涤纶织物作为纺织品中的重要一类,以其优异的理化性能被广泛用于服装、装饰、产业等领域。涤纶分子链上含有大量酯基,仅存在两个端醇羟基,无其他极性基团,因此存在吸湿性差、易产生静电、纺织品舒适性差等缺陷,影响其应用范围[1]。纺织品防静电整理能够赋予纺织品高附加值和多功能性,满足市场需求。我们对目前耐久性防静电涤纶织物的研究进展进行分类总结,以期为改善高涤纶织物性能并拓展相关应用提供参考。1 防静电的途径和机理实现防静电的途径可分两种:减少静电产生总量或提高静电逸散速度。在给定的条件下,减少静电产生总量,即抑制静电发生,受限较大,较难实现。提高静电逸散速度是可行有效的途径。而提高静电逸散速度主要通过两种方式:静电中和与静电泄露。静电中和是指静电通过空气完成放电过程。对纺织品而言,气体放电主要通过电晕放电实现,亦被称为尖端放电[2⁃3]。静电泄露主要通过辐射与传导[4⁃5]。对于辐射(区别于静电中和,辐射一般伴随溶剂的挥发)而言,纺织品表面的水蒸发会带走部分电荷,从而达到防止静电累积。传导通常是使静电通过导体等被导向其他区域从而抑制静电放电。导电理论主要分为三类:导电通道理论、隧道效应理论与场致发射理论[6⁃8]。这三种理论共同解释了导电材料对于静电的传导过程。导电通道理论在宏观层面上解释了材料导电的原理,隧道效应理论与场致发射理论从微观层面上对其做出了解释。2 研究进展防静电整理分为暂时性防静电整理和耐久性防静电整理。暂时性防静电整理通过将不同类型的表面活性剂整理到织物上,使纤维表面亲水性加强,进而提高防静电性能。该整理方式受环境温湿度影响较大,但操作简单,成本低廉,至今仍有一些企业使用。由于表面活性剂对涤纶的亲和力不足,故暂时性防静电整理的涤纶织物防静电耐久性较差。近年来,耐久性防静电整理技术快速发展,主要包括三大类:在织物中嵌入导电纤维、对织物进行化学改性和对织物表面进行涂层整理。与暂时性防静电整理相比,其在防静电效果的耐久性和功能多样性方面均有明显优势。2.1 对织物表面进行化学改性织物表面的化学改性主要是通过轧⁃烘⁃焙工艺将永久性抗静电剂、金属粉末及其氧化物、高分子导电材料、碳系导电材料、复配导电材料等分散在液体中进行浸轧,而后烘干、焙烘得到防静电织物。该方法简单易操作,但是成本相对较高,而且耐久性效果不及其他两种。2.1.1 利用永久性抗静电剂改性刘艳等[9]采用自制阳离子型抗静电剂MP对涤纶珊瑚绒面料进行整理,其半衰期和静电压分别为0.2 s和18 V,均不到原样的1%,且经过30次洗涤后,半衰期0.4 s,静电压39 V,表现出了耐久的防静电性。在织物改性处理过程中,交联剂、催化剂的使用可有效提高织物的防静电效果。DINCMEN M等[10]采用等离子体法将二烯丙基二甲基氯化铵单体与二丙烯酸二乙二醇酯交联剂接枝聚合在涤纶织物上。该整理使织物静电压从原来的600 V降至13 V,半衰期从原来的2 000 s低至0.3 s,洗涤后织物静电压89.52 V,半衰期0.94 s,并获得了防紫外线功能。2.1.2 利用金属粉末及其氧化物改性常见的金属粉末有银粉、铜粉、镍粉等。其中,银粉导电性最佳,抗氧化且氧化产物亦能导电,但其价格昂贵,导电稳定性欠佳。铜粉导电性能优良,成本低,但其易氧化且氧化物为绝缘体。镍粉抗氧化性好,导电性稳定,且具有吸收和散射射线的电子矢量优点,但镍属于稀有金属,资源匮乏。虽然添加金属粉末能获得高电导率,但金属粉末价格昂贵、易氧化、导电稳定性差等不足,限制了其规模化应用。而金属氧化物如锑掺杂氧化锡、氧化铟锡、氧化锌铝等具有耐候性佳、色浅、永久导电等优势,是防静电材料研究的一个重要方向。王秋等[11]以钛酸四丁酯、氧化锌为前驱物,采用分步沉淀法合成了纳米TiO2/ZnO复合物并应用于涤纶织物整理。结果表明:其半衰期和静电压分别为1.26 s和0.6 kV,比原样分别降低了94%和49%。因为该整理在织物表面形成了一层TiO2/ZnO导电薄膜,加速了织物表面的电荷逸散。2.1.3 用高分子材料改性运用环保高效的织物预处理技术也是织物改性的一个重要环节。CHEN S等[12]以端基二苯甲酮季铵盐为防静电剂,采用一种新型环保的光化学处理对涤纶织物进行整理。研究发现:整理后的涤纶织物电荷密度下降至1 mC/m2,仅为原样的20%,静电电压从597 V降至132 V,半衰期由163 s下降到0.01 s,获得了耐久的防静电效果,此外还具备持久的抗菌防螨功能。蒋巍等[13]以双三羟甲基丙烷和三氯氧磷以及乙二胺为原料制备了双三羟甲基丙烷磷酸酯乙二胺盐,并对涤纶织物进行整理。结果表明:整理后的织物经过50次洗涤仍能保持良好的防静电性能。HU W等[14]采用蔗糖酯半镶嵌涤纶织物,然后使用自制交联剂将蚕蛹蛋白接枝到织物表面。研究发现:整理后的涤纶织物防静电性能优良,半衰期可降至0.3 s。2.1.4 利用碳系导电材料改性FAN L H等[15]利用一种新型掺杂氧化石墨烯的分散染料对涤纶织物进行防静电整理。研究表明:整理的织物表现出耐久的防静电性能,其表面电阻率可降至9.8×106 Ω,达到GB/T 12703.4—2010《纺织品 静电性能的评定 第4部分:电阻率》A级。ZHAO S等[16]通过超声辅助法制备了高分散磺化石墨烯,并采用浸轧烘焙法对涤纶织物进行整理。研究发现:整理后的织物经过20次洗涤后半衰期仍小于2 s,在GB/T 12703.1—2008《纺织品 静电性能的评定 第1部分:静电压半衰期》中防静电等级为A级,具有耐久的防静电性能。李亮等[17]通过多巴胺原位聚合和氧化石墨烯循环浸渍层层自组装负载制备了一种涤纶基防静电织物。经多巴胺原位聚合后的涤纶织物静电压和半衰期值明显下降,这是因为多巴胺在织物表面原位聚合形成了一层连续的亲水性聚多巴胺膜,加快了织物表面电荷的逸散;当多巴胺原位聚合负载15 g /L氧化石墨烯时,织物的静电压和半衰期大幅下降,均不到原样的32%和1%,体积电阻率低于1×106 Ω·cm。经15次水洗后,织物仍能保持耐久的防静电性。2.1.5 利用复配导电材料改性不同导电材料的作用机理和特性存在差异,将不同类型的导电材料以一定的比例混合使用,利用材料间的协同作用也是改善防静电材料导电性能、降低生产成本的有效方法。胡雪敏等[18]采用石墨烯⁃Fe3O4复合溶液对涤纶织物进行防静电整理。结果表明:整理后的涤纶针织物带电量较低,且经5次水洗仍具有较好的防静电性能。陈小婷等[19]通过Hummers法制备氧化石墨烯,再用水合肼将氧化石墨烯还原成石墨烯,再与水性聚氨酯复配对涤纶织物进行整理。当石墨烯质量浓度为5 g/L时,涤纶织物的静电压和半衰期由原样的2 860 V和300多秒分别下降到了932 V和0.54 s,可达到GB/T 12703.1—2008《纺织品 静电性能的评定 第1部分:静电压半衰期》所规定的A级。这是因为片状形式分布的石墨烯连接形成导电通路,极大地加快了织物表面的电荷逸散;经20次皂洗之后,织物的防静电性能略有下降,仍表现出了耐久的防静电效果。2.2 采用涂层整理技术用复合导电材料对基布表面进行涂层整理可赋予纺织品优良的防静电功能。该方法成本较低,操作简单,且产品的防静电耐久性仅次于嵌入导电纤维式整理。该方法对基布性能和纤维品种要求较低,但织物的透气性和手感会变差,可考虑将涂层设计成网格状[20]。2.2.1 单导电组分添加型涂层WANG C X等[21]采用等离子体预处理和单壁碳纳米管干法固化涂层的方法制备了具有不同防静电性能的涤纶织物。整理的织物不仅获得了耐久的防静电性,还具有轻便、环保等优点。章佳杰[22]以ATO共混聚氨酯防静电涂料对涤纶织物进行整理。整理后的织物静电半衰期降至0.24 s,静电压降至297 V;以溶胶凝胶法制备ATO溶胶,采用溶胶处理法整理织物,其静电半衰期为0.02 s,静电压为267 V;两者的耐水洗次数均可达到20次,获得了耐久的防静电效果。WU Lang等[23]以聚马来酸酐⁃共丙烯酸⁃共苯乙烯磺酸钠为稳定剂,在聚丙烯酸酯乳液中采用化学聚合法制备了导电聚苯胺/聚丙烯酸酯复合乳液,并应用于涤纶织物的涂层整理,使织物表面电阻率从原来的6.55×1014 Ω降至1.18×107 Ω,体积电阻率降至9.9 Ω·cm。2.2.2 多导电组分添加涂层OUADIL B等[24]采用一种新型的涂层方法对涤纶针织物分别涂覆石墨烯和石墨烯/银纳米粒子。结果表明,经石墨烯纳米片涂层整理的涤纶织物防静电效果最佳,体积电阻率6×104 Ω·cm,仅为原样的4%,以其为连接导体可点亮LED灯,这归因于石墨烯纳米片在织物表面形成了连通的导电网络。石墨烯/银纳米粒子涂层织物表现出更好的高柔韧性和防紫外线功能,这是因为银纳米粒子可以有效降低紫外线的透射率。结构色具有高亮度、高饱和度、永不褪色等诸多优点,在纺织领域有广阔的发展前景。YUAN X等[25]利用磁控溅射技术在涤纶织物上沉积了Ag/ZnO复合薄膜,整理后的织物平均半衰期低至0.510 s,静电压降至188 V,防静电性能显著提升的同时兼备织物结构色和防紫外线等优点。王明序等[26]以浅色导电钛白为导电功能填料、水性聚氨酯为涂层剂,制备了浅色涤纶防静电涂层织物。结果表明:涂层织物表面电阻率小于1×106 Ω,且白度值高,经多次水洗处理、热处理和日晒处理依旧保持良好的耐久性。2.3 在织物中嵌入导电纤维人们通常将标准状态下(20 ℃,相对湿度65%)体积电阻率小于1×107 Ω·cm的纤维定义为导电纤维,包括金属导电纤维、碳系导电纤维、有机导电纤维等[27]。在纺纱时混纺导电纤维或在织造时混织导电纱可实现织物的防静电功能,该方式具有最耐久的防静电效果。但导电纤维质量不稳定且可纺性不高,只适用于少量特殊要求的服装,如防静电服、防辐射服、电磁屏蔽服等。2.3.1 嵌入金属导电纤维金属纤维属于导电成分均一型的导电纤维,体积电阻率低至1×10-4 Ω·cm~1×10-5 Ω·cm,主要有不锈钢纤维、铜纤维、铅纤维、铝纤维、镍纤维等[28]。金属纤维通常被制成短纤维与普通纺织纤维混纺织造。金属纤维具有优良的导电性、耐热性及耐化学腐蚀性,但存在体积质量偏大、手感发硬、可纺性较差、成品色泽受限等瓶颈性问题,限制了其应用范围。2.3.2 嵌入碳系导电纤维碳纤维也属于导电成分均一型的导电纤维,导电性能优良,体积电阻率在1×10-3 Ω·cm~1×10-4 Ω·cm,热膨胀系数小,体积质量小,但纤维模量高,不耐折弯,无热收缩能力,容易损伤,因而应用领域相对狭窄,一般只限于复合材料中使用。2.3.3 嵌入有机导电纤维有机导电纤维导电性能不及金属纤维和碳纤维,体积电阻率在10 Ω·cm~1×104 Ω·cm,但其导电性能持久、受环境温湿度的影响较小,可纺性与普通纤维类似,嵌入后不影响织物的手感和外观,其综合性能最为优良,应用也最为广泛。谢勇[29]以镀银纤维作为功能纤维制备了防静电涤纶织物,织物静电压1 093 V,电荷面密度和半衰期分别为3.54 uC/m2和3.15 s,经过100次水洗后,织物防静电性能相对变差。薛继艳等[30]分别选取3种不同的有机导电纤维和织物组织设计出了9种涤纶防静电织物。结果表明:添加复合导电丝后涤纶织物的电荷面密度降低了50%,且经过50次洗涤织物的电荷面密度仅降低了13%,表现出了耐久的防静电性。3 结语通过表面改性、表面涂层及嵌入导电纤维等方式,能够有效提高涤纶织物的防静电耐久性。将不同类型的防静电材料混合使用,利用材料间的协同作用,是优化性能、降低成本的有效方法。表面改性处理过程中,交联剂、催化剂等配套助剂的使用,可以有效提升防静电效果。合理地运用新技术,如光化学处理技术、磁控溅射技术、纳米技术等,能够赋予织物环保、结构色、抗菌防螨、防紫外线等功能。目前的研究对涤纶织物防静电耐久性的提升仍然有限。织物表面改性和表面涂层存在环保性不足、防静电效果不够持久等瓶颈性问题。嵌入导电纤维的整理方式具有最耐久的防静电效果,尤其是嵌入复合有机导电纤维,织物可以获得永久的防静电性。相比于外露型和部分外露型,导电组分内藏型有机导电纤维具有导电成分不易脱落、易于染色等优势,但也存在导电性能较低的短板,因此亟待解决的问题是提高其导电性能。通过优化导电物质组合方式及添加比例,改善导电物质与基体高聚物的相容性,提高导电物质的分散稳定性,有望解决这一难题。随着防静电纺织品研究的不断深入及市场需求的迅速增加,嵌入导电纤维的防静电涤纶织物,凭借其耐久的防静电性及功能多样性等优势,在防静电纺织品领域应用前景广阔。

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