余率70-80%）→烘干（100℃）→焙烘（180-200℃，60-30s）要求增重量为2-4%效果最好。例2、抗静电剂FK-221，含有酯基、聚醚的低聚物处方FK-22130g/LMgCl2（催化剂）2g/L浸轧（轧余率70-80%）→烘干（100℃）→焙烘（160-180℃，60-30s）第六节解决纺织材料静电问题的其他途径及原理解决纺织材料静电问题归纳起来分为两类：1、降低纤维表面比电阻，及时导去积蓄的电荷；2、减少或防止静电产生。防止或减少静电产生的机理及方法纤维表面施加油剂其原理是，纤维表面施加油剂，减小纤维的摩擦系数，减少纤维带电。纤维间摩擦带电量Q，与摩擦功W和摩擦速度V之间的关系Q=W1/2f（V）2、不同位序的纤维混纺或交织消除静电二、