專利名稱：一種含納米ato的淺色復合導電纖維的制備方法
—種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法技術領域
本發(fā)明屬于復合纖維及其制備領域，特別涉及一種含納米ATO淺色復合導電纖維及其制備方法。
背景技術：
合成纖維與天然纖維相比，具有強度高、耐磨等優(yōu)點，已被廣泛應用于各個領域。 在加工或使用過程中由于摩擦而易產生靜電，當集聚的靜電高于500V時，會因放電產生火花、引起火災，高于8000V時，則會產生電擊現(xiàn)象。因此，自合成纖維問世以來，人們就一直致力于各有關抗靜電方面的研究。尤其是近十年來，高分子化學應用領域開發(fā)研究的進步， 在提高抗靜電性及耐久性方面都取得了一定的進展。
導電纖維的制備方法有許多種，隨著研究的不斷深入，根據(jù)制得纖維的最終性能和制備工藝，人們逐步淘汰了一些落后的制備方法。目前，制備到導電纖維的方法主要有三種:一是在纖維等紡織品表面用物理或化學方法使纖維表面形成金屬鍍層，這種方法由于形成的金屬鍍層往往使纖維的手感變得粗硬，難以進行紡織加工，且生產設備投資大，效率低，生產成本高；二是用化學方法在纖維表面形成半導體薄層，化學方法工藝較簡單，對纖維的物理機械性能影響不大，導電性較好，但導電耐久性較差；三是把導電微?；烊爰徑z熔體中，通過復合紡絲制成皮芯結構或海島結構的導電纖維，用這種方法制得的纖維導電耐久性優(yōu)良，且因加入導電粒子較少，不損害纖維的物理性能，因而受到廣泛關注。但是，采用這種工藝制備抗靜電纖維時，通常所使用的導電填料粒子尺寸多為μ m級，并不具有納米材料的特性，而且在成型加工過程中，往往會加重設備的損耗,不利于降低生產成本。同時, 由于大部分抗靜電添加物本身帶有顏色，造成纖維的后加工(尤其是染色時)困難。因此， 開發(fā)成本低、性能優(yōu)良的導電纖維就顯得尤為重要。
納米慘鋪二氧化錫(Antimony Doped Tin Oxide,簡稱ΑΤΟ)是一種N型半導體材料。與傳統(tǒng)的抗靜電材料相比，納米ATO導電粉體具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在良好的導電性，淺色透明性，良好的耐候性和穩(wěn)定性以及低的紅外發(fā)射率等方面，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦投喙δ軐щ姴牧?。在許多應用條件下，對導電纖維的顏色和透明度有一定要求，而碳黑及金屬等傳統(tǒng)導電填料則不可避免地影響了最終產品的質量，納米級金屬氧化物粉體的淺色透明特征正好填補這一空白，可制得淺色、高透明度的導電纖維。
近年來已經(jīng)有研究者將納米ATO導電粉用于制備抗靜電纖維，如CN186991A采用納米粉體ATO粉為抗靜電劑，以聚乙烯亞胺(PEI)為分散劑，將納米ATO穩(wěn)定均勻地分散于去離子水中，并將該懸浮液作為聚丙烯腈纖維紡絲過程的預熱浴，來改善纖維的抗靜電性， 這種方法在紡絲過程的后期加入，存在導電功能不夠持久的問題。專利CN1765951A公開了一種抗靜電滌綸納米復合材料及其制備方法，是以苯二甲酸、乙二醇、納米ΑΤ0、催化劑及穩(wěn)定劑為原料，采用原位復合聚合的方法制得，這種方法納米ATO能夠均勻分散，抗靜電性能持久，但是工藝過程復雜。專利CN101085845A公開的一種導電纖維母粒及其制備方法，這種導電 母粒以聚丙烯為基體，以ATO為導電劑，采用熔融共混造粒制得，這種制備方法工藝簡單成本低廉，但是需要加入18%以上的導電粉體，導電粉體加入量過大將會影響基體材料本身的各種性能。
目前的一個趨勢是使用多相高聚物共混體系來降低導電高聚物中導電填料的含量，高聚物共混物的相分離和無機導電材料選擇性地分散到某一相中，能夠在導電劑用量較低的情況下獲得高電導率的復合材料，另一方面能夠提供比較好的加工性能，并且有效的減弱了由于填料含量增加而造成的機械性能下降的影響。高聚物共混物的相分離和無機導電材料控制導電粒子在體系中的分布和排列方式是獲得高性能、低成本的導電纖維的重要途徑，也是導電高分子復合材料的發(fā)展趨勢。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法。
一種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，它的步驟如下:(1)將納米ATO與硅烷偶聯(lián)劑在有機溶劑中攪拌后干燥，硅烷偶聯(lián)劑的質量為納米ATO 質量的0.5-4%，硅烷偶聯(lián)劑與有機溶劑的比例為Ig:10-30ml，得到硅烷修飾的納米ATO ；(2)硅烷修飾的納米ΑΤ0、聚丙烯切片、聚對苯二甲酸乙二醇酯切片分別進行真空干燥后混合均勻，硅烷修飾的納米ATO的質量分數(shù)為5-15%，聚對苯二甲酸乙二醇酯的質量分數(shù)為20-35%，余量為聚丙烯，熔融紡絲，紡絲溫度260-300°C，紡絲速度為200-1000 m/min，得到初生導電纖維；(3)將初生導電纖維正在70-120°C的條件下熱牽伸，牽伸倍數(shù)為1.5-4倍，得到含納米 ATO的淺色復合導電纖維的制備方法。
所述步驟(I)中的硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH560或KH570。
所述步驟(I)中的有機溶劑為乙醇、乙二醇、三氯甲烷、四氫呋喃或丙酮。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用常規(guī)熔融紡絲技術制備納米ATO//聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯導電纖維，聚對苯二甲酸乙二醇酯與聚丙烯為不相容高聚物，在紡絲過程中由于受到連續(xù)相施加的剪切、拉伸等作用，聚對苯二甲酸乙二醇酯在聚丙烯基體中形成原位微纖；納米ATO選擇性的分散在聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖中；納米ATO//聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖在聚丙烯基體中形成連續(xù)網(wǎng)鏈狀微纖導電通道，得到復合導電纖維。這種方法降低材料的導電填料含量、提高導電性同時可以保持基體材料本身的物理機械性能。對設備無特殊要求。同時本專利提供的制備導電纖維的工藝路線經(jīng)濟、簡便、可工業(yè)化生產。
本發(fā)明利用聚合物共混物紡絲過程中形態(tài)控制方法，使分散相原位成微纖，并控制導電粒子選擇性分布于原位微纖中，從而簡便高效的獲得低成本、高性能的復合導電纖維。納米ATO的加入可以改善PP/PET兩相間答相容性，使PET在PP中的分散尺寸降低，分布更均勻，提高了纖維可紡性。本發(fā)明選用淺色納米ATO導電粉作為導電劑，易于染色，在民用服裝、室內裝飾、地毯、家用紡織品及在微電子、醫(yī)藥(含無菌、無塵服)、食品、精密儀器、生物技術等領域擁有更為廣闊的應用前景。
具體實施方式

實施例1將納米ATO與KH570 —起置于乙醇中充分攪拌均勻后干燥，得到偶聯(lián)劑處理的納米 ΑΤΟ。ΚΗ570用量為復配納米ATO質量的1%，每Ig偶聯(lián)劑使用乙醇20ml。取50g偶聯(lián)劑處理過的納米AT0、350gPET切片和600g聚丙烯切片分別真空干燥后混合均勻，按照常規(guī)熔融紡絲方法進行紡絲、牽伸。紡絲溫度270°C,紡絲速度為500 m/min,在100°C熱牽伸,牽伸倍數(shù)為3倍。此纖維中納米ATO的質量分數(shù)為5%，PET的質量分數(shù)為35%，PP的質量分數(shù)為 60%。纖維的電導率為10_8S/cm，強度為3.05 cN/dtex。
實施例2將納米ATO與KH570 —起置于乙醇中充分攪拌均勻后干燥，得到偶聯(lián)劑處理的納米 ΑΤΟ。ΚΗ570用量為復配納米ATO質量的1%，每Ig偶聯(lián)劑使用乙醇20ml。取IOOg偶聯(lián)劑處理過的納米AT0、300gPET切片和600g聚丙烯切片分別真空干燥后混合均勻，按照常規(guī)熔融紡絲方法進行紡絲、牽伸。紡絲溫度270°C,紡絲速度為500 m/min,在100°C熱牽伸,牽伸倍數(shù)為3倍。此纖維中納米ATO的質量分數(shù)為10%，PET的質量分數(shù)為30%，PP的質量分數(shù)為 60%。纖維的電導率為10_6S/cm，強度為2.89 cN/dtex。
實施例3將納米ATO與KH560 —起置于乙醇中充分攪拌均勻后干燥，得到偶聯(lián)劑處理的納米 ΑΤΟ。ΚΗ570用量為復配納米ATO質量的2%，每Ig偶聯(lián)劑使用丙酮15ml。取150g偶聯(lián)劑處理過的納米AT0、250gPET切片和600g聚丙烯切片分別真空干燥后混合均勻，按照常規(guī)熔融紡絲方法進行紡絲、牽伸。紡絲溫度280°C，紡絲速度為400 m/min，在100°C熱牽伸，牽伸倍數(shù)為2.5倍。此纖維中納米ATO的質量分數(shù)為15%，PET的質量分數(shù)為25%，PP的質量分數(shù)為60%。纖維的電導率為10_4S/cm，強度為2.70 cN/dtex。
實施例4將納米ATO與KH560 —起置于乙醇中充分攪拌均勻后干燥，得到偶聯(lián)劑處理的納米 ΑΤΟ。ΚΗ560用量為復配納米ATO質量的2%，每Ig偶聯(lián)劑使用丙酮30ml。取IOOg偶聯(lián)劑處理過的納米AT0、200gPET切片和700g聚丙烯切片分別真空干燥后混合均勻，按照常規(guī)熔融紡絲方法進行紡絲、牽伸。紡絲溫度270°C，紡絲速度為800 m/min，在100°C熱牽伸，牽伸倍數(shù)為3.5倍。此纖維中納米ATO的質量分數(shù)為10%，PET的質量分數(shù)為20%, PP的質量分數(shù)為70%。纖維的電導率為10_6S/cm，強度為3.14 cN/dtex。
實施例5將納米ATO與KH560 —起置于乙醇中充分攪拌均勻后干燥，得到偶聯(lián)劑處理的納米 ΑΤΟ。ΚΗ560用量為復配納米ATO質量的1%，每Ig偶聯(lián)劑使用丙酮15ml。取50g偶聯(lián)劑處理過的納米AT0、200gPET切片和750g聚丙烯切片分別真空干燥后混合均勻，按照常規(guī)熔融紡絲方法進行紡絲、牽伸。紡絲溫度270°C，紡絲速度為900 m/min，在110°C熱牽伸，牽伸倍數(shù)為4.5倍。此纖維中納米ATO的質量分數(shù)為5%，PET的質量分數(shù)為20%，PP的質量分數(shù)為 75%。纖維的電導率為10_9S/cm，強度為3.36 cN/dtex?！?br> 實施例6將納米ATO與KH560 —起置于乙醇中充分攪拌均勻后干燥，得到偶聯(lián)劑處理的納米 ΑΤΟ。ΚΗ560用量為復配納米ATO質量的2%，每Ig偶聯(lián)劑使用丙酮20ml。取80g偶聯(lián)劑處理過的納米AT0、300gPET切片和620g聚丙烯切片分別真空干燥后混合均勻，按照常規(guī)熔融紡絲方法進行紡絲、牽伸。紡絲溫度280°C，紡絲速度為600 m/min，在110°C熱牽伸，牽伸倍數(shù)為3倍。此纖維中納米ATO的質量分數(shù)為8%，PET的質量分數(shù)為30%，PP的質量分數(shù)為 62%。纖維的電導率為10_6S/cm，強度為2.93 cN/dtex。
實施例7將納米ATO與KH570 —起置于乙醇中充分攪拌均勻后干燥，得到偶聯(lián)劑處理的納米 ΑΤΟ。ΚΗ570用量為復配納米ATO質量的2%，每Ig偶聯(lián)劑使用丙酮20ml。取120g偶聯(lián)劑處理過的納米AT0、200gPET切片和680gPP切片分別真空干燥后混合均勻，按照常規(guī)熔融紡絲方法進行紡絲、牽伸。紡絲溫度280°C，紡絲速度為800 m/min，在90°C熱牽伸，牽伸倍數(shù)為4.5倍。此纖維中納米ATO的質量分數(shù)為12%，PET的質量分數(shù)為20%, PP的質量分數(shù)為 68%。纖維的電導率為l(T7S/cm，強度為2.98 cN/dtex。
實施例8一種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，它的步驟如下:(1)將納米ATO與硅烷偶聯(lián)劑KH550在有機溶劑乙醇中攪拌后干燥，硅烷偶聯(lián)劑的質量為納米ATO質量的0.5%，硅烷偶聯(lián)劑與有機溶劑的比例為Ig:10ml，得到硅烷修飾的納米 ATO ；(2)硅烷修飾的納米ΑΤ0、聚丙烯切片、聚對苯二甲酸乙二醇酯切片分別進行真空干燥后混合均勻，硅烷修飾的納米ATO的質量分數(shù)為5%，聚對苯二甲酸乙二醇酯的質量分數(shù)為20%，余量為聚丙烯，熔融紡絲，紡絲溫度260°C，紡絲速度為200 m/min，得到初生導電纖維；(3)將初生導電纖維正在70°C的條件下熱牽伸，牽伸倍數(shù)為1.5倍，得到含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法。
實施例9一種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，它的步驟如下:(1)將納米ATO與硅烷偶聯(lián)劑KH570在有機溶劑四氫呋喃中攪拌后干燥，硅烷偶聯(lián)劑的質量為納米ATO質量的4%，硅烷偶聯(lián)劑與有機溶劑的比例為Ig:30ml，得到硅烷修飾的納米 ATO ；(2)硅烷修飾的納米ΑΤ0、聚丙烯切片、聚對苯二甲酸乙二醇酯切片分別進行真空干燥后混合均勻，硅烷修飾的納米ATO的質量分數(shù)為15%，聚對苯二甲酸乙二醇酯的質量分數(shù)為 35%，余量為聚丙烯，熔融紡絲，紡絲溫度300°C，紡絲速度為1000 m/min，得到初生導電纖維；(3)將初生導電纖維正在120°C的條件下熱牽伸，牽伸倍數(shù)為4倍，得到含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法。
實施例10一種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，它的步驟如下:(1)將納米ATO與硅烷偶聯(lián)劑KH560在有機溶劑丙酮中攪拌后干燥，硅烷偶聯(lián)劑的質量為納米ATO質量的2%，硅烷偶聯(lián)劑與有機溶劑的比例為Ig:20ml， 得到硅烷修飾的納米 ATO ；(2)硅烷修飾的納米ΑΤ0、聚丙烯切片、聚對苯二甲酸乙二醇酯切片分別進行真空干燥后混合均勻，硅烷修飾的納米ATO的質量分數(shù)為10%，聚對苯二甲酸乙二醇酯的質量分數(shù)為30%，余量為聚丙烯，熔融紡絲，紡絲溫度280°C，紡絲速度為500 m/min，得到初生導電纖維；(3)將初生導電纖維正在100°C的條件下熱牽伸，牽伸倍數(shù)為2倍，得到含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法。
上述實施例中，聚丙烯切片購自上海石化股份有限公司，纖維級，熔融指數(shù): 16g/10min (230°C, 2.16Kg);聚對苯二甲酸乙二醇酯切片購自江蘇恒力化纖有限公司，纖維級 ，特性粘度:0.678 (dl/g);納米ATO購自上海滬正納米科技有限公司，SnO2:Sb203=95: 5。
權利要求
1.一種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，其特征在于，它的步驟如下(1)將納米ATO與硅烷偶聯(lián)劑在有機溶劑中攪拌后干燥，硅烷偶聯(lián)劑的質量為納米ATO 質量的O. 5-4%，硅烷偶聯(lián)劑與有機溶劑的比例為Ig :10-30ml，得到硅烷修飾的納米ATO ；(2)硅烷修飾的納米ΑΤ0、聚丙烯切片、聚對苯二甲酸乙二醇酯切片分別進行真空干燥后混合均勻，硅烷修飾的納米ATO的質量分數(shù)為5-15%，聚對苯二甲酸乙二醇酯的質量分數(shù)為20-35%，余量為聚丙烯，熔融紡絲，紡絲溫度260-300°C，紡絲速度為200-1000 m/min，得到初生導電纖維；(3)將初生導電纖維正在70-120°C的條件下熱牽伸，牽伸倍數(shù)為I.5-4倍，得到含納米 ATO的淺色復合導電纖維的制備方法。
2.根據(jù)權利要求I所述的含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，其特征在于 所述步驟(I)中的硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH560或KH570。
3.根據(jù)權利要求I所述的含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，其特征在于 所述步驟(I)中的有機溶劑為乙醇、乙二醇、三氯甲烷、四氫呋喃或丙酮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法，它的步驟如下(1)將納米ATO與硅烷偶聯(lián)劑在有機溶劑中攪拌后干燥，得到硅烷修飾的納米ATO；(2)硅烷修飾的納米ATO、聚丙烯切片、聚對苯二甲酸乙二醇酯切片分別進行真空干燥后混合均勻，熔融紡絲，紡絲溫度260-300℃，紡絲速度為200-1000m/min，得到初生導電纖維；(3)將初生導電纖維正在70℃-120℃的條件下熱牽伸，牽伸倍數(shù)為1.5-4倍，得到含納米ATO的淺色復合導電纖維的制備方法。本發(fā)明利用聚合物共混物紡絲過程中形態(tài)控制方法，使分散相原位成微纖，并控制導電粒子選擇性分布于原位微纖中，從而簡便高效的獲得低成本、高性能的復合導電纖維。
文檔編號D01D5/12GK103255502SQ201310194460
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月23日 優(yōu)先權日2013年5月23日
發(fā)明者潘瑋, 張慧勤, 陳燕, 孫亞麗, 劉紅燕 申請人:中原工學院