一种碳纳米管抗静电腈纶纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管抗静电腈纶纤维及其制备方法。本发明专利技术采用抗静电介质和浆液共混的方法生产出抗静电腈纶，在制备抗静电腈纶时，采用偶联剂，配合分散剂，对初级碳纳米管溶液进行处理，所制备的碳纳米管溶液具有良好的分散稳定性，将经过分散改性的碳纳米管溶液添加到纺丝原液中，生产出碳纳米管腈纶纤维。本发明专利技术的生产工艺简单，所得到的腈纶纤维具有较高的抗静电性；另外，纤维的强度、强力、上色率等指标能达到常规腈纶的指标，应用领域更加广泛。广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管抗静电腈纶纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于腈纶纤维及其制备
，具体的说，涉及一种以硫氰酸钠水溶液为纺丝溶剂采用湿法纺丝工艺制造的碳纳米管抗静电腈纶纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]抗静电纤维(腈纶)的加工，分为如下3种方法：传统的抗静电腈纶主要采用两种方法，生产过程中上油工序和基布后续浸轧法，这两种方法均属于纤维表面处理方法。抗静电效果会随着纤维使用使用时间的推移而衰减。
[0003]常规的腈纶纤维，由于它的疏水性和绝缘性，其静电现象严重，产品易受沾污和洗尘；穿着时使人体有不舒适的感觉，局部会引起皮肤炎症和血液值升高；衣裙容易缠腿；在低湿度条件下，静电还能引起火灾。这些严重限制了腈纶在很多领域的应用。在腈纶生产工艺中，引入上油工序，上油的目的是为了减少摩擦力和静电效应，使纤维具有柔软性和平滑的手感，使后加工能顺利进行。其中上油工序中，选择不同的油剂会有不同的效果。油剂附着在纤维表面，随着纤维织物使用时间的延续，由于油剂的挥发，纤维的抗静电效果会持续减弱。
[0004]普通腈纶在标准状态下的体积比电阻为10
14
Ω
·
cm。一般认为，纤维的体积电阻小于10
10
Ω
·
cm时即可达到抗静电效果。通过改性可以将腈论的体积比电阻降至108～10
10
Ω
·
cm以下，这种纤维称为抗静电腈纶。
[0005]石墨烯及碳纳米管自2004年由英国曼彻斯特大学安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫在石墨剥离实验中发现至今一直被广泛研究。碳纳米管具有独特的蜂窝状六边形晶格结构，理想状态的碳纳米管是稳定碳六边形构成的平面，其厚度为0.34nm约为一个原子层厚度，是世界上最薄的二维材料。碳纳米管独特的结构铸就其良好的性能，例如导电性能
‑
石墨烯片层上每个C原子与其它三个C原子相连，C原子上本应该有4个价电子，其中三个电子在SP2杂化轨道上，另一个则位于Pz轨道，Pz轨道上相邻的价电子垂直于碳纳米管平面形成大π键而且π电子晶面内自由移动，因此碳纳米管具有良好的导电性。碳纳米管其多重起伏的折皱结构使其比表面积丰富，单层碳纳米管比表面积可达2630m2/g。
[0006]目前，尚未见将碳纳米管和腈纶浆液共混制造出抗静电性能优异腈纶纤维的相关文献报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有腈纶纤维静电现象严重，产品易受沾污和洗尘等不足，提供了一种碳纳米管抗静电腈纶纤维及其制备方法。
[0008]本专利技术采用抗静电介质和浆液共混的方法生产出抗静电腈纶。该生产工艺简单，所得到的腈纶纤维具有较高的抗静电性；另外，纤维的强度、强力、上色率等指标能达到常规腈纶的指标，应用领域更加广泛。本专利技术制备抗静电腈纶时，采用偶联剂，配合分散剂，对初级碳纳米管溶液进行处理，所制备的碳纳米管溶液具有良好的分散稳定性，将经过分散
改性的碳纳米管溶液添加到纺丝原液中，生产出碳纳米管腈纶纤维。
[0009]以下是本专利技术具体的技术方案。
[0010]本专利技术提供了一种碳纳米管抗静电腈纶纤维的制备方法，包括：
[0011](1)首先将分散剂加入到溶剂中，搅拌均匀后，缓慢加入0.4wt％碳纳米管溶液，进行充分预分散，使碳纳米管表面获得充分润湿，碳纳米管获得充分分散，溶液中碳纳米管颗粒粒径≤1.0μm；其中，所述分散剂和碳纳米管溶液的重量比为(20％
‑
50％):1；
[0012](2)用高剪切乳化机对步骤(1)获得的溶液进行剪切匀质后，在搅拌状态下，缓慢加入偶联剂溶液，对溶液中的碳纳米管颗粒进行进一步表面修饰处理，得到具有良好流动性、易分散性和稳定性的溶液；
[0013](3)将步骤(2)制备的溶液通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，之后根据常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到碳纳米管抗静电腈纶。
[0014]进一步的，所述步骤(1)中的溶剂是腈纶湿法纺丝溶剂；优选浓度为51wt％
‑
58wt％NaSCN水溶液。用本溶剂生产的碳纳米管溶液在加入到纺丝原液中时，能最大限度地保证碳纳米管和纺丝原液之间的相容性，使碳纳米管能顺利地在纤维中均匀分布，防止碳纳米管集体的大量出现，影响可纺性，进而影响到原液碳纳米管腈纶的质量和后道加工性能。
[0015]进一步的，所述步骤(1)中，在选用适合于NaSCN腈纶湿法纺丝工艺、采用板框过滤后纺前在线添加工艺的碳纳米管分散剂时，对分散剂的要求首先是起泡性，要求选用的分散剂在碳纳米管中起泡性较低，最好是无泡，这样才能确保碳纳米管溶液中不含气泡或泡沫，从而确保碳纳米管溶液与原液在高速剪切机中高速在线搅拌之后，共混后的原液中不含泡沫或气泡，能顺利通过后续的纺前滤器和喷丝板。
[0016]所述步骤(1)中的分散剂有亚甲基双荼磺酸钠、甲基萘磺酸盐甲醛缩合物、苄基萘磺酸盐甲醛缩合物、萘磺酸钠盐甲醛缩合物、酚磺酸盐甲醛缩合物、酸改性木质素磺酸盐、碱改性木质素磺酸盐等的一种或几种的混合物。这一类的分散剂在NaSCN水溶液中具有良好的溶解性，在搅拌和混合时，产生极少的泡沫或气泡。
[0017]分散剂通过甲氧基、羟基等官能团与碳纳米管之间以范德华力和色散力等方式结合，通过将磺酸基等伸展在水溶液中，形成的分散剂包覆碳纳米管的复合体相互之间以较强的静电排斥力，维持较好的分散稳定性。然而，在碳纳米管与浆液混合后，通过喷丝板时，在压力的作用下，碳纳米管和分散剂的分散体系之间的结合会遭到破坏，分散剂会在后续的纺丝过程中逐步析出；碳纳米管以小颗粒或颗粒聚集体单独存在于聚丙烯腈聚合物内，在后续的纺丝过程中，由于碳纳米管和聚合物之间缺少较强的作用力，纤维中的碳纳米管，尤其是纤维表面或浅层的碳纳米管，会在后道的纺纱过程以及织造乃至后整理过程中，引起摩擦色牢度以及水洗、皂洗色牢度以及纤维强度的降低，限制了抗静电腈纶的使用范围。
[0018]为此，本专利技术进一步采用偶联剂来改进碳纳米管与聚合物之间的结合力，以此来改善腈纶的色牢度和强度。所述步骤(2)中的偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中一种或两种；所述偶联剂和碳纳米管的重量按照固体对固体比为(0.05％
‑
3.0％)：1。其中，硅烷偶联剂优选γ
‑
哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ－二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
环己基
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、(3
‑
氨基丙基)三甲氧基硅烷等的一种或几种的混合物；钛酸酯偶联剂优选二(二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基)乙二铵钛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管抗静电腈纶纤维的制备方法，包括：(1)首先将分散剂加入到溶剂中，搅拌均匀后，缓慢加入0.4wt％碳纳米管溶液，进行充分预分散，溶液中碳纳米管颗粒粒径≤1.0μm；其中，所述分散剂和碳纳米管溶液的重量比为(20％
‑
50％):1；(2)用高剪切乳化机对步骤(1)获得的溶液进行剪切匀质后，在搅拌状态下，缓慢加入偶联剂溶液，对溶液中的碳纳米管颗粒进行进一步表面修饰处理，得到具有良好流动性、易分散性和稳定性的溶液；(3)将步骤(2)制得的溶液通过纺前在线添加的方式，与腈纶纺丝原液进行在线共混，之后根据常规方式经过纺丝、水洗、牵伸、上油、烘干、卷曲和热定型，得到碳纳米管抗静电腈纶。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管抗静电腈纶纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的溶剂为51wt％
‑
58wt％NaSCN水溶液。3.根据权利要求1所述的一种碳纳米管抗静电腈纶纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的分散剂选自亚甲基双荼磺酸钠、甲基萘磺酸盐甲醛缩合物、苄基萘磺酸盐甲醛缩合物、萘磺酸钠盐甲醛缩合物、酚磺酸盐甲醛缩合物、酸改性木质素磺酸盐、碱改性木质素磺酸盐中的一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述的一种碳纳米管抗静电腈纶纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中一种或两种；所述偶联剂和碳纳米管的重量按照固体对固体比为(0.05％
‑
3.0％)：1。5.根据权利要求4所述的一种碳纳米管抗静电腈纶纤维的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自γ
‑
哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ－二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、N
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(β
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氨乙基)
‑
γ
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氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
环己基<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭辉，奚伟锋，杨雪红，常丽，
申请(专利权)人：中国石化上海石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：