专利名称：抗静电涤纶纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抗静电涤纶材料及其制备方法，具体的说，涉及一种涤纶与ATO纳米组分复合的抗静电复合材料。
背景技术：
涤纶是五大合成纤维之一，它具有高强度、高模量、高回弹性、耐磨擦、尺寸稳定、耐酸和化学药品等优异性能。涤纶分子以共价键结合，但少极性基团，大分子的结构规整，易于结晶，涤纶的疏水性很强，绝缘性好。在一般状态下，涤纶的比电阻在1014Ωcm以上，摩擦电压大于1000伏，静电半衰期可长达几小时，甚至几天。因此，涤纶的静电问题已经直接影响到涤纶纺织品的生产、加工和应用的安全性，甚至制约了涤纶向高档应用领域的发展。
因此，提供一种抗静电涤纶纳米复合材料及其制备方法，是纺织领域极需要解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种抗静电涤纶纳米复合材料及其制备方法，以克服现有技术存在的申诉缺陷，满足纺织领域发展的需要。
本发明的技术构思是这样的纳米ATO是一种锑掺杂的二氧化锡半导体(ATO是Antimony Doped TinOxide的缩写)，它是利用Sb+3或Sb+5(锑)掺杂取代Sn+4(锡)形成缺陷固融体时所形成的氧空位或电子作为载流子导电的，因此其导电性不受环境干湿度的制约，避免了有机抗静电剂依赖环境的缺点，因此在电子、塑料、涂料等领域展现了广阔的应用前景。
本发明设想将纳米ATO与PET的原位复合，使得纳米ATO颗粒能够真正达到纳米尺寸分散，使其对可见光的透过率增加，透明度增大，从而对聚酯的外观、色泽不产生影响；ATO颗粒纳米尺寸分散，使其比表面积增大，形成导电网链，使其导电性能增加；另外，原位聚合一方面解决了抗静电功能持久性问题。另一方面避免了后期的抗静电整理过程，减少了制作成本。
本发明的抗静电涤纶纳米复合材料是采用原位聚合的方法获得的，其中，涤纶的重量份数含量为锑掺杂的二氧化锡半导体的重量份数的40～100倍；所说的原位聚合方法包括如下步骤(1)将粒径为15～25nm的锑掺杂的二氧化锡半导体粒子分散于乙二醇；(2)将对苯二甲酸、分散有锑掺杂的二氧化锡半导体的乙二醇溶液、催化剂和稳定剂在氮气保护下反应，生成对苯二甲酸乙二酯，反应压力为0.2～0.3Mpa，反应温度为220～265℃，反应时分馏酯化反应生成的小分子水，当没有水再分馏出来时即为酯化反应的终点；原料的重量份数如下对苯二甲酸100份乙二醇37.5～70份锑掺杂的二氧化锡半导体0.7～15份催化剂0.01～0.05份稳定剂1×10-5～8×10-5份所说的锑掺杂的二氧化锡半导体是经硅烷偶联剂表面改性的粒子，硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅或/和2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷；对锑掺杂的二氧化锡半导体采用硅烷偶联剂进行表面改性的方法，在许多文献中，已经有公开的报道，如CN200510024671.2纳米锑掺杂氧化锡在乙二醇中分散方法专利和CN01131908.9一种无机抗静电水悬浮液的制备方法。
所说的锑掺杂的二氧化锡半导体的制备方法，在华东理工大学学报2001Vol。27No.3制备工艺对ATO超细粉体导电性能的影响(作者秦长勇，罗美芳，古宏晨，方图南)硅酸盐通报2004年第5期热处理对掺杂二氧化锡纳米棒结构和导电性能的影响(作者胡勇，陈国建，陈雪梅，於定华，陈建定)和上海化工2000年13期新型多功能ATO超细导电粉体材料(作者秦长勇，古宏晨，方图南)所说的催化剂是涤纶聚合常用的催化剂，在科学出版社涤纶化学与新工艺(1975年)中已经有详细的报道，优选苯酚的碱金属盐、碱土金属盐、六氟磷酸的铵盐、铈盐和镍盐、硅酸的碱金属盐、碱土金属盐、锰盐、钴盐或镉盐、六氟硅酸的碱金属盐、碱土金属盐、铅盐或锰盐、碱金属的氢化物、乙二铵四醋酸的铵盐、碱土金属盐、锌盐、铅盐、钴盐或醋酸盐中的一种，醋酸盐优选醋酸锰或醋酸钴；所说的稳定剂是涤纶聚合常用的稳定剂，在在科学出版社涤纶化学与新工艺(1975年)文献中已经有详细的报道，优选锰的化合物、锑的化合物、锗的化合物、磷酸酯、邻苯二酚磷酸酯或共轭双键的化合物；(3)将步骤(2)获得的产物在30～100Pa的真空度、270～290℃下缩聚反应2～3.5个小时，获得目标产物。
本发明所制得的复合材料中，锑掺杂的二氧化锡半导体纳米粒子与涤纶基体界面结合良好，其母粒纺丝后得到的纤维长丝抗静电性能优良，力学性能满足后加工要求。
图1为产物切片的红外照片。
图2为没有加入ATO纳米粒子的涤纶切片的电镜照片。
图3为产物切片的电镜照片。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的是为更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围实施例1将分散有粒径为25nm的ATO纳米粒子的415.7g乙二醇溶液(ATO纳米粒子12.7g，乙二醇403g)、对苯二甲酸830g、催化剂(三氧化二锑0.248g、醋酸钴0.017g)和稳定剂(磷酸三甲酯14μL)加入反应釜中，通入N2，在1.5MPa和220℃下进行酯化反应，反应时分馏酯化反应生成的小分子水，当没有水再分馏出来时即为酯化反应的终点；酯化反应完成后，常压搅拌10分钟。开始逐渐抽真空进行对苯二甲酸乙二酯的缩聚反应，缩聚反应在280℃下进行，1个小时真空度达到-0.1MPa，继续快速抽真空，最终保持真空度达到100Pa。缩聚反应总共3.5个小时。反应完全后，停搅拌，冲入N2加压从出料口出料，经水冷切粒。
把制得的聚酯母粒置于DZF-6050型真空干燥箱内于120℃干燥48小时后，用小型纺丝机进行纺丝。纺丝后剪断长丝后再于120℃干燥24小时后，采用YG321型纤维比电阻仪和XL-1纱线强度仪(在东华大学纤维材料改性国家重点实验室进行测试)，测试纤维的电性能和断裂强度。测试性能如表1所示。
表1实施例1性能测试结果
产物切片的红外照片见图1。
产物切片的电镜照片见图3。图2为没有加入ATO纳米粒子的涤纶切片的电镜照片。
实施例2将分散有粒径为15nm的ATO纳米粒子的466.5g乙二醇溶液(ATO纳米粒子63.5g，乙二醇403g)、对苯二甲酸830g、催化剂(三氧化二锑0.248g、醋酸钴0.017g)和稳定剂(磷酸三甲酯14μL)加入反应釜中，通入N2，在1.5MPa和260℃下进行酯化反应，产物是对苯二甲酸乙二酯。整个反应在搅拌下进行，反应后期不断分馏酯化反应生成的小分子水，当没有水来再分馏出来时即为酯化反应的终点；酯化反应完成后，常压搅拌10分钟。开始逐渐抽真空进行对苯二甲酸乙二酯的缩聚反应，缩聚反应在280℃下进行，1个小时真空度达到-0.1MPa，继续快速抽真空，最终保持真空度达到300Pa。缩聚反应总共3.5个小时。反应完全后，停搅拌，冲N2加压从出料口出料，经水冷切粒。
把制得的聚酯母粒置于DZF-6050型真空干燥箱内于120℃干燥48小时后，用小型纺丝机进行纺丝。纺丝后剪断长丝后再于120℃干燥24小时后，采用YG321型纤维比电阻仪和XL-1纱线强度仪(在东华大学纤维材料改性国家重点实验室进行测试)测试纤维的电性能和断裂强度。测试性能如表1所示。
表1实施2性能测试结果
权利要求
1.一种抗静电涤纶纳米复合材料，其特征在于，是采用原位聚合的方法获得的，其中，涤纶的重量份数含量为锑掺杂的二氧化锡半导体的重量份数的40～100倍。
2.根据权利要求1所述的抗静电涤纶纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将粒径为15～25nm的锑掺杂的二氧化锡半导体粒子分散于乙二醇；(2)将对苯二甲酸、分散有锑掺杂的二氧化锡半导体的乙二醇溶液、催化剂和稳定剂在氮气保护下反应，生成对苯二甲酸乙二酯，反应压力为0.2～0.3Mpa，反应温度为220～265℃，反应时分馏酯化反应生成的小分子水，当没有水再分馏出来时即为酯化反应的终点；原料的重量份数如下对苯二甲酸100份乙二醇37.5～70份锑掺杂的二氧化锡半导体0.7～15份催化剂0.01～0.05份稳定剂1×10-5～8×10-5份；(3)将步骤(2)获得的产物在30～100Pa的真空度、270～290℃下缩聚反应2～3.5个小时，获得目标产物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所说的锑掺杂的二氧化锡半导体是经硅烷偶联剂进行表面改性的纳米粒子。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅或/和2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所说的催化剂选自苯酚的碱金属盐、碱土金属盐、六氟磷酸的铵盐、铈盐和镍盐、硅酸的碱金属盐、碱土金属盐、锰盐、钴盐或镉盐、六氟硅酸的碱金属盐、碱土金属盐、铅盐或锰盐、碱金属的氢化物、乙二铵四醋酸的铵盐、碱土金属盐、锌盐、铅盐、钴盐或醋酸盐中的一种，所说的稳定剂选自锰的化合物、锑的化合物、锗的化合物、磷酸酯、邻苯二酚磷酸酯或共轭双键的化合物。
全文摘要
本发明公开了一种抗静电涤纶纳米复合材料及其制备方法。其由对苯二甲酸、乙二醇、纳米颗粒、催化剂及稳定剂为原料，经在220～260℃，1.5MPa下的酯化反应和280℃，30～100Pa下的缩聚反应，两步反应制得。在本发明所说的复合材料中，无机纳米粒子与涤纶基体的界面结合良。纳米复合材料纺丝后得到的长丝抗静电性能优良，力学性能满足后加工要求。
文档编号C08K3/22GK1765951SQ20051011051
公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月18日 优先权日2005年11月18日
发明者李春忠, 陈晓蕾, 邵玮 申请人:华东理工大学