馬來酸醇胺酯在滌綸織物上的抗靜電整理

左貴興 臧 健

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

為了提高滌綸的抗靜電性能，減少其帶靜電量，本文用富含親水基團的三乙醇胺和二乙醇胺為原料，與馬來酸酐進行反應，合成馬來酸醇胺酯作為抗靜電劑來處理滌綸織物，使用儀器測試其在高壓下充電30秒后的保持電壓，與不做處理的滌綸以及用市售抗靜電劑處理過的滌綸進行對比，測試其抗靜電性能的優(yōu)劣。

1 實驗

1.1 實驗試劑及儀器

1.1.1 實驗試劑

馬來酸酐、三乙醇胺、二乙醇胺、二甲苯、對甲苯磺酸。以上列出的試劑的純度規(guī)格均為AR。

1.1.2 實驗儀器

通風櫥、HJ-6A型數(shù)顯恒溫多頭磁力攪拌器（常州榮華儀器制造有限公司）、JA2003電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）。

1.2 馬來酸三乙醇胺酯的合成

1.2.1 實驗步驟

稱取三乙醇胺6.00g，馬來酸酐2.00g，對甲苯磺酸0.1g，依次加入50ml小燒杯中，再量取20ml二甲苯作為溶劑加入燒杯，將磁力攪拌子和溫度感應器擦拭干凈，放（插）進小燒杯，注意溫度感應器需要在液面以下并且不能接觸杯壁，啟動磁力攪拌器并調節(jié)轉速和反應溫度（95℃），記錄反應過程中燒杯中物質狀態(tài)的變化，生成物從半透明狀逐漸變成橙黃色，最后變成橙紅色；產物狀態(tài)持續(xù)15分鐘不變?yōu)橹?，過濾產物，收集酯化物。

另外控制順丁烯二酸酐與三乙醇胺的摩爾比分別為3:2和1:2.5，其他條件不變，再合成兩種酯化物，過濾并收集。

1.2.2 產物標號

為了方便后續(xù)文章對合成產物的稱呼，1#表示原料馬來酸酐與三乙醇胺的摩爾比為1:2的產物；類似的，摩爾比3:2的產物為2#；摩爾比為1:2.5的產物為3#；

1.3 馬來酸二乙醇胺酯的合成

1.3.1 實驗步驟

與馬來酸三乙醇胺酯的合成類似，稱取馬來酸酐2.00g，反應物的摩爾比分別為1:1、1:2和1:3，根據(jù)摩爾比稱取相應質量的二乙醇胺，然后稱取催化劑對甲苯磺酸0.1g，依次加入50ml小燒杯中，再加入20ml二甲苯作為溶劑，將磁力攪拌子和溫度感應器擦拭干凈，放入小燒杯中，啟動磁力攪拌器并調節(jié)轉速和反應溫度（95℃），記錄反應過程中燒杯中物質狀態(tài)的變化，摩爾比為1:1時，生成物的狀態(tài)由渾濁變成淡黃色，最后變成金黃色；摩爾比為1:2時，生成物由渾濁變成乳白色然后慢慢變成淡黃色，最后變成黃色；摩爾比為1:3時，生成物則是由白色漸漸變成淺黃色，最后變成金黃色；反應至生成物的狀態(tài)保持15分鐘不變?yōu)橹梗瑸V掉溶劑，收集酯化產物。

1.3.2 產物標號

同樣的，原料馬來酸酐與二乙醇胺摩爾比為1:1的產物為4#；而5#是摩爾比為1:2的產物；摩爾比為1:3的產物為6#。

1.4 滌綸織物的抗靜電整理

1.4.1 配置整理劑

將所合成的6種抗靜電劑配置成質量分數(shù)為3%、5%和10%的整理劑。

1.4.2 滌綸織物的抗靜電整理

先將滌綸織物去除布邊，按照測試需要裁減成特定大小的布片若干，然后用配置好的整理劑按照浴比為1:20對滌綸織物進行抗靜電整理。

將滌綸織物完全浸泡在整理劑中，采用一浸一軋的整理工藝，在烘箱中90℃烘干。然后將烘干的滌綸織物分別在120℃、125℃、130℃、135℃和140℃下各焙烘5分鐘，使得抗靜電劑固著。同時把市售抗靜電劑RK5用于裁好的滌綸織物，按照浴比1:20進行抗靜電整理。

2 抗靜電性能測試及分析

2.1 實驗儀器

NF4021型織物感應式靜電測試儀

2.2 實驗前處理

參照國家標準GB/T 12703-2008《紡織品 靜電性能的評定》第1部分：靜電半衰期中的內容，在溫度為（20±2）℃、相對濕度為（35±5）%的環(huán)境下進行實驗。將儀器按照標準內要求調試好后開始測試。

2.3 實驗原理

通過NF4021型織物感應式靜電測試儀測試，記錄用合成抗靜電劑整理后的滌綸織物在10.00kV電壓下充電30秒后的靜電電壓的值，與未經(jīng)過整理的空白對照組以及用市售抗靜電劑整理的滌綸織物進行對比，充電后的靜電電壓越高，表示織物的靜電逸散性能越差，抗靜電性就越差。

2.4 實驗數(shù)據(jù)及分析

2.4.1 空白組及市售組

測試五組取平均值

空白組：238.2V

市售組：76.4V

2.4.2 馬來酸三乙醇胺酯組

圖2 焙烘125℃后滌綸的抗靜電性能

圖3 焙烘130℃后滌綸的抗靜電性能

圖4 焙烘135℃后滌綸的抗靜電性能

結合空白組和市售組數(shù)據(jù)分析，由圖1至圖5可知，靜電電壓在不同溫度焙烘的條件下，1#、2#、3#抗靜電劑隨質量分數(shù)從3%至5%為下降趨勢，5%到10%基本趨于穩(wěn)定，說明當整理劑質量分數(shù)為5%時已經(jīng)擁有不錯的抗靜電性能。由圖1至圖5綜合分析可知1#和3#在140℃、質量分數(shù)為10%時抗靜電性能最好，其靜電電壓分別為14V和22V；2#在135℃、質量分數(shù)為5%和10%時抗靜電性能最好，其靜電電壓為18V。綜上，溫度140℃、質量分數(shù)10%為1#和3#的最佳工藝條件；135℃、質量分數(shù)為5%為2#的最佳工藝條件。

圖1 焙烘120℃后滌綸的抗靜電性能

圖5 焙烘140℃后滌綸的抗靜電性能

2.4.3 馬來酸二乙醇胺酯組

由于4#整理后測得的靜電電壓比空白組更高，說明4#不具備抗靜電性能，以下不做討論。

圖7 焙烘125℃后滌綸的抗靜電性能

圖8 焙烘130℃后滌綸的抗靜電性能

圖9 焙烘135℃后滌綸的抗靜電性能

結合空白組和市售組的數(shù)據(jù)分析，由圖6至圖10可知，在不同的焙烘溫度下，5#和6#的靜電電壓隨著質量分數(shù)的增加而降低，其中5#質量分數(shù)為3%時，隨溫度升高靜電壓分別為49V、62V、75V、107V和142V，當質量分數(shù)增到10%時，靜電壓維持在23V左右。而6#在質量分數(shù)為3%時幾乎沒有抗靜電性，在質量分數(shù)為5%時抗靜電性能隨焙烘溫度升高而降低，靜電壓從43V升到122V；當質量分數(shù)為10%時抗靜電性能優(yōu)異且相對穩(wěn)定。

圖6 焙烘120℃后滌綸的抗靜電性能

圖10 焙烘140℃后滌綸的抗靜電性能

3 結論

合成的馬來酸三乙醇胺酯1#、2#以及3#的抗靜電性能比較優(yōu)越，但是馬來酸二乙醇胺酯4#并沒有抗靜電性能，推測具體原因可能是因為反應物中二乙醇胺的量相對于順丁烯二酸酐而言過少，生成的抗靜電劑的量太少。綜合分析來看，質量分數(shù)越大，抗靜電劑的濃度越大，單位體積內抗靜電因子越多，抗靜電性就越好；抗靜電劑的抗靜電性隨焙烘溫度變化是因為不同抗靜電劑的熔點不同，在不同溫度條件下的狀態(tài)也隨之不同，當溫度沒達到其熔點時，抗靜電劑沒有很好地熔化附著在滌綸上，當溫度過高時，抗靜電劑分子結構遭到破壞，也會導致抗靜電性下滑。

本文通過設置不同反應物的摩爾比、抗靜電劑的質量分數(shù)以及不同焙烘溫度三個變量，來分析抗靜電劑的性能。得到的最優(yōu)工藝參數(shù)是馬來酸酐和三乙醇胺的摩爾比為1:2（1#）的抗靜電劑，其焙烘溫度為140℃，整理劑質量分數(shù)為10%時，處理過的滌綸的表面靜電電壓為14V。但是當1#在120℃和125℃、質量分數(shù)為5%時的靜電壓與最優(yōu)工藝參數(shù)相差不大，分別為18V和17V，出于環(huán)保的考慮，應當優(yōu)先考慮后者；馬來酸酐和二乙醇胺的摩爾比為1:2（5#）、焙烘溫度為130℃、質量分數(shù)為10%，靜電電壓為21V。