專利名稱：纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紡織品的功能性加工領(lǐng)域，尤其涉及纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物及其制備方法。
背景技術(shù)：
紡織材料是電的不良導(dǎo)體，它們具有很高的比電阻。在反復(fù)的摩擦過程中，電荷在纖維表面轉(zhuǎn)移，而強大的比電阻阻礙了電荷的快速逸散，所以當(dāng)摩擦組件分離時，纖維便帶上了電荷，形成靜電現(xiàn)象。據(jù)測試，當(dāng)材料上積聚有2000V靜電時就會出現(xiàn)明顯的電擊感，從而導(dǎo)致人體的不適感，而且還容易使紡織品吸附大量的塵埃等雜質(zhì)降低紡織品的品質(zhì)，甚至成為可燃性氣體燃燒、爆炸的誘因。
多年來，國內(nèi)外科研人員一直在尋求解決織物帶靜電的方法。經(jīng)過大量研究工作，目前基本采用以下三種方式1)用導(dǎo)電纖維編入織物中；2)應(yīng)用共混紡絲方法，把抗靜電劑混入纖維內(nèi)部；3)應(yīng)用抗靜電劑對纖維制品進(jìn)行表面整理，通過熱處理發(fā)生交聯(lián)而固著，或通過樹脂載體而粘附于織物表面，降低表面電阻，減少靜電聚集，從而達(dá)到抗靜電目的。
羊毛作為一種天然纖維，由于其手感柔軟，質(zhì)地堅牢，并具有良好的卷曲彈性和保暖性，光澤自然柔和，一直是比較高檔的紡織原料，深受廣大消費者的喜愛。但在穿著過程中容易產(chǎn)生靜電，尤其在干燥的冬季更是有明顯的電擊感，而且這些靜電吸附大量的塵埃等雜質(zhì)，嚴(yán)重影響了羊毛的服用性。在羊毛織物的抗靜電加工問題上，因羊毛纖維是天然纖維，所以共混紡絲不用考慮，無法實現(xiàn)；而把導(dǎo)電纖維編入織物中，不僅工藝復(fù)雜，而且嚴(yán)重改變羊毛本來面貌，也不可取；因此從實際生產(chǎn)可能性出發(fā)，目前羊毛的抗靜電加工基本采用上述方法中的第三種方法，即對織物表面進(jìn)行抗靜電整理。
抗靜電整理一般是用具有能夠提高纖維回潮率或吸濕能力的抗靜電劑對纖維制品進(jìn)行整理，如漢高公司的烷醇磷酸酯、氨基烷基聚乙二醇醚、中國專利公開號為CN 1099823A中公開的烷基季銨鹽、聚丙烯酰胺、中國專利公開號為CN 1160788A中公開的蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、月桂酸酰二乙醇胺、硬脂酸聚氧乙烯醚等聚氧乙烯衍生物，明成化學(xué)工業(yè)公司的吸水性樹脂等，這些表面活性劑或吸水性樹脂的目的在于改善纖維表面的含水率，因為，當(dāng)纖維上含有較多的水分時，電荷可以通過水分快速逸出，即在兩摩擦界面分離的瞬間，電荷快速逸散。但這種親水性化合物又易溶于水中，因此耐洗牢度差。也有如日本專利JP8325478和中國專利公開號為CN 1350089A中公開的銻摻雜二氧化錫、如波蘭專利PL178064報道的碳黑、石墨或金屬粉末等無機固體抗靜電劑，但這種固體抗靜電劑需要與粘合劑一起使用才能附著到纖維上，因此工序繁雜，而且其抗靜電效果很大程度上依賴于粘合劑的粘附性、摩擦牢度等性能以及加工質(zhì)量等情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于克服目前羊毛織物容易產(chǎn)生靜電的缺陷，提供一種纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物。
本發(fā)明的再一目的是提供一種不使任何化學(xué)試劑制備纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物的方法，該方法是通過低溫等離子體這種干式處理工藝在羊毛纖維表面構(gòu)造納米級凹凸結(jié)構(gòu)，以及使羊毛纖維表面產(chǎn)生親水性基團來實現(xiàn)。
本發(fā)明通過用低溫等離子體這種干式處理工藝對羊毛纖維表面進(jìn)行物理與化學(xué)改性，首先在羊毛纖維表面構(gòu)造納米級凹凸結(jié)構(gòu)，大大增加羊毛纖維的比表面積，使羊毛纖維之間的抱合力提高，減少纖維之間的摩擦，同時在羊毛纖維表面產(chǎn)生親水性基團，使電荷通過水分快速逸出，從而達(dá)到抗靜電的目的。
當(dāng)利用低溫等離子體處理織物時，低溫等離子體中含有的離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子與纖維表面進(jìn)行各種相互作用。該處理會對纖維表面產(chǎn)生侵蝕作用，其原因大體上有兩種一種是等離子體中的電子、離子等粒子撞擊纖維表面的濺射侵蝕。另一種是等離子體中的化學(xué)活性種對纖維表面的化學(xué)侵蝕。就是這兩種侵蝕作用使羊毛纖維表面產(chǎn)生納米級凹凸結(jié)構(gòu)。同時低溫等離子體處理能有效地使纖維表面層產(chǎn)生大量自由基，該自由基接觸到空氣后便轉(zhuǎn)換成羧基、氨基、羥基等親水性基團。
本發(fā)明的纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物，是指構(gòu)成羊毛織物的纖維表面具有納米級凹凸形狀的結(jié)構(gòu)，其納米級凹凸結(jié)構(gòu)的形狀有多種多樣，其凹處的直徑或?qū)挒?0～200nm。
本發(fā)明的纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物的制備方法是，將羊毛織物放入低溫等離子體處理腔內(nèi)，然后將處理腔內(nèi)的壓力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性氣體調(diào)節(jié)處理腔內(nèi)的壓力為10～170Pa，優(yōu)選26～130Pa，更優(yōu)選26～85Pa；然后放電進(jìn)行低溫等離子體處理；功率是10～300W，優(yōu)選30～200W，更優(yōu)選50～100W，處理時間1～60min，優(yōu)選1.5～30min，更優(yōu)選5～20min。
在低溫等離子體處理時，若真空度過低，電子的平均自由程小，電子在一個碰撞周期內(nèi)從外電場獲得的能量小，因而能量高到足以激發(fā)電離氣體分子或原子的電子數(shù)目少，等離子體氛圍中活性粒子的數(shù)目少，能量低，作用于羊毛表面后的效果差；若真空度過高，氣體稀薄，粒子數(shù)目本身就少，可用于激發(fā)、電離生成活性粒子的粒子數(shù)目就更少，因而作用于羊毛表面的粒子數(shù)量少，兩個相反因素使得當(dāng)真空度適中時，才可獲得最佳的處理效果。低溫等離子體處理時，若放電功率太小，則所需處理時間過長；功率若太大，放電不穩(wěn)定，反應(yīng)不好控制。處理時間若過短，起不到效果；若過長，對纖維損傷較大。
所述的通入的氣體是空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、氦氣、氨氣等非聚合性氣體或它們的任意混合氣體。但從操作的簡易性和成本考慮優(yōu)選使用空氣。
本發(fā)明采用低溫等離子體對羊毛織物進(jìn)行處理，在羊毛纖維表面構(gòu)造納米級凹凸結(jié)構(gòu)，增加羊毛纖維的比表面積，使羊毛纖維之間的抱合力提高，減少纖維之間的摩擦，同時在羊毛纖維表面產(chǎn)生親水性基團，使電荷通過水分快速逸出，從而得到抗靜電性能優(yōu)異的羊毛織物。該技術(shù)不使用任何抗靜電劑，完全不同于以往抗靜電整理技術(shù)，工藝簡單、無廢水排放、無環(huán)境污染、節(jié)約能源、效果持久而優(yōu)異，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1比較例1未處理羊毛纖維的電子掃描顯微鏡照片。
圖2實施例1經(jīng)處理羊毛纖維的電子掃描顯微鏡照片。
圖3比較例1未處理羊毛織物的煙灰吸附試驗照片。
圖4實施例2經(jīng)處理羊毛織物的煙灰吸附試驗照片。
下面結(jié)合實施例和比較例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于此。
具體實施例方式
實施例1將羊毛織物放入低溫等離子體反應(yīng)室內(nèi)，抽真空，當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)壓力達(dá)到4Pa時開始通入空氣使反應(yīng)室內(nèi)真空度平衡在26Pa，然后進(jìn)行輝光放電，用100W功率進(jìn)行30min的放電處理。得到的纖維表面具有納米級凹凸結(jié)構(gòu)，其凹處的直徑或?qū)挒?0～200nm。
實施例2將羊毛織物放入低溫等離子體反應(yīng)室內(nèi)，抽真空，當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)壓力達(dá)到7Pa時開始通入氧氣使反應(yīng)室內(nèi)真空度平衡在160Pa，然后進(jìn)行輝光放電，用50W功率進(jìn)行60min的放電處理。得到的纖維表面具有納米級凹凸結(jié)構(gòu)，其凹處的直徑或?qū)挒?0～200nm。
實施例3將羊毛織物放入低溫等離子體反應(yīng)室內(nèi)，抽真空，當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)壓力達(dá)到7Pa時開始通入氦氣/氮氣(體積比為6/4)使反應(yīng)室內(nèi)真空度平衡在67Pa，然后進(jìn)行輝光放電，用300W功率進(jìn)行1min的放電處理。得到的纖維表面具有納米級凹凸結(jié)構(gòu)，其凹處的直徑或?qū)挒?0～200nm。
比較例1取一塊羊毛織物，不進(jìn)行任何處理。
纖維表面結(jié)構(gòu)分析使用JSM-6700F型電子掃描顯微鏡觀察羊毛表面結(jié)構(gòu)。
比較圖1與圖2可以知道，經(jīng)低溫等離子體處理后的羊毛纖維表面產(chǎn)生納米級凹凸結(jié)構(gòu)，其凹處的直徑或?qū)挒?0～200nm。該凹凸結(jié)構(gòu)將大大增加羊毛纖維比表面積，增加纖維間的抱合力，減少纖維之間的摩擦。
親水性測試用注射器將去離子水滴到織物上，觀察水在織物上的鋪展情況。將實施例1～3和比較例1的親水性測定結(jié)果示于表1。
表1

從上述表1可以知道經(jīng)低溫等離子體處理的羊毛織物親水性大大提高，這有利于電荷通過水分快速逸出，從而達(dá)到抗靜電的目的。
抗靜電性測試將羊毛織物裁成10cm×15cm大小，在室溫18℃、相對濕度45％的房間里放置24小時，然后在滌綸上摩擦10個來回，并放置于盛有新鮮煙灰的器皿的1cm高處，觀察吸附煙灰情況。
比較圖3和圖4可以看出，未處理羊毛織物吸附很多煙灰，而經(jīng)處理后的羊毛織物絲毫不吸附，其抗靜電性優(yōu)異。
耐洗牢度測試把在實施例1中得到的羊毛織物放入40℃的4g/L皂液中，浴比1∶50，每隔10min攪拌30s，30min后取出，用清水沖洗兩次，自然涼干。進(jìn)行同樣的抗靜電測試，其結(jié)果效果仍然優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物，其特征是在構(gòu)成羊毛織物的纖維表面具有納米級凹凸形狀的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的羊毛織物，其特征是所述的纖維表面具有納米級凹凸形狀的凹處的直徑或?qū)挒?0～200nm。
3.一種如權(quán)利要求1～2任一項所述的纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物的制備方法，其特征是將羊毛織物放入低溫等離子體處理腔內(nèi)，然后將處理腔內(nèi)的壓力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性氣體調(diào)節(jié)處理腔內(nèi)的壓力為10～170Pa，然后放電進(jìn)行低溫等離子體處理，功率是10～300W，處理時間1～60min。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的非聚合性氣體是空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、氦氣、氨氣或它們的任意混合氣體。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性氣體調(diào)節(jié)處理腔內(nèi)的壓力為26～130Pa。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性氣體調(diào)節(jié)處理腔內(nèi)的壓力為26～85Pa。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的放電功率為30～200W。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是所述的放電功率為50～10W。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的處理時間為1.5～30min。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是所述的處理時間為5～20min。
全文摘要
本發(fā)明屬于紡織品的功能性加工領(lǐng)域，尤其涉及纖維表面具有納米結(jié)構(gòu)的抗靜電羊毛織物及其制備方法。將羊毛織物放入低溫等離子體處理腔內(nèi)，然后將處理腔內(nèi)的壓力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性氣體調(diào)節(jié)處理腔內(nèi)的壓力為10～170Pa，并放電進(jìn)行低溫等離子體處理，在功率10～300W下處理1～60min，在羊毛纖維表面構(gòu)造納米級凹凸結(jié)構(gòu)，使羊毛纖維之間的抱合力提高，減少纖維之間的摩擦，同時在羊毛纖維表面產(chǎn)生親水性基團，使電荷通過水分快速逸出，從而得到抗靜電性能優(yōu)異的羊毛纖維。該技術(shù)不使用任何化學(xué)試劑，工藝簡單、無廢水排放、無環(huán)境污染、節(jié)約能源、效果持久而優(yōu)異，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號D06M10/00GK1548642SQ0312390
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者金鮮英, 劉必前, 江雷 申請人:中科納米技術(shù)工程中心有限公司