纳米金属氧化物改性抗静电腈纶的制备

【摘要】聚丙烯腈(PAN纤维,具有质地蓬松、手感柔软、密度小、保暖性好、回弹性高等优良的性能,在工业和民用领域都得到了广泛的应用,有“合成羊毛”之称。然而,由于聚丙烯腈纤维固有的疏水性和绝缘性,其静电现象严重,研究开发具有抗静电性能的聚丙烯腈纤维具有重要的意义。目前针对聚丙烯腈纤维改性采用的抗静电剂主要有两类：一类是炭黑填充剂,但是其吸油值高、不易分散、添加量大,这些导致了可纺性差,且纺制的纤维为黑色、抗静电效果差；另一类是纳米金属氧化物,使用此类物质作为抗静电剂研发抗静电改性腈纶是腈纶改性的重要方向,可用于生产白色和浅色的纤维。抗静电腈纶发展趋势是生产浅色纤维,低成本(添加量低),抗静电性能持久。纳米粉体具有巨大的表面能和很高的活性,很容易发生团聚,失去纳米材料的特性和优异性能,因此对于实验中使用的纳米金属氧化物需要采用合适的分散工艺将其分散。本文筛选了四种纳米金属氧化物作为抗静电腈纶的抗静电剂,分别为纳米ZnO、AZO、ATO以及ATO包覆BaSO4。首先确定了一种最佳分散工艺：通过沉降对比选用FCY作为分散剂(分散剂含量为纳米粉体质量的2%),球磨3小时。经该分散工艺分散的纳米ZnO、AZO、ATO以及ATO包覆BaSO4粉体的水溶液具有良好的稳定性,溶液中最大颗粒的粒径位于1μm以下,能够满足湿法纺丝工艺的要求。其次,本文采用纳米金属氧化物水相悬浮液喷雾添加的方法制备聚丙烯腈共混原液,此方法简单实用且能够使纳米金属氧化物在共混原液中分散均匀。通过偏光显微镜可以观察到共混原液中的团聚颗粒小于2gm,分散均匀且没有大的团聚,能够应用到进一步的湿法纺丝实验中。流变测试表明,共混原液随剪切速率的提高有切力变稀,符合非牛顿流体的流变行为。随温度的提高,共混原液中大分子活动加剧导致粘度下降；随着纳米粉体的添加,共混溶液粘度下降,这是因为分散剂和水的加入对其产生了增塑作用。依据流变测试结果,可以对纺丝工艺进行适当的调节。最后,利用湿法纺丝技术,纺制了不同含量不同种类纳米金属氧化物的抗静电改性腈纶纤维,确定了纺丝工艺。对纺制的纤维进行了体积比电阻率和耐洗性的测试,测试结果表明当采用ATO作为抗静电剂时有最低的纤维体积比电阻,约为108-109Ω.cm。这说明经改性的抗静电纤维具有良好的抗静电效果。
【作者】张开永；
【导师】王彪；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】纳米金属氧化物；抗静电腈纶；聚丙烯腈原液；表面修饰；

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