XFZ-03抗静电剂的合成与应用
江苏省纺织研究所 刘际平 宋吉英 蔡贤卿
提要
本文介绍了XFZ-03抗静电剂的抗静电机理、主要合成反应、流程及其在腈纶、涤纶、锦纶、丙纶、毛/涤混纺交织物上的应用性能。试验结果表明；该抗静电剂抗静电效果好，
适用范围广，使用方便，且能改善织物的服用性能，是一种适应多种合纤织物的较好的抗静电剂。
一、前言
为了获得合成纤维织物良好的抗静电整理效果，选择恰当的抗静电剂和合理的整理工艺极为重要。对纤维进行静抗电整理，一般有三种基本方法；l、赋予亲水性乃至吸湿性化合物；2、赋予离子导电性化合物等良导体物质；3、赋予介电常数大的物质。采用第一种方法时受相对温、湿度影响，其余则不受影响[1]。加工时采用浸轧法或吸尽法。根据产品的最终用途、材料的构成，染色工艺采取恰当的加工方法及使用浓度，便获得最佳效果。
纯涤纶织物所用的抗静电剂较多，国外代表性产品有英国I.C.I的Permalose T、TG、TM；美国杜邦的Zelcon型；西德汉高的Nonax型等。其分子结构主要是聚乙二醇聚醚酯嵌段共聚物；聚乙二基甲基丙烯酸酯，硫酸二甲基季铵化合物；聚乙二基胺乙酰胺季铵化合物；聚乙二醇聚胺；聚乙二醇环氧氯丙烷和聚胺的化合物。
国内用于涤纶织物的抗静电剂主要有青岛的抗静电剂G；天津的331；无锡的XFZ-01和常州的CAS等。这些抗静电剂大多属聚醚酯类结构。通过次级力同涤纶分子中的结构发生共晶效应[2]，抗静电效果比较明显，但对其它合成纤维及其混纺交织物效果较差。近年来，我们重点针对腈纶纤维的抗
静电整理，研制了XFZ-03抗静电剂(以下简称XFZ-03)。在大量试验过程中，通过对涤纶、锦纶、丙纶及毛/涤等混纺交织物小样和大样的抗静电整理，发现其效果亦很明显，并具有一定的耐洗性能。
二、XFZ-03的抗静电机理
绝缘体经过激烈摩擦后，能产生静电荷并积聚起来，这就叫静电现象，或摩擦生电。静电有利有弊，这是众所周知的。消除静电的方法较多。用于织物后整理最容易的是进行表面处理[3]。
应用抗静电剂对织物进行抗静电整理，目的是减少静电产生、提高静电逸散速度、或通过两者相结合的方式起到抗静电作用，以后者为多见[4]。合成纤维抗静电机理是抑制静电发生量和增大静电漏失，(1)使用抗静电剂 (2)调节服用环境温、湿度。使用抗静电剂处理织物，提高织物表面的亲水
性能，增加其导电率[5]。经整理后，表面活性吸附在被处理物的表面，形成连续的抗静电液膜。由于表面电阻很小，静电迅速泄漏。
XFZ-03是由聚乙二醇聚醚多胺衍生物组成的吸湿性物质。其抗静电机理主要是经整理后，大分子结构中的疏水基团吸附纤维，而亲水基团(如羟基、醚键等)指向空间吸湿导电，在范德华力和氢键作用下，牢牢吸附于纤维表面，形成易吸湿薄膜，亲水基团指向空间定向排列吸湿导电。当织物与织物，织物与外界(如人体、空气等)摩擦时，因摩擦系数降低，物体难于产生大量静电荷[6]。又由于亲水基吸湿使产生的静电迅速泄漏。因此，由静电引起的麻烦消失了。如不易吸灰，灰垢易去除，对人体无刺激等。
三、XFZ-03的合成
目前，国内外抗静电剂产品虽多，但在其分子结构中都含有一定量的亲水性基团。我们针对腈纶纤维的特性(如含有第三单体等)，根据原料来源等情况，决定选择弱阳离于型XFZ-03抗静电剂的合成技术路线，以西德汉高的Nonax l166作比较样，进行效果分析。
XFZ-03是由聚乙二醇环氧化合物和酰胺化合物缩聚而成的一种水溶性乳液，反应通过环化，酰化。缩聚乳化而成。
1、环化反应
聚乙二醇和环氧卤代烷在催化剂作用下，通过开环(强放热反应)和在碱性介质下闭环完成环化反应。其关键在于选择合适催化剂和控制滴加环氧卤代烷的速度以及反应温度。
2、醚化反应
RCOOH+H2N(C2H6N)nH→RCONH(C2H6N)mH+H2O
高级脂肪酸和有机胺在一定温度下反应生成有机酰胺。温度过低，则反应不完全；
|
过高，则出现过缩聚，生成 |
|
构的产物。一般控制在150-200℃范围内。反应产物中的低沸组分，通过抽真空等方法加以提纯。
3、缩聚乳化
n、m，1-40整数，
R，C1-C20饱和烃或不饱和烃；
R'、R"，含环氧基及其产物；
X，卤代物；
Me，碱金属。
缩聚反应是将反应完全的环化物和酰化物，在一定时间及温度下进行缩聚。温度一般在30-80℃，时间在2-12小时内。前两个反应不完全，则缩聚时会出现分层，溶胀、粘结、搅拌困难等情况。反应完成后再乳化即得成品。
4、生产工艺流程简图
从主要化学反应和流程图可以看出，合成路线简单易行，操作方便，在对数百次小试测试基础上，进行重现性扩大试验，最后进行批量生产，形成200吨/年的生产能力。
四、XFZ-08的应用
1、 采用XF2-03防静电剂分别对腈纶、涤纶、锦纶、毛/
涤、丙纶等混纺交织物进行工艺应用试验，并与Nonax 1166进行对比。
(1)试验织物
腈纶针织物
l5OD经编涤纶织物
锦纶长丝织物
65/35毛/涤纶
涤/腈中长织物
涤/腈、涤/棉、丙纶交织双层织物
腈纶针织绒
(2)整理工艺
①织物；二浸二轧(4%)→烘干(80-100℃) →焙烘(150-180℃)。
②绒线；染色后加入4%XFZ-03，55℃，20'脱水烘干。
(3)整理效果(见表1)
表1
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|
腈纶 |
涤纶 |
锦纶 |
毛/涤 |
涤/腈中长 |
涤/腈、涤/棉、丙纶 |
腈纶针织绒 |
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Noaaxl166 |
1.8×107 |
5×157 |
5.5×107 |
9.5×107 |
/ |
/ |
2.1×108 |
|
XFZ-03 |
1.7×107 |
8×106 |
7.5×107 |
8×107 |
6.5×107 |
2.8×107 |
4.2×107 |
|
未经整理 |
3.7×1010 |
6.4×1010 |
1.1×1011 |
6.2×1011 |
1.2×1010 |
1.6×109 |
2.4×1010 |
测试条件RH65±5%，t2O±l℃(下同)。
测试仪器ZC31-1型超高阻计。
从表l可知，经整理后腈纶织物同Nonax 1166效果相仿，特别是腈纶针织绒优于Nonax 1166，其它织物效果也很接近。由此可见，XFZ-03使用方便，适应性广，效果显著。
2、 XFZ-03抗静电剂，除能适应多种合纤织物外，还能与
其它后整理剂，如2D树脂、三聚氰胺树脂、弱阴离子性有机硅整理剂、丙烯酸酯整理剂、聚醚酯等整理剂同浴拼用，相容性好，能获得综合效果。
(1)XFZ-03与2D、PK混用
①织物，150D经编涤纶
②工艺，二浸二轧(总浓度3%，各占1.5%)→烘干(80-100℃) →焙烘(150℃×2分钟)。
③整理效果(见表2)。
表2
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静电性 |
弹性 |
||
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表面电阻（Ω） |
半衰期(秒) |
急弹性(度) |
缓弹性(度) |
|
|
XFZ-03+2D |
3×107 |
＜0.5 |
267.8 |
281.8 |
|
XFZ-03+PK |
6×107 |
＜0.5 |
267.8 |
281.0 |
|
XFZ-03 |
2×107 |
＜0.5 |
260.4 |
271.8 |
|
未经整理 |
6×1011 |
＞600 |
258.4 |
269.8 |
2D、PK树脂已广泛应用于织物后整理，从表2可知，将2D或PK同XFZ-03拼用，既可获得抗静电效果，又能改善服用性能，增加整理织物的弹性。
(2)与阴离子丙烯酸硬挺剂混用
①织物；150D经编涤纶
②工艺；二浸二轧(总浓度3%，各占1.5%)→烘干(80-105论)→焙烘(150C×100秒)。
③整理效果(见表3)。
表3
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静电性 |
硬挺度(厘米) |
|
|
半衰期（秒） |
表面电阻(欧姆) |
||
|
XFZ-03+WF-822 |
＜0.5 |
2.5×107 |
3.5 |
|
XFZ-03 |
＜0.5 |
6.5×107 |
3.0 |
|
未经整理 |
＞600 |
6×1011 |
3.2 |
从表3可知；XFZ-30还具有一定的柔软效果。若与硬挺剂拼用，在保持硬挺作用的同时，使抗静电性增加，因此可适用于无纺布的生产。实践证明，若两者拼用，对提高无纺布质量、改善无纺布的性能有一定的效果，扩大了应用领域。
(3)与阴离子有机硅柔软剂拼用
①试验织物；150D经编涤纶
②工艺；二浸二轧(总浓度为3%，各占1.5%)→烘干(80-100℃)→焙烘(150℃×100秒)。
③整理效果(见表4)。
表4
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静电性 |
硬挺度(厘米) |
|
|
半衰期（秒） |
表面电阻(欧姆) |
||
|
XFZ-03+SAH-289 |
＜0.5 |
5×106 |
2.8 |
|
XFZ-03 |
＜0.5 |
6×107 |
3.0 |
|
未经整理 |
＞600 |
6×1011 |
3.2 |
由此可见，两者拼用，既能提高防静电效果，还能获得更好的柔软手感。
3、XFZ-03的耐洗性
我们在毛/涤纶织物上进行了耐洗性试验。从试验情况分析，经过一定洗涤后，仍有一定的抗静电效果，试验情况如下；
(1)织物；(45/55)毛/涤纶平纹织物
(2)工艺；二浸二轧(2-4%，轧余率60-80%)→烘干(100-105℃)→焙烘(170℃×40秒)→蒸呢。
整理效果(见表5)。
表5
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表面电阻(欧姆) |
手感 |
吸灰 |
|||
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L0未洗 |
L10 |
L20 |
L50 |
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XFZ-O3 |
1-7×107 |
6.5×109 |
8.5×109 |
7×109 |
软 |
不吸、少吸 |
|
未经整理 |
7.9×1010 |
/ |
/ |
/ |
糙 |
吸灰严重 |
注：L20 洗20分钟后，余类推。
洗涤条件，1克/升中性皂粉，40℃，浴比1:50，皂洗后用清水冲洗三次，烘干。
从测试情况看，经50分钟洗涤后，仍有一定的抗静电性，从直观吸灰情况看，仍比未整理的好。
XFZ-03自批量生产以来，在半年多时间里，已在无锡市第三毛纺厂、无锡市协新毛纺织染厂、无锡市色织四厂、无锡市品种研究所等单位进行应用，已整理涤/腈中长织物50万米，针织绒线300多公斤，不吸尘毛/涤纶2000多米，涤/腈、涤/棉、丙纶双层交织物500多米。目前正在做大量推广
应用工作，使更多厂家使用XFZ- 03抗静电剂。
五、结论
通过对XFZ-03抗静电剂的合成、应用及效果测试，可以得出如下结论；
l、XFZ-03抗静电剂是一只适用性较广的后整理助剂，特别适用于腈纶织物及针织绒线，还能用于涤纶、锦纶、丙纶、毛/涤纶等混纺交织物上，抗静电效果显著，能改善织物服用性能。
2、XFZ-03抗静电剂具有互容性好的特点，能与多种整理剂、柔软剂拼用，工艺应用简单，可取得多功能效果。
3、XFZ-03抗静电剂的合成工艺合理，操作简单，原料国产化，产品性能稳定。
4、鉴于目前对耐洗性条件要求不统一，如何更好地提高其耐洗涤效果，有待进一步探讨。
(*)XFZ-03抗静电剂由江苏省纺织研究所研制，江苏省如皋县助剂化工厂生产。
参考文献
[1]、[2]《印染译从》，83(7)
[3]、[6](日)矾田孝一、藤本武彦，《表面活性剂》
[4]《北京化纤技术资料》，83(2)
[5]《北京化纤技术资料》，84（4）