专利名称：纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物及其制备方法
技术领域：
本发明属于纺织品的功能性加工领域，尤其涉及纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物及其制备方法。
背景技术：
纺织材料是电的不良导体，它们具有很高的比电阻。在反复的摩擦过程中，电荷在纤维表面转移，而强大的比电阻阻碍了电荷的快速逸散，所以当摩擦组件分离时，纤维便带上了电荷，形成静电现象。据测试，当材料上积聚有2000V静电时就会出现明显的电击感，从而导致人体的不适感，而且还容易使纺织品吸附大量的尘埃等杂质降低纺织品的品质，甚至成为可燃性气体燃烧、爆炸的诱因。
多年来，国内外科研人员一直在寻求解决织物带静电的方法。经过大量研究工作，目前基本采用以下三种方式1)用导电纤维编入织物中；2)应用共混纺丝方法，把抗静电剂混入纤维内部；3)应用抗静电剂对纤维制品进行表面整理，通过热处理发生交联而固着，或通过树脂载体而粘附于织物表面，降低表面电阻，减少静电聚集，从而达到抗静电目的。
羊毛作为一种天然纤维，由于其手感柔软，质地坚牢，并具有良好的卷曲弹性和保暖性，光泽自然柔和，一直是比较高档的纺织原料，深受广大消费者的喜爱。但在穿着过程中容易产生静电，尤其在干燥的冬季更是有明显的电击感，而且这些静电吸附大量的尘埃等杂质，严重影响了羊毛的服用性。在羊毛织物的抗静电加工问题上，因羊毛纤维是天然纤维，所以共混纺丝不用考虑，无法实现；而把导电纤维编入织物中，不仅工艺复杂，而且严重改变羊毛本来面貌，也不可取；因此从实际生产可能性出发，目前羊毛的抗静电加工基本采用上述方法中的第三种方法，即对织物表面进行抗静电整理。
抗静电整理一般是用具有能够提高纤维回潮率或吸湿能力的抗静电剂对纤维制品进行整理，如汉高公司的烷醇磷酸酯、氨基烷基聚乙二醇醚、中国专利公开号为CN 1099823A中公开的烷基季铵盐、聚丙烯酰胺、中国专利公开号为CN 1160788A中公开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，明成化学工业公司的吸水性树脂等，这些表面活性剂或吸水性树脂的目的在于改善纤维表面的含水率，因为，当纤维上含有较多的水分时，电荷可以通过水分快速逸出，即在两摩擦界面分离的瞬间，电荷快速逸散。但这种亲水性化合物又易溶于水中，因此耐洗牢度差。也有如日本专利JP8325478和中国专利公开号为CN 1350089A中公开的锑掺杂二氧化锡、如波兰专利PL178064报道的碳黑、石墨或金属粉末等无机固体抗静电剂，但这种固体抗静电剂需要与粘合剂一起使用才能附着到纤维上，因此工序繁杂，而且其抗静电效果很大程度上依赖于粘合剂的粘附性、摩擦牢度等性能以及加工质量等情况。
发明内容
本发明的目的之一在于克服目前羊毛织物容易产生静电的缺陷，提供一种纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物。
本发明的再一目的是提供一种不使任何化学试剂制备纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物的方法，该方法是通过低温等离子体这种干式处理工艺在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，以及使羊毛纤维表面产生亲水性基团来实现。
本发明通过用低温等离子体这种干式处理工艺对羊毛纤维表面进行物理与化学改性，首先在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，大大增加羊毛纤维的比表面积，使羊毛纤维之间的抱合力提高，减少纤维之间的摩擦，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，使电荷通过水分快速逸出，从而达到抗静电的目的。
当利用低温等离子体处理织物时，低温等离子体中含有的离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子与纤维表面进行各种相互作用。该处理会对纤维表面产生侵蚀作用，其原因大体上有两种一种是等离子体中的电子、离子等粒子撞击纤维表面的溅射侵蚀。另一种是等离子体中的化学活性种对纤维表面的化学侵蚀。就是这两种侵蚀作用使羊毛纤维表面产生纳米级凹凸结构。同时低温等离子体处理能有效地使纤维表面层产生大量自由基，该自由基接触到空气后便转换成羧基、氨基、羟基等亲水性基团。
本发明的纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物，是指构成羊毛织物的纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构，其纳米级凹凸结构的形状有多种多样，其凹处的直径或宽为30～200nm。
本发明的纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物的制备方法是，将羊毛织物放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～170Pa，优选26～130Pa，更优选26～85Pa；然后放电进行低温等离子体处理；功率是10～300W，优选30～200W，更优选50～100W，处理时间1～60min，优选1.5～30min，更优选5～20min。
在低温等离子体处理时，若真空度过低，电子的平均自由程小，电子在一个碰撞周期内从外电场获得的能量小，因而能量高到足以激发电离气体分子或原子的电子数目少，等离子体氛围中活性粒子的数目少，能量低，作用于羊毛表面后的效果差；若真空度过高，气体稀薄，粒子数目本身就少，可用于激发、电离生成活性粒子的粒子数目就更少，因而作用于羊毛表面的粒子数量少，两个相反因素使得当真空度适中时，才可获得最佳的处理效果。低温等离子体处理时，若放电功率太小，则所需处理时间过长；功率若太大，放电不稳定，反应不好控制。处理时间若过短，起不到效果；若过长，对纤维损伤较大。
所述的通入的气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气等非聚合性气体或它们的任意混合气体。但从操作的简易性和成本考虑优选使用空气。
本发明采用低温等离子体对羊毛织物进行处理，在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，增加羊毛纤维的比表面积，使羊毛纤维之间的抱合力提高，减少纤维之间的摩擦，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，使电荷通过水分快速逸出，从而得到抗静电性能优异的羊毛织物。该技术不使用任何抗静电剂，完全不同于以往抗静电整理技术，工艺简单、无废水排放、无环境污染、节约能源、效果持久而优异，具有显著的经济效益和社会效益。
图1比较例1未处理羊毛纤维的电子扫描显微镜照片。
图2实施例1经处理羊毛纤维的电子扫描显微镜照片。
图3比较例1未处理羊毛织物的烟灰吸附试验照片。
图4实施例2经处理羊毛织物的烟灰吸附试验照片。
下面结合实施例和比较例进一步说明本发明，但本发明并不局限于此。
具体实施例方式
实施例1将羊毛织物放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到4Pa时开始通入空气使反应室内真空度平衡在26Pa，然后进行辉光放电，用100W功率进行30min的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。
实施例2将羊毛织物放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到7Pa时开始通入氧气使反应室内真空度平衡在160Pa，然后进行辉光放电，用50W功率进行60min的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。
实施例3将羊毛织物放入低温等离子体反应室内，抽真空，当反应室内压力达到7Pa时开始通入氦气/氮气(体积比为6/4)使反应室内真空度平衡在67Pa，然后进行辉光放电，用300W功率进行1min的放电处理。得到的纤维表面具有纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。
比较例1取一块羊毛织物，不进行任何处理。
纤维表面结构分析使用JSM-6700F型电子扫描显微镜观察羊毛表面结构。
比较图1与图2可以知道，经低温等离子体处理后的羊毛纤维表面产生纳米级凹凸结构，其凹处的直径或宽为30～200nm。该凹凸结构将大大增加羊毛纤维比表面积，增加纤维间的抱合力，减少纤维之间的摩擦。
亲水性测试用注射器将去离子水滴到织物上，观察水在织物上的铺展情况。将实施例1～3和比较例1的亲水性测定结果示于表1。
表1
从上述表1可以知道经低温等离子体处理的羊毛织物亲水性大大提高，这有利于电荷通过水分快速逸出，从而达到抗静电的目的。
抗静电性测试将羊毛织物裁成10cm×15cm大小，在室温18℃、相对湿度45％的房间里放置24小时，然后在涤纶上摩擦10个来回，并放置于盛有新鲜烟灰的器皿的1cm高处，观察吸附烟灰情况。
比较图3和图4可以看出，未处理羊毛织物吸附很多烟灰，而经处理后的羊毛织物丝毫不吸附，其抗静电性优异。
耐洗牢度测试把在实施例1中得到的羊毛织物放入40℃的4g/L皂液中，浴比1∶50，每隔10min搅拌30s，30min后取出，用清水冲洗两次，自然凉干。进行同样的抗静电测试，其结果效果仍然优异。
权利要求
1.一种纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物，其特征是在构成羊毛织物的纤维表面具有纳米级凹凸形状的结构。
2.如权利要求1所述的羊毛织物，其特征是所述的纤维表面具有纳米级凹凸形状的凹处的直径或宽为30～200nm。
3.一种如权利要求1～2任一项所述的纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物的制备方法，其特征是将羊毛织物放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～170Pa，然后放电进行低温等离子体处理，功率是10～300W，处理时间1～60min。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的非聚合性气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气或它们的任意混合气体。
5.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为26～130Pa。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是所述的通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为26～85Pa。
7.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的放电功率为30～200W。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是所述的放电功率为50～10W。
9.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的处理时间为1.5～30min。
10.如权利要求9所述的方法，其特征是所述的处理时间为5～20min。
全文摘要
本发明属于纺织品的功能性加工领域，尤其涉及纤维表面具有纳米结构的抗静电羊毛织物及其制备方法。将羊毛织物放入低温等离子体处理腔内，然后将处理腔内的压力抽至小于或等于10Pa，通入非聚合性气体调节处理腔内的压力为10～170Pa，并放电进行低温等离子体处理，在功率10～300W下处理1～60min，在羊毛纤维表面构造纳米级凹凸结构，使羊毛纤维之间的抱合力提高，减少纤维之间的摩擦，同时在羊毛纤维表面产生亲水性基团，使电荷通过水分快速逸出，从而得到抗静电性能优异的羊毛纤维。该技术不使用任何化学试剂，工艺简单、无废水排放、无环境污染、节约能源、效果持久而优异，具有显著的经济效益和社会效益。
文档编号D06M10/00GK1548642SQ0312390
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月20日 优先权日2003年5月20日
发明者金鲜英, 刘必前, 江雷 申请人:中科纳米技术工程中心有限公司