一种导电安全面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电安全面料技术领域，具体为一种导电安全面料及其制备方法。

背景技术

近年来，压阻传感器逐渐成为纺织行业研究发展的新方向，而其核心层件--导电面料也受到很多学者的关注。导电面料不仅应该具有一般织物的性能，还因其导电性而具有其他的特殊性能，如优异的电力学性能，目前，常见的编织型导电面料大体都为金属化导电织物，通常是将金属导电纱或导电纤维织入织物中，在织物的使用过程中金属导电丝会同其他纱线一起承受外界刺激，但是此法制得的导电面料在洗过之后其导电性就变差了，因此，设计一种在导电的同时还耐洗耐磨的导电安全面料是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电安全面料，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种导电安全面料，包括以下重量份数的原料：

50～70份改性纤维、15～20份调理剂。

优选的，所述改性纤维是对预改性纤维基料进行超支化改性后制得。

优选的，所述预改性纤维基料为基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得。

优选的，所述基料一是氯乙烯热塑性聚氨酯分子上扩链增长制得。

优选的，所述基料二为苯胺在盐酸和硫酸铵的处理下，接枝到棉纤维表面进行扩链增长制得。

本发明第二方面提供一种导电安全面料的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)预改性纤维基料的制备方法为：基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

a.基料一和基料二的制备方法为：氯乙烯热塑性聚氨酯分子上扩链增长制得基料一；苯胺在盐酸和硫酸铵的处理下，接枝到棉纤维表面进行扩链增长制得基料二；

b.预改性纤维基料的制备方法为：将上述步骤a得到的基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

(2)改性纤维的制备方法为：将上述步骤(1)所得的预改性纤维基料进行超支化改性制得改性纤维；

(3)导电安全面料的制备方法为：将上述步骤(2)所得的改性纤维经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行整理，制得克重为235～260g/m

优选的，所述步骤(1)中，a步骤基料一和基料二的制备方法为：称取50ml的热塑性聚氨酯乳液，同时加入与热塑性聚氨酯乳液质量比为1:25的过硫酸钾、十二烷基硫酸钠及去离子水混合搅拌均匀，用1％的氢氧化钠溶液调节PH值在9～11范围内，然后加入到反应釜中，将反应体系密闭、减压、充氮气、排气，重复三遍后加入400g的氯乙烯单体，在50℃的条件下聚合，待釜内的压力降至0.3MPa时，快速降温终止反应，除去未反应的氯乙烯单体，出料、过滤，然后在-20℃的温度下冷冻16～20h，经过破乳、过滤、洗涤、干燥制得基料一；将质量为20g的棉纤维浸于浓度为0.5mol/L的、苯胺与盐酸的混合溶液中，浴比为1:100，温度设为70℃，吸附一段时间以达到最大的饱和吸附量，取出棉纤维进行干燥，然后用喷壶将冷却至0℃的0.4mol/L的氧化剂，即摩尔分数比为1:1的过硫酸钾与盐酸的混合溶液均匀地喷淋在棉纤维表面，然后置于低温状态下继续反映2h，取出后室温晾干，制得基料二。

优选的，所述步骤(1)中，b步骤预改性纤维基料的制备方法为：将基料一和基料二分别加捻成丝，将5ml的苯胺单体溶液和0.5mol/L的盐酸溶液，磁力搅拌混合均匀制得苯胺酸性溶液，将捻成丝后的基料一和基料二合股后浸泡在苯胺酸性溶液中溶胀，然后将摩尔分数比为1:1的过硫酸钾溶液与盐酸配置成20ml的过硫酸钾混合溶液，使用过硫酸钾混合溶液对合股后的基料进行氧化处理，然后在30℃的温度下真空干燥24h制得预改性纤维基料。

优选的，所述步骤(2)中改性纤维的制备方法为：在配有磁力搅拌器的50ml干燥两颈烧瓶中加入10g的预改性纤维基料，然后再加入5.0ml的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后加入1.25ml的吡啶和1.30ml的亚磷酸三苯酯，在氮气的保护下审问至80℃，保温搅拌3h后，冷却至室温，将去导入100ml 50％的甲醇水溶液中，制得改性纤维。

优选的，所述步骤(3)中导电安全面料的制备方法为：改性纤维在经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行处理，制得克重为235～260g/m

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明将氯乙烯单体作为种子乳液共聚接枝到热塑性聚氨酯分子上，作为基料一；以盐酸作为掺杂剂，过硫酸铵作为氧化剂，采用两步法将苯胺接枝在棉纤维表面形成聚苯胺，作为基料二；将基料一和基料二分别加捻成丝，合股后进行溶胀和氧化处理，制得预改性纤维基料；聚苯胺的力学性能很差，将聚苯胺先接枝在棉纤维分子上，棉纤维的分纤对聚苯胺有缠绕作用，稳固了聚苯胺在棉纤维上的位置，提高聚苯胺的导电性和力学性能，比直接聚合的导电性和机械强度更好，合股后进行聚合，聚合物被包裹在两种纱线之间，减少聚合物的摩擦损伤，提高导电面料的耐洗性；在此反应条件下，大量的聚乙烯单体在热塑性聚氨酯上聚合增长生成聚氯乙烯，聚氯乙烯分子链中大量的极性氯原子可以和热塑性聚氨酯分子结构中氨基中的氢原子形成氢键缔合，使二者间具有很强的结合力，且热塑性聚氨酯中强极性和刚性的氨基甲酸酯基等基团，由于内聚能较大，分子间可以形成氢键，聚集在一起形成硬段微相区，大部分被聚氯乙烯包合在分子内部，极性较弱的聚醚链段和聚酯链段聚集在一起形成软段微相区，和少部分的硬段微相区一起裸露在外面；合股后，在过硫酸钾和十二烷基硫酸钠的催化下，极性相近相容，聚苯胺分子链被引入到聚氯乙烯基体内，与聚氯乙烯合为一体，生成聚苯胺-聚氯乙烯复合物，聚苯胺大分子链与聚氯乙烯网络形成了分子水平的混合，在导电的同时，热塑性聚氨酯的软段微相区提高了面料的柔软性与舒适性。

使用聚乙二醇和超支化聚酯多元醇对预改性纤维基料上的热塑性聚氨酯进行超支化改性，制得改性纤维；硬段微相区被分子间的相互物理作用交联所固定，少部分裸露的硬段微相区成为整个反应的物理交联点，使得面料在高弹态时有一定的强度，并且能够承受一定的形变而不滑移或者断裂；软段微相区在常温下以结晶的形态存在，外力拉伸时，蜷曲的分子链伸展并发生取向，在外力保持的条件下冷却，软段结晶从而起到冻结取向和冻结应力的作用，当温度升高到软段微相区的高弹态时应力释放，但是硬段微相区仍然处于结晶态，阻止了分子链产生的滑移抵抗形变，在弹性力的作用下恢复形变，有效消除面料上产生的褶皱，并且面料的回弹摩擦使得棉纤维分纤，分纤交错缠杂，增加了面料的弹性和拉伸强度的同时，将导电物质包合在分纤内部，减少了外界对导电物质的摩擦损坏，延长面料的使用寿命。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例，并对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供技术方案：一种导电安全面料，包括以下重量份数的原料：

50～70份改性纤维、15～20份调理剂。

优选的，所述改性纤维是对预改性纤维基料进行超支化改性后制得。

优选的，所述预改性纤维基料为基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得。

优选的，所述基料一是氯乙烯热塑性聚氨酯分子上扩链增长制得。

优选的，所述基料二为苯胺在盐酸和硫酸铵的处理下，接枝到棉纤维表面进行扩链增长制得。

本发明第二方面提供一种导电安全面料的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)预改性纤维基料的制备方法为：基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

a.基料一和基料二的制备方法为：氯乙烯热塑性聚氨酯分子上扩链增长制得基料一；苯胺在盐酸和硫酸铵的处理下，接枝到棉纤维表面进行扩链增长制得基料二；

b.预改性纤维基料的制备方法为：将上述步骤a得到的基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

(2)改性纤维的制备方法为：将上述步骤(1)所得的预改性纤维基料进行超支化改性制得改性纤维；

(3)导电安全面料的制备方法为：将上述步骤(2)所得的改性纤维经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行整理，制得克重为235～260g/m

优选的，所述步骤(1)中，a步骤基料一和基料二的制备方法为：称取50ml的热塑性聚氨酯乳液，同时加入与热塑性聚氨酯乳液质量比为1:25的过硫酸钾、十二烷基硫酸钠及去离子水混合搅拌均匀，用1％的氢氧化钠溶液调节PH值在9～11范围内，然后加入到反应釜中，将反应体系密闭、减压、充氮气、排气，重复三遍后加入400g的氯乙烯单体，在50℃的条件下聚合，待釜内的压力降至0.3MPa时，快速降温终止反应，除去未反应的氯乙烯单体，出料、过滤，然后在-20℃的温度下冷冻16～20h，经过破乳、过滤、洗涤、干燥制得基料一；将质量为20g的棉纤维浸于浓度为0.5mol/L的、苯胺与盐酸的混合溶液中，浴比为1:100，温度设为70℃，吸附一段时间以达到最大的饱和吸附量，取出棉纤维进行干燥，然后用喷壶将冷却至0℃的0.4mol/L的氧化剂，即摩尔分数比为1:1的过硫酸钾与盐酸的混合溶液均匀地喷淋在棉纤维表面，然后置于低温状态下继续反映2h，取出后室温晾干，制得基料二。

优选的，所述步骤(1)中，b步骤预改性纤维基料的制备方法为：将基料一和基料二分别加捻成丝，将5ml的苯胺单体溶液和0.5mol/L的盐酸溶液，磁力搅拌混合均匀制得苯胺酸性溶液，将捻成丝后的基料一和基料二合股后浸泡在苯胺酸性溶液中溶胀，然后将摩尔分数比为1:1的过硫酸钾溶液与盐酸配置成20ml的过硫酸钾混合溶液，使用过硫酸钾混合溶液对合股后的基料进行氧化处理，然后在30℃的温度下真空干燥24h制得预改性纤维基料。

优选的，所述步骤(2)中改性纤维的制备方法为：在配有磁力搅拌器的50ml干燥两颈烧瓶中加入10g的预改性纤维基料，然后再加入5.0ml的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后加入1.25ml的吡啶和1.30ml的亚磷酸三苯酯，在氮气的保护下审问至80℃，保温搅拌3h后，冷却至室温，将去导入100ml 50％的甲醇水溶液中，制得改性纤维。

优选的，所述步骤(3)中导电安全面料的制备方法为：改性纤维在经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行处理，制得克重为235～260g/m

实施例1：一种导电安全面料一：

一种导电安全面料，该面料组分以重量份数计：

53份改性纤维、15份调理剂。

该面料的制备方法如下：

(1)预改性纤维基料的制备方法为：基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

a.基料一和基料二的制备方法为：氯乙烯热塑性聚氨酯分子上扩链增长制得基料一；苯胺在盐酸和硫酸铵的处理下，接枝到棉纤维表面进行扩链增长制得基料二；

b.预改性纤维基料的制备方法为：将上述步骤a得到的基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

(2)改性纤维的制备方法为：将上述步骤(1)所得的预改性纤维基料进行超支化改性制得改性纤维；

(3)导电安全面料的制备方法为：将上述步骤(2)所得的改性纤维经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行整理，制得克重为247g/m

优选的，所述步骤(1)中，a步骤基料一和基料二的制备方法为：称取50ml的热塑性聚氨酯乳液，同时加入与热塑性聚氨酯乳液质量比为1:25的过硫酸钾、十二烷基硫酸钠及去离子水混合搅拌均匀，用1％的氢氧化钠溶液调节PH值在9范围内，然后加入到反应釜中，将反应体系密闭、减压、充氮气、排气，重复三遍后加入400g的氯乙烯单体，在50℃的条件下聚合，待釜内的压力降至0.3MPa时，快速降温终止反应，除去未反应的氯乙烯单体，出料、过滤，然后在-20℃的温度下冷冻16h，经过破乳、过滤、洗涤、干燥制得基料一；将质量为20g的棉纤维浸于浓度为0.5mol/L的、苯胺与盐酸的混合溶液中，浴比为1:100，温度设为70℃，吸附一段时间以达到最大的饱和吸附量，取出棉纤维进行干燥，然后用喷壶将冷却至0℃的0.4mol/L的氧化剂，即摩尔分数比为1:1的过硫酸钾与盐酸的混合溶液均匀地喷淋在棉纤维表面，然后置于低温状态下继续反映2h，取出后室温晾干，制得基料二。

优选的，所述步骤(1)中，b步骤预改性纤维基料的制备方法为：将基料一和基料二分别加捻成丝，将5ml的苯胺单体溶液和0.5mol/L的盐酸溶液，磁力搅拌混合均匀制得苯胺酸性溶液，将捻成丝后的基料一和基料二合股后浸泡在苯胺酸性溶液中溶胀，然后将摩尔分数比为1:1的过硫酸钾溶液与盐酸配置成20ml的过硫酸钾混合溶液，使用过硫酸钾混合溶液对合股后的基料进行氧化处理，然后在30℃的温度下真空干燥24h制得预改性纤维基料。

优选的，所述步骤(2)中改性纤维的制备方法为：在配有磁力搅拌器的50ml干燥两颈烧瓶中加入10g的预改性纤维基料，然后再加入5.0ml的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后加入1.25ml的吡啶和1.30ml的亚磷酸三苯酯，在氮气的保护下审问至80℃，保温搅拌3h后，冷却至室温，将去导入100ml 50％的甲醇水溶液中，制得改性纤维。

优选的，所述步骤(3)中导电安全面料的制备方法为：改性纤维在经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行处理，制得克重为247g/m

实施例2：一种导电安全面料二：

一种导电安全面料，该面料组分以重量份数计：

61份改性纤维、18份调理剂。

该面料的制备方法如下：

(1)预改性纤维基料的制备方法为：基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

a.基料一和基料二的制备方法为：氯乙烯热塑性聚氨酯分子上扩链增长制得基料一；苯胺在盐酸和硫酸铵的处理下，接枝到棉纤维表面进行扩链增长制得基料二；

b.预改性纤维基料的制备方法为：将上述步骤a得到的基料一和基料二合股后进行溶胀和氧化处理后制得预改性纤维基料；

(2)改性纤维的制备方法为：将上述步骤(1)所得的预改性纤维基料进行超支化改性制得改性纤维；

(3)导电安全面料的制备方法为：将上述步骤(2)所得的改性纤维经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行整理，制得克重为255g/m

优选的，所述步骤(1)中，a步骤基料一和基料二的制备方法为：称取50ml的热塑性聚氨酯乳液，同时加入与热塑性聚氨酯乳液质量比为1:25的过硫酸钾、十二烷基硫酸钠及去离子水混合搅拌均匀，用1％的氢氧化钠溶液调节PH值在11范围内，然后加入到反应釜中，将反应体系密闭、减压、充氮气、排气，重复三遍后加入400g的氯乙烯单体，在50℃的条件下聚合，待釜内的压力降至0.3MPa时，快速降温终止反应，除去未反应的氯乙烯单体，出料、过滤，然后在-20℃的温度下冷冻18h，经过破乳、过滤、洗涤、干燥制得基料一；将质量为20g的棉纤维浸于浓度为0.5mol/L的、苯胺与盐酸的混合溶液中，浴比为1:100，温度设为70℃，吸附一段时间以达到最大的饱和吸附量，取出棉纤维进行干燥，然后用喷壶将冷却至0℃的0.4mol/L的氧化剂，即摩尔分数比为1:1的过硫酸钾与盐酸的混合溶液均匀地喷淋在棉纤维表面，然后置于低温状态下继续反映2h，取出后室温晾干，制得基料二。

优选的，所述步骤(1)中，b步骤预改性纤维基料的制备方法为：将基料一和基料二分别加捻成丝，将5ml的苯胺单体溶液和0.5mol/L的盐酸溶液，磁力搅拌混合均匀制得苯胺酸性溶液，将捻成丝后的基料一和基料二合股后浸泡在苯胺酸性溶液中溶胀，然后将摩尔分数比为1:1的过硫酸钾溶液与盐酸配置成20ml的过硫酸钾混合溶液，使用过硫酸钾混合溶液对合股后的基料进行氧化处理，然后在30℃的温度下真空干燥24h制得预改性纤维基料。

优选的，所述步骤(2)中改性纤维的制备方法为：在配有磁力搅拌器的50ml干燥两颈烧瓶中加入10g的预改性纤维基料，然后再加入5.0ml的N-甲基吡咯烷酮，搅拌均匀后加入1.25ml的吡啶和1.30ml的亚磷酸三苯酯，在氮气的保护下审问至80℃，保温搅拌3h后，冷却至室温，将去导入100ml 50％的甲醇水溶液中，制得改性纤维。

优选的，所述步骤(3)中导电安全面料的制备方法为：改性纤维在经过倍捻、纺线、染色、固色、编织后，使用调理剂对面料进行处理，制得克重为255g/m

对比例1：

对比例1的处方组成同实施例1。该导电安全面料的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(1)中a步骤的处理，其余制备步骤同实施例1。

对比例2：

对比例2的处方组成同实施例1。该导电安全面料的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(1)中b步骤的处理，其余制备步骤同实施例1。

对比例3：

对比例2的处方组成同实施例1。该导电安全面料的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(2)中的处理，其余制备步骤同实施例1。

试验例1：

将实施例1、实施例2、对比例2制备的导电安全面料进行抗撕裂对比，撕裂强度越高导电安全面料的力学性能越强，实验结果如下：

撕裂强度是体现面料力学性能好坏的标准之一，撕裂强度越高面料力学性能越强，由上表可知，实施例1与实施例2组分的面料撕裂指数相差不大且撕裂强度很高，对比例2组分的面料撕裂强度比实施例要差很多，说明聚苯胺先接枝在棉纤维分子上，棉纤维的分纤对聚苯胺有缠绕作用，使聚苯胺在棉纤维上的位置得到稳固，提高了聚苯胺的导电性和力学性能，比直接聚合的导电性和机械强度更好，溶胀和氧化处理使得聚氯乙烯分子链中大量的极性氯原子和热塑性聚氨酯分子结构中氨基中的氢原子形成氢键缔合，二者间具有很强的结合力，增加了面料的撕裂强度。

试验例2：

将实施例1、实施例2、对比例2制备的导电安全面料进行耐洗性对比，将实施例1、实施例2、对比例1制备的面料进行机洗，分别机洗30次后对比面料的导电性，实验结果如下：

静电感应是物质中电子流动的一种现象，感应静电电压越小物质的导电性越强，由上表可以看出，实施例1和实施例2组分面料的感应电压在机洗30次以后，与机洗前的感应电压相差不大，对比例2组分的面料在机洗30次后，其面料的感应电压上升的幅度比实施例1和实施例2组分的要大，即对比例2组分的面料在机洗30次后，面料的导电性明显下降，说明合股后进行聚合，聚合物被包裹在两种纱线之间，减少聚合物的摩擦损伤，提高了导电面料的耐洗性，并且面料的回弹摩擦使得棉纤维分纤，分纤交错缠杂，增加了面料的弹性和拉伸强度的同时，将导电物质包合在分纤内部，减少了外界对导电物质的摩擦损坏，延长面料的使用寿命。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。