CN116217879B - 一种阳离子抗静电剂和制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳离子抗静电剂和制备方法及应用，属于抗静电剂相关技术领域。本发明利用二元直链含苯基的异氰酸酯活性单体作为硬链，阳离子多元醇聚醚作为亲水软链，以乙二醇作为扩链剂，在50~95℃的低温条件下反应。生产工艺安全简单，节能环保，无任何副产物。抗静电剂结构上含有苯基并且高度对称与涤纶结构接近，整理到涤纶面上，利用相似相溶原理可高度结合在涤纶面料上，使之拥有耐久性抗静电效果。另一方面引入阳离子的多元醇聚醚，在提供了阳离子结构可以中和电荷外，同时又提供的高分子亲水基团可导出负电荷。因此，其抗静电剂产品具有优异耐久的抗静电性及吸湿性。
Description
技术领域
本发明涉及匀染剂相关技术领域，具体为一种阳离子抗静电剂和制备方法及应用。
背景技术
涤纶是一种应用广泛的合成纤维，其产量居世界合成纤维之首。其结构为聚对苯二甲酸二乙二醇酯，因其本身化学结构所致，涤纶面料具有耐化学性好，酸碱损伤小，不怕霉菌和蛀虫，具有良好的耐热性和热塑性，高强度和弹性回复能力，具有坚固耐用、抗皱免烫等特点。但也因为其化学结构中不含亲水、活性基团导致了涤纶面料的缺点也比较明显。
由于涤纶分子结构高度对称而且亚苯基键刚性强，因而具有疏水性、难染性、易产生静电、易燃等缺点。在纺造过程中，由于带静电易从空气中吸引灰尘和飞毛，使织物上产生集中的深色污点；在穿着过程中，由于静电不仅大量吸附灰尘，易玷污，因此衣服与人体、衣服与衣服也会发生缠附现象。为此，人们对合纤织物的抗静电性能进行了大量的研究。目前，市场上对涤纶面料静电的消除方案主要是在纤维表面涂覆表面活性剂类抗静电剂，该类型的抗静电剂主要分为非离子与阳离子。非离子类主要以对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进行酯化反应，继而引入亲水基团在高温下进行缩聚得到产品整理到涤纶面料上进行聚酯纤维改性，利用亲水基团将电荷导走，具有不错的抗静电效果。该方向的生产的抗静电剂生产过程需要高温，最高温度达到265℃，生产能耗较大、生产设备投入大、工艺比较危险，而且产生大量的危废副产物甲醇。另外一种阳离子抗静电剂以十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐或其复配物质为代表。该类阳离子抗静电剂整理到涤纶面料上后，通过阴阳离子的结合，能有效排除静电，但是使用该类抗静电剂由于分子量小，结构中不存在高分子柔软基团及结构高度对称的亚苯基，因此整理后面料极容易使面料产生黄变，影响面料品质，手感发硬，舒适度降低，并且牢度较差不耐洗，并且SN在生产过程中需要硝化反应，反应过程危险，极容易产生爆炸，生产过程难以控制。
因此，现需一种工艺简单，并且具有优异耐洗性、抗静电性、吸湿性的能抗静电剂。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种阳离子抗静电剂和制备方法，制备方法包括以下步骤：
Ⅰ. 在反应容器内加入阳离子多元醇聚醚、乙二醇，升温后进行减压脱水操作，降温后制备预反应液；
Ⅱ. 在预反应液内加入异氰酸酯单体后加热，保温反应1~3h；
Ⅲ. 反应结束后降温，即制得阳离子抗静电剂。
优选或可选的，所述步骤Ⅰ中，在反应容器内加入阳离子多元醇聚醚、乙二醇，将反应容器升温至98~102℃后进行减压脱水操作，所述减压脱水的操作时长为0.5~1h。
优选或可选的，所述减压脱水操作后，降温至30~50℃，制得所述预反应液。
优选或可选的，所述步骤Ⅱ在预反应液内加入异氰酸酯后，搅拌均匀并加热至30~95℃，保温反应1~3h。
优选或可选的，所述阳离子多元醇聚醚、乙二醇、二元直链含苯基的异氰酸酯摩尔比为：0.5~0.8：0.2~0.5：0.7~1。
优选或可选的，所述阳离子多元醇聚醚的结构如下式1所示：
式1，
其中，
R1选自甲基、苄基、羟乙基中的一种或多种；
R2为C12~C18的烷基基团；
m的取值范围为20~100的自然数；
n的取值范围为20~100的自然数。
优选或可选的，所述异氰酸酯单体为二元直链含苯基的异氰酸酯。
优选或可选的，所述二元直链含苯基的异氰酸酯选自对苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、液化二苯基甲烷二异氰酸酯（液化MDI）、对苯二异氰酸酯（PPDI）中的一种或多种。
一种阳离子抗静电剂，根据上述任一项所述的阳离子抗静电剂的制备方法所制得，阳离子抗静电剂的结构式如下式2所示：
式2，
其中，
R1选自甲基、苄基、羟乙基中的一种或多种；
R2为C12~C18的烷基基团；
m的取值范围为20~100的自然数；
n的取值范围为20~100的自然数；
z的取值范围为40~200的自然数。
一种阳离子抗静电剂的制备方法制得的阳离子抗静电剂，应用于阳离子抗静电剂。
有益效果：本发明提供了一种阳离子抗静电剂和制备方法及应用，该制备方法利用二元直链含苯基的异氰酸酯活性单体作为硬链，阳离子多元醇聚醚作为亲水软链，以乙二醇作为扩链剂，在50~95℃的低温条件下反应。低温聚合使得工艺安全简单，节能环保，无任何副产物。涤纶结构为聚对苯二甲酸乙二醇酯，制得的阳离子抗静电剂中，结构上含有高度对称的刚性直链苯环结构，与涤纶的分子结构相似，利用相似相溶原理可高度结合在涤纶面料上，使之拥有耐久性抗静电效果。与先聚合再阳离子化的工艺相比，本实施例采用的方式为直接以阳离子化的多元醇聚醚进行低温聚合，该方式可大幅度降低聚合工艺安全性、能源消耗及毒性，且无任何副产物。同时阳离子化的多元醇聚醚，在提供了阳离子结构可以中和电荷外，同时又提供的高分子亲水基团可导出负电荷。因此，其整体结构具有优异耐久的抗静电性及亲水性能，制得的抗静电剂宏观上具备优秀的抗静电性及吸湿性能。生产工艺安全简单，节能环保，无任何副产物。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或产品说明书进行。凡未注明厂商的试剂、仪器或设备，均可通过市售获得。
实施例1
在250ml的四口瓶中，加入阳离子十二烷基甲基胺聚氧乙烯醚（分子量1500）75g、乙二醇3.1g，升温至100℃，减压脱水，30~60min。降温至30~50℃保持溶液状态，制备预反应液。
在100ml三口瓶中，加入16g PPDI，加热至95℃，使其保持溶液状态。继而迅速倒入预反应液中，搅拌均匀。缓慢升温至50~95℃，反应1~3小时，降温至45℃出料，即可得到分子量6000左右的阳离子抗静电剂。
实施例2
在500ml的四口瓶中，加入阳离子十八烷基苄基胺聚氧乙烯醚（分子量4500）360g、乙二醇1.24g，升温至100℃，减压脱水，30~60min。降温至30~50℃保持溶液状态，制备预反应液。
在100ml三口瓶中，加入MDI 25g，加热至55℃，使其保持溶液状态。继而迅速倒入预反应液中，搅拌均匀。缓慢升温至50~95℃，反应1~3小时，降温至45℃出料，即可得到分子量16000左右的阳离子抗静电剂。
实施例3
1L四口瓶中，加入阳离子十二烷基甲基胺聚氧乙烯醚（分子量8500）425g、乙二醇3.1g，升温至100℃，减压脱水，30~60min。降温至30~50℃保持溶液状态，制备预反应液。
在100ml三口瓶中，加入XDI 25g，加热至40℃，使其保持溶液状态。继而迅速倒入预反应液中，搅拌均匀。缓慢升温至50~95℃，反应1~3小时，降温至45℃出料，即可得到分子量25000左右的阳离子抗静电剂。
对比例1
以江苏海安石化有限公司生产的SN（十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐）作为阳离子抗静电剂。
对比例2
以浙江科峰化工有限公司生产的1470H作为阳离子抗静电剂。
性能测试：
分别精确量取10g各实施例、对比例的阳离子抗静电剂，加入到90g去离子水中，加热溶解，得到10%的水溶液待用。
取上述水溶液20g，加入到500~1000g去离子水中，配置成7~20g/L工作液。
主要仪器材料：表面电阻仪器、织物抗静电测试仪、毛效仪；
涤纶网眼针织：（75D/72F，140g/m2）；
后整理工艺：浸轧（7~20 g/L，带液率70%-80%）→烘干（100℃×20min）→热定型（180℃×60s），整理后进行性能检测。
结果与表征：
（1）亲水性测试
亲水性采用织物的毛细效应表征，测量织物5min和30min的经向毛细效应，液体爬升高度越高，表明织物亲水性越好。检测未水洗与洗衣机水洗5分钟与30分钟后的毛细效应现象。其亲水性能如下表1所示：
表1
（2）表面电阻测试
涤纶网眼针织：（75D/72F，140g/m2）按照二进二轧工艺整理后，用表面电阻测试，电阻越低表明织物的导电能力越强。其表面电阻值如下表2所示：
表2
（3）抗静电性测试
参照国标《GBT 12703.1-2021 纺织品 静电性能试验方法 第1部分：电晕充电法》，充电电压、半衰期越小，抗静电性能越佳。其抗静电性能如下表3所示：
表3
结合表1~表3，本发明实施例1~3制得的阳离子抗静电剂，应用于涤纶织物后，织物的亲水性、表面电阻、抗静电性、耐洗性能明显优于采用对比例1、2的织物，并且制备工艺安全简单，节能环保，无任何副产物，具有较好的应用价值。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (7)
1.一种阳离子抗静电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ. 在反应容器内加入阳离子多元醇聚醚、乙二醇，升温后进行减压脱水操作，降温后制备预反应液；
Ⅱ. 在预反应液内加入异氰酸酯单体后加热，保温反应1~3h；
Ⅲ. 反应结束后降温，即制得阳离子抗静电剂；
所述阳离子多元醇聚醚的结构如下式1所示
其中，R1选自甲基、苄基、羟乙基中的一种或多种；
R2为C12~C18的烷基基团；
m的取值范围为20~100的自然数；
n的取值范围为20~100的自然数；
所述异氰酸酯单体为二元直链含苯基的异氰酸酯；所述二元直链含苯基的异氰酸酯选自对苯二亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、液化二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的阳离子抗静电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤Ⅰ中，在反应容器内加入阳离子多元醇聚醚、乙二醇，将反应容器升温至98~102℃后进行减压脱水操作，所述减压脱水的操作时长为0.5~1h。
3.根据权利要求2所述的阳离子抗静电剂的制备方法，其特征在于，所述减压脱水操作后，降温至30~50℃，制得所述预反应液。
4.根据权利要求1所述的阳离子抗静电剂的制备方法，其特征在于，所述步骤Ⅱ在预反应液内加入异氰酸酯后，搅拌均匀并加热至30~95℃，保温反应1~3h。
5.根据权利要求1所述的阳离子抗静电剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子多元醇聚醚、乙二醇、二元直链含苯基的异氰酸酯摩尔比为：0.5~0.8：0.2~0.5：0.7~1。
6.一种阳离子抗静电剂，根据权利要求1~5任一项所述的阳离子抗静电剂的制备方法所制得，其特征在于，所述阳离子抗静电剂的结构式如下式2所示：
其中，
R1选自甲基、苄基、羟乙基中的一种或多种；
R2为C12~C18的烷基基团；
m的取值范围为20~100的自然数；
n的取值范围为20~100的自然数；
z的取值范围为40~200的自然数。
7.一种根据权利要求6所述的阳离子抗静电剂的应用，其特征在于，应用于涤纶用阳离子抗静电剂。
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