淺色聚對苯二甲酸丙二醇酯導電纖維及其製備方法與流程

2023-06-01 20:31:51

本發明涉及一種導電纖維及其製備方法，尤其是一種淺色聚對苯二甲酸丙二醇酯導電纖維及其製備方法，屬於導電纖維
技術領域：
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背景技術：
：生物基材料是指利用可再生物質，包括植物來源的碳水化合物、脂肪酸等，通過生物、物理或者化學等手段製造的一類新型材料，具有綠色、環境友好、可再生和生物可降解等特性。生物基材料有著非常廣闊的市場應用空間，在塑料業、包裝業、製造業和醫藥行業等領域有著大規模的需求。我國已經將生物基材料作為十三五戰略新興產業來發展，這對於推進經濟結構調整、加快轉變經濟發展方式、實現科學發展，具有重要的現實意義。聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是由對苯二甲酸(PTA)和1,3-丙二醇(PDO)縮聚而成的新型聚酯材料，由於1,3-丙二醇(PDO)可由玉米澱粉經微生物發酵生產，因此PTT也是一種新型生物基高分子材料，已成為十三五重點發展的生物基新型材料。PTT纖維具有良好的材料學性能，包括柔軟性、彈性回復性、抗折皺性、尺寸穩定性、易染色性和抗汙性等，它綜合了尼龍的柔軟性(比尼龍更好的色牢度)、腈綸的蓬鬆性(也能避免腈綸易磨損起球的缺點)、滌綸的抗汙性(也有較好的手感)、本身固有的彈性好的特點，是有重要發展前景的高分子材料之一。PTT纖維組合了PET聚酯和聚醯胺性質，適用於做紡織品和地毯，因分子中有附加的碳，易於染色，用於服裝，比常規聚酯拉伸性更好，柔軟性更好；用於地毯，耐磨耐汙，因此可逐步替換PET、PA6、PA66，成為21世紀的新型化纖。雖然PTT纖維性能優異，它的體積比電阻、感應電壓和放電半衰期均低於PET和PA6，但它仍屬於本徵不抗靜電的材料，對PTT纖維進行抗靜電處理仍十分必要。抗靜電的方法包括表面處理法、添加抗靜電劑(包括表面活性劑型溼度依賴型抗靜電劑、摻雜型金屬氧化物導靜電劑以及碳黑導電劑等)混紡法、添加金屬纖維、以及採用複合紡絲工藝生產永久抗靜電纖維等。在現有技術製備的PTT防靜電纖維中，專利申請CN102220658A公開了一種聚對苯二甲酸丙二醇酯納米導電纖維，以碳納米管為模板進行靜電紡絲製備PTT納米導電纖維的方法，這種方法難以規模化生產；CN104862815A公開了一種基於聚對苯二甲酸丙二醇酯的抗菌防靜電纖維，採用溼度依賴型表面活性劑抗靜電劑HKD-510和HKD-912製備PTT抗靜電纖維的方法，這種方法製得的防靜電纖維產品在溼度低時將失去作用；專利申請CN104845238A公開的基於聚對苯二甲酸丙二醇酯的阻燃抗靜電母粒及CN104861504A公開的一種抗靜電聚對苯二甲酸丙二醇酯的母粒，都是採用和專利申請CN104862815A類似的方法，達不到永久抗靜電的效果。而用碳黑作導電劑製備的導電纖維產品，雖然抗靜電效果好且為永久抗靜電產品，但其色澤深，在紡織品應用上受到限制。以上都說明迫切需要一種淺色的聚對苯二甲酸丙二醇酯導電纖維產品。功能性纖維是指能提供舒適性、保健性、安全性等方面特殊功能以及能在特殊條件下應用的纖維材料，集穿著舒適性和功能性於一身，使化學纖維紡織品在視感、觸感、手感等方面成為具有高感性的材料，滿足了人們日益增加的對個性化、品味化、精緻化、舒適性、功能性紡織品的追求。國內外各種功能性纖維紡織品不斷問世，也越來越受到消費者的青睞和關注，成為引導市場和提高企業生存能力的重要因素，如抗菌、抗靜電、紫外屏蔽、負氧離子等高功能纖維的應用大大增多。化學纖維抗靜電特別是永久抗靜電是重要的功能性之一，因此本發明的淺色聚對苯二甲酸丙二醇酯永久抗靜電纖維具有十分廣闊的應用價值和市場前景。技術實現要素：本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種淺色聚對苯二甲酸丙二醇酯導電纖維及其製備方法，能夠達到主抗靜電和淺色的效果。按照本發明提供的技術方案，所述淺色聚對苯二甲酸丙二醇酯導電纖維，其特徵是：所述導電纖維由導電部分和非導電部分複合而成；所述導電部分包括PTT材料、摻雜型金屬氧化物導電劑和助劑，非導電部分為PTT材料；所述導電部分佔導電纖維總重量的10～40％，導電部分中摻雜型金屬氧化物導電劑的含量為30～80wt％；所述助劑的用量以摻雜型金屬氧化物導電劑的量計，包括0.5～1wt％偶聯劑、2～5％wt分散劑、0.2～0.8wt％抗氧化劑和0.5～2wt％潤滑劑。在一個具體實施方式中，所述偶聯劑採用鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑；所述分散劑採用聚酯蠟分散劑；所述抗氧化劑採用抗氧化劑1010或/和抗氧化劑DLTP；所述潤滑劑採用硬酯酸鎂或硬酯酸鋅。在一個具體實施方式中，所述導電纖維為皮芯型複合結構，導電部分位於皮層或芯層；或者，所述導電纖維中的導電部分呈1-10個葉形分布於非導電部分，導電部分被包裹在非導電部分中，或者，導電部分的局部露出於導電纖維的外表面。在一個具體實施方式中，所述摻雜型金屬氧化物導電劑為鋁摻雜氧化鋅、錫摻雜氧化銦、銻摻雜氧化錫或銻摻雜氧化錫(ATO)包覆納米二氧化鈦。在一個具體實施方式中，所述摻雜型金屬氧化物導電劑的粒徑為50～800納米，電阻率為10-2～102Ω·cm。在一個具體實施方式中，所述導電纖維的電阻率為102～107Ω·cm；所述導電纖維的單絲線徑為5～100微米。所述淺色聚對苯二甲酸丙二醇酯導電纖維的製備方法，其特徵是，包括以下步驟：(1)製備PTT導電母粒：將摻雜型金屬氧化物導電劑、助劑和PTT聚酯切片進行預捏合，然後經雙螺杆熔融共混、擠出、水冷、切粒製得導電劑含量為30～80wt％的白色或灰白色PTT導電母粒；(2)將PTT切片與PTT導電母粒分別用螺杆擠出機熔融輸送，經計量泵計量分配到複合型噴絲板的各個噴絲孔，從噴絲孔中射出，最後經側吹風冷卻凝固、牽伸、上油、導絲、卷繞即得到所述的導電纖維。在一個具體實施方式中，所述步驟(1)中預捏合的溫度為90℃～150℃，時間為30～120min；雙螺杆熔融共混、擠出的溫度設定為一區80-100℃，二區為150-200℃，三區到擠出口各區的溫度為250-270℃，螺杆的長徑比為1:10-1:50。在一個具體實施方式中，所述步驟(2)中螺杆擠出機的溫度為230～270℃，箱體溫度為270℃。在一個具體實施方式中，所述步驟(2)側吹風風壓為50～500Pa，風速為0.2～1.2m/s，風溫為15～20℃，風溼度為65～80％；所述牽伸卷繞速度為2000-5000m/min；所述PTT切片預先經過乾燥，含水率控制在30ppm以下，乾燥過程為：用流化床預結晶，溫度為170℃，乾燥塔入口風溫為165℃，乾燥風流量為180m3/h，露點為-70℃，乾燥時間6～8小時；所述PTT導電母粒預先經過乾燥，含水率控制在60ppm以下，乾燥過程為：採用真空轉鼓乾燥，乾燥溫度為120～140℃，真空度小於0.001MPa，乾燥時間為10～15小時。本發明具有以下有益效果：(1)本發明採用摻雜型金屬氧化物導電劑製造的永久抗靜電淺色PTT導電纖維，導電效果好，具有永久抗靜電的效果，導電劑與纖維融為一體，耐洗效果很好。(2)本發明採用複合紡絲技術，使導電劑在纖維中集中分布，大大提高了纖維導電性能，本發明產品的電阻率與混合紡絲工藝相比降低102以上；並且本發明所述的導電纖維不受空氣溼度的影響。(3)本發明的淺色PTT永久性導電纖維性能和常規生產的PTT纖維、其它PTT抗菌纖維、PTT阻燃纖維等有完全的相似性，可以通過纖維之間的複合、混紡以及對纖維進行加捻、加彈、加網絡等加工形式生產可用於織造的纖維形式，廣泛應用於毯類面料、家紡類面料等領域。附圖說明圖1為本發明所述導電纖維的第一種結構的示意圖。圖2為本發明所述導電纖維的第二種結構的示意圖。圖3為本發明所述導電纖維的第三種結構的示意圖。圖4為本發明所述導電纖維的第四種結構的示意圖。附圖標記說明：1-導電部分、2-非導電部分。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。本發明所述淺色聚對苯二甲酸丙二醇酯導電纖維由導電部分和非導電部分組成，採用複合紡絲工藝製成；其中的導電部分由PTT材料、摻雜型金屬氧化物導電劑及助劑組成，非導電部分為PTT材料，由於摻雜型金屬氧化物導電劑色淺或接近白色，並且在製備過程中和纖維本身融為一體，達到了永久抗靜電和淺色的效果。在本發明中，非特別指出的原材料均屬常規材料，可以從市場上購買。本發明根據摻雜型金屬氧化物導電劑在塑料中導電的滲逾閾值理論，採用複合紡絲技術，使導電部分集中分布於導電層上，與混合紡絲工藝相比體現更好的導電性，在纖維中摻雜型金屬氧化物導電劑用量相同的情況下，用電阻率表示的導電性差異在102以上。實施例1：將12公斤錫摻雜氧化銦、80克鋁酸酯偶聯劑、聚酯蠟分散劑300克、1010和DLTP'復配抗氧化劑30克、硬酯酸鎂80克和7.5公斤PTT聚酯切片進行預捏合，捏合溫度為120℃，捏合時間為60min；然後經過雙螺杆擠出機熔融共混製得錫摻雜氧化銦導電劑劑含量為60wt％的導電母粒，充分乾燥備用。將乾燥好的80公斤非導電部分PTT切片和上述導電母粒分別用螺杆擠出機熔融輸送熔體，熔體分別經過各自計量泵精確計量後，按一定比例(導電部分佔纖維總重量的20wt％)進入內嵌外導三葉形複合紡絲組件複合，從噴絲孔中射出，形成熔體細流。熔體細流被冷卻風冷卻，凝固成初生絲條，其中側吹風風壓為80Pa，風速為0.8m/s；風溫為15℃，風溼度為65％。冷卻後絲束經導絲器由專用油劑上油後，通過甬道到達卷繞工序，經上下導絲盤改變走向、調節張力後，進入卷繞機卷繞成絲餅，牽伸卷繞速度為3800m/min。得到20D/4fPTT導電纖維，其中導電部分佔20wt％。錫摻雜氧化銦佔纖維總量的12wt％。實施例1得到的導電纖維的截面中，導電部分為三個葉形，嵌在非導電部分，並且葉形的外端部外露於導電纖維表面。實施例1得到的淺色三葉外導導電纖維，採用高阻計測電阻為6×108Ω/cm，電阻率為8×103Ω·cm。實施例2：將12公斤銻摻雜氧化錫、80克鋁酸酯偶聯劑、聚酯蠟分散劑300克、1010和DLTP'復配抗氧化劑30克、硬酯酸鎂80克和7.5公斤PTT聚酯切片進行預捏合，捏合溫度為120℃，捏合時間為60min；然後經過雙螺杆擠出機熔融共混製得銻摻雜氧化錫導電劑劑含量為60wt％的導電母粒，充分乾燥備用。將乾燥好的80公斤非導電部分PTT切片和上述導電母粒分別用螺杆擠出機熔融輸送熔體，熔體分別經過各自計量泵精確計量後，按一定比例(導電部分佔纖維總重量的25wt％)進入皮芯外導型複合紡絲組件複合，從噴絲孔中射出，形成熔體細流。熔體細流被冷卻風冷卻，凝固成初生絲條，側吹風風壓為120Pa，風速為1.0m/s；風溫為18℃，風溼度為70％。冷卻後絲束經導絲器由滌綸油劑上油後，通過甬道到達卷繞工序，經上下導絲盤改變走向、調節張力後，進入卷繞機卷繞成絲餅，牽伸卷繞速度為3200m/min。得到20D/4f皮芯外導PTT淺色導電纖維，其中導電部分佔25wt％，銻摻雜氧化錫佔纖維總量的15wt％。實施例2得到的導電纖維為皮芯結構，皮芯為導電部分，如圖1所示。採用高阻計測電阻為2.5×108Ω/cm，電阻率為4×103Ω·cm。實施例3：將14公斤導電二氧化鈦(銻摻雜氧化錫包覆)、80克鋁酸酯偶聯劑、聚酯蠟分散劑400克、1010和DLTP'復配抗氧化劑30克、硬酯酸鎂80克和5.5公斤PTT聚酯切片進行預捏合，捏合溫度為150℃，捏合時間為30min；然後經過雙螺杆擠出機熔融共混製得導電二氧化鈦導電劑劑含量為70wt％的導電母粒，充分乾燥備用。將乾燥好的80公斤非導電部分PTT切片和上述導電母粒分別用螺杆擠出機熔融輸送熔體，熔體分別經過各自計量泵精確計量後，按一定比例(導電部分佔纖維總重量的15wt％)進入一葉形外導複合紡絲組件複合，從噴絲孔中射出，形成熔體細流。熔體細流被冷卻風冷卻，凝固成初生絲條，其中側吹風風壓為200Pa，風速為1.2m/s；風溫為20℃，風溼度為70％％。冷卻後絲束經導絲器由滌綸油劑上油後，通過甬道到達卷繞工序，經上下導絲盤改變走向、調節張力後，進入卷繞機卷繞成絲餅，牽伸卷繞速度為4200m/min。得到20D/4f一字形外導PTT淺色導電纖維，其中導電部分佔15wt％，導電二氧化鈦佔纖維總量的10.5wt％。實施例3得到的導電纖維的截面中，導電部分呈一個葉形，嵌在非導電部分，並且葉形的外端外露於導電纖維表面，如圖1所示。高阻計測電阻為2.5×109Ω/cm，電阻率為4×104Ω·cm。實施例4：將8公斤鋁摻雜氧化鋅、80克鋁酸酯偶聯劑、聚酯蠟分散劑250克、1010和DLTP'復配抗氧化劑40克、硬酯酸鎂50克和11.5公斤PTT聚酯切片進行預捏合，捏合溫度為100℃，捏合時間為90min；然後經過雙螺杆擠出機熔融共混製得鋁摻雜氧化鋅導電劑劑含量為40wt％的導電母粒，充分乾燥備用。將乾燥好的80公斤非導電部分PTT切片和上述導電母粒分別用螺杆擠出機熔融輸送熔體，熔體分別經過各自計量泵精確計量後，按一定比例(導電部分佔纖維總重量的35wt％)進入皮芯內導複合紡絲組件複合，從噴絲孔中射出，形成熔體細流。熔體細流被冷卻風冷卻，凝固成初生絲條，其中側吹風風壓為180Pa，風速為0.6m/s；風溫為18℃，風溼度為75％。冷卻後絲束經導絲器由滌綸油劑上油後，通過甬道到達卷繞工序，經上下導絲盤改變走向、調節張力後，進入卷繞機卷繞成絲餅，牽伸卷繞速度為4000m/min。得到20D/4f皮芯內導PTT淺色導電纖維，其中導電部分佔15wt％，鋁摻雜氧化鋅佔纖維總量的14wt％。實施例4得到的導電纖維的截面如圖3所示，為皮芯結構，皮層為非導電部分，芯層為導電部分。採用高阻計測電阻(測定時纖維兩端塗上導電膠)為8×109Ω/cm，電阻率為1×105Ω·cm。對比例：混合紡工藝將實施例1中的複合紡絲工藝改成混合紡絲工藝。將實施例中製得的導電母粒，充分乾燥備用。將乾燥好的80公斤非導電部分PTT切片和上述導電母粒按導電母粒佔總量的20％的比例充分混合，用螺杆擠出機熔融輸送熔體，熔體經過計量泵計量後，進入紡絲組件從噴絲孔中射出，形成熔體細流。熔體細流被冷卻風冷卻，凝固成初生絲條，其中側吹風風壓為80Pa，風速為0.8m/s；風溫為15℃，風溼度為65％。冷卻後絲束經導絲器由專用油劑上油後，通過甬道到達卷繞工序，經上下導絲盤改變走向、調節張力後，進入卷繞機卷繞成絲餅，牽伸卷繞速度為3800m/min。得到100D/48fPTT導電纖維，其中錫摻雜氧化銦佔纖維總量的12wt％.高阻計測電阻為2×1012Ω/cm，電阻率為1.5×108Ω·cm。本發明具有以下有益效果：(1)本發明採用摻雜型金屬氧化物導電劑製造的永久抗靜電淺色PTT導電纖維，導電效果好，與對比文件所採用的溼度依賴型抗靜電劑相比，更具有永久抗靜電的效果，導電劑與纖維融為一體，耐洗效果很好。(2)本發明採用複合紡絲技術，使導電劑在纖維中集中分布，大大提高了纖維導電性能，本發明產品的電阻率與混合紡絲工藝相比降低102以上，測試數據如表1：表1(3)本發明的導電纖維為淺色永久性抗靜電，不受環境因素影響。表2溼度對摻雜型金屬氧化物型導電纖維導電性能的影響測試90％70％50％30％20％實施例16×1086.5×1086.7×1086.6×1086.7×108由表1、表2可以看出，本發明所述的導電纖維不受空氣溼度的影響。(4)本發明的淺色PTT永久性導電纖維性能和常規生產的PTT纖維、其它PTT抗菌纖維、PTT阻燃纖維等有完全的相似性，可以通過纖維之間的複合、混紡以及對纖維進行加捻、加彈、加網絡等加工形式生產可用於織造的纖維形式，廣泛應用於毯類面料、家紡類面料等領域。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp