專利名稱：導(dǎo)電母粒及導(dǎo)電單纖纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種含有納米碳管粉體均勻分散其中的聚酯基材粉體；一種具有均勻光滑表面的導(dǎo)電母粒及一種制造該導(dǎo)電母粒的方法；一種由該導(dǎo)電母粒形成的導(dǎo)電單纖纖維及一種制造彼等導(dǎo)電單纖纖維的方法；及一種由該導(dǎo)電單纖纖維制成的紡織品。

背景技術(shù)：
已知納米碳管為一種石墨化碳管，與一般碳的差異在于納米碳管具有L/D比特性，是最佳的導(dǎo)電材料。通常，當(dāng)L/D比越大時，相對的導(dǎo)電性會越好，但是若L/D比過大時，在紡絲加工程序上會有問題，例如若排列性或順向性不好時會造成抽絲上的困難，又若當(dāng)納米碳管無法通過濾網(wǎng)試驗時，則在紡絲過程中容易發(fā)生斷絲情形。
為增加高分子基材的導(dǎo)電度可添加具有良好分散性的納米碳管，納米碳管物質(zhì)可利用高速機械作用力以形成分散的納米碳管及使其能均勻地分散于高分子基材中，以此提高高分子的導(dǎo)電度。惟此種以機械方法達(dá)到分散效果及提高導(dǎo)電度的方式僅在添加低濃度的納米碳管時才有效，倘若納米碳管的濃度偏高時，雖可有效地提高導(dǎo)電度但是無法達(dá)到均勻分散的效果。另一方面，納米碳管長度愈長對其增加導(dǎo)電性質(zhì)的效果會愈好，惟倘若納米碳管的長度過長則對其應(yīng)用加工性是較不利的，此結(jié)果乃歸因于納米碳管本身會有互相纏結(jié)在一起的問題。
近年，使用高速剪切混練加工技術(shù)，使在高分子基材中添加的納米碳管含量可以高達(dá)15重量％。但是由此方式得到的高分子材料中的納米碳管分散性并不佳。
另一種使納米碳管分散的公知方法是利用超音波在強酸溶液中將納米碳管的結(jié)團震開，例如在含有H2SO4與HNO3(比例為3∶1)的混合酸液中及在50℃超音波震蕩的環(huán)境下歷時24小時，以解開納米碳管團塊。然而納米碳管經(jīng)強酸處理后，容易產(chǎn)生具有增加納米碳管分散特性的COOH基，但這種方法的缺點在于納米碳管經(jīng)強酸處理后會在納米碳管表面結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生缺陷，使納米碳管的特性與功能大幅降低。
公知技術(shù)CN1475437A公開一種納米碳管紙的制備方法，該方法包括凈化納米碳管、分散納米碳管及形成納米碳管紙的步驟，其中納米碳管使用強酸處理去除雜質(zhì)，并使納米碳管均勻分散，可以多次處理直到納米碳管去除雜質(zhì)及充份分散為止。但是以諸如此種方法使納米碳管達(dá)到均勻分散的目的有下述缺點 1)程序過于復(fù)雜且成本過高； 2)納米碳管經(jīng)強酸表面處理破壞后會失去原本特性，例如抗靜電性或?qū)щ娦曰驈娏Φ刃阅軙儾睿? 3)納米碳管于溶劑中不易分散，且使用的溶劑會衍生環(huán)保問題；及 4)納米碳管經(jīng)強酸表面處理破壞后，回收率只有原來的30至60％左右，因而大幅增加制造成本。
CN1563526A公開一種含納米碳管的導(dǎo)電纖維及其制備方法，該導(dǎo)電纖維包含80至99.9重量％聚酯、0.05至10重量％納米碳管及0.05至10重量％偶合劑，其中該偶合劑為OP臘、蒙旦臘、聚乙烯醋酸乙烯或鋁酸酯。此已知技術(shù)中納米碳管在強剪切作用下被打開，以使其能在聚酯基材中均勻分散，因此只需要很少的添加量即可獲得具有導(dǎo)電性的纖維材料。又，此方法中預(yù)先真空干燥聚酯及納米碳管，之后添加偶合劑，在高速及70至120℃溫度條件下進行混練，接著使用雙螺桿于40至150轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下制得母粒，再制成纖維，一般經(jīng)由此方法納米碳管纏結(jié)不容易打開，因納米碳管的長度L＝100μm(如其實施例所示)會過長，于濾網(wǎng)評估試驗會有問題，且在紡絲過程中容易發(fā)生斷絲情形。再者，此方法中僅添加偶合劑且納米碳管的濃度低，對提高聚酯基材的導(dǎo)電效果有限。另外，此方法中預(yù)先真空干燥聚酯及納米碳管時，抽眞真空干燥過程會將納米碳管吸出的問題，且會導(dǎo)致納米碳管的濃度降低使導(dǎo)電效果下降，所制備出的納米碳管母粒的物性較不佳，因此需要利用雙組份復(fù)合紡絲方式紡絲，方可以制備纖維，且纖維導(dǎo)電效果會降低，其缺點為所制備的纖維紡織品只有抗靜電的效果，紡織品表面電阻為1.2×106Ω/sq。
CN1584141A公開一種利用復(fù)合紡絲技術(shù)形成原液著色的復(fù)合導(dǎo)電纖維，其特征在于該復(fù)合導(dǎo)電纖維由芯層與包覆在芯層外的皮層組成，其中芯層為導(dǎo)電性組份，其為含有2至60％的導(dǎo)電性成分分散其中的聚酯，該導(dǎo)電成分為導(dǎo)電碳黑或納米碳管或納米石墨或?qū)щ娦越饘傺趸?，其表面電阻為小?06Ω.Cm，采用在熔融狀態(tài)下混練的方法使導(dǎo)電性粒子分散，按此種方法制得的納米碳管母粒的物性通常較不佳，因此需要利用雙組份復(fù)合紡絲方式紡絲，方可以提升纖維的機械性質(zhì)。
CN1869291A公開一種聚酯/納米碳管納米復(fù)合材料的纖維結(jié)構(gòu)及其制備方法，其中納米碳管、聚酯原料分散在合適的溶劑中形成穩(wěn)定的聚酯/納米碳管溶液或分散液，通過靜電紡絲得到聚酯/納米碳管納米復(fù)合材料的纖維結(jié)構(gòu)，包括纖維和由這纖維構(gòu)成的不織布或薄膜。此纖維為靜電紡絲所制得，其纖維導(dǎo)電率為10-17至102S/cm，使用超音波、機械攪拌或電磁攪拌使納米碳管均勻分散于聚酯材料中。
US7,094,467B2公開一種抗靜電高分子單纖纖維及其制造方法，該抗靜電高分子單纖纖維包含作為基質(zhì)的熱塑性高分子與作為導(dǎo)電性填料的納米碳管構(gòu)成的高分子復(fù)合材料，形成的單纖纖維紡織品表面電阻為104至109Ω/sq。其缺點為所制備的單纖纖維紡織品只有抗靜電的效果，單纖纖維紡織品表面電阻為2×107Ω/sq。
公知技術(shù)中，在高分子中所添加的納米碳管含量一般為小于2重量％，但此含量范圍的納米碳管對增加導(dǎo)電度的效果有限。已知當(dāng)聚酯基材中的納米碳管含量大于5重量％時，納米碳管的分散性較不佳，會造成高分子基材容易裂解、脆化及不易造粒。解決方法是在高分子基材中添加分散劑與鏈延長劑。

發(fā)明內(nèi)容
為了獲得具有良好導(dǎo)電性、低含量的納米碳管及優(yōu)異的紡絲加工性的導(dǎo)電單纖纖維，且為了避免上述公知技術(shù)的缺點與問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的導(dǎo)電聚酯高分子材料，其為一種含有均勻分散的納米碳管、分散劑與鏈延長劑的聚酯高分子基材粉體。
本發(fā)明提供的含有納米碳管粉體均勻分散其中的聚酯基材粉體，其包含 A)以聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)或其共聚物為基質(zhì)的聚酯高分子基材； B)經(jīng)超高速研磨的納米碳管粉體； C)分散劑； D)鏈延長劑； 上述成分A)、B)、C)及D)利用高速粉體混練機進行混合，以獲得聚酯基材粉體。
本發(fā)明的成分A)中，構(gòu)成聚酯高分子基材的聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物是選自群組包括聚對苯二甲酸丁二酯均聚物、含有對苯二甲酸丁二酯(BT)重復(fù)單元的共聚酯及含有聚對苯二甲酸丁二酯單元的嵌段共聚物之一或其組合，其中以聚對苯二甲酸丁二酯均聚物為較佳。
根據(jù)本發(fā)明的一具體例，聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有極限黏度(I.V.)為大于0.6分升/克(dl/g)，較佳為極限黏度(I.V.)范圍為0.8至1.3分升/克(于體積比50/50四氯乙烷/酚的溶劑中，25℃下檢測)。
于本發(fā)明中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分A)聚酯高分子基材的含量為80至99.5重量％，較佳為84至99重量％，更佳為88至97重量％。
本發(fā)明的成分B)中，使用純度大于90％的納米碳管，其藉由超高速粉體研磨機進行研磨，以形成分散的納米碳管粉體。根據(jù)本發(fā)明的較佳具體例，可利用20,000至30,000rpm轉(zhuǎn)速的粉體研磨機進行研磨納米碳管粉體，歷時5至20分鐘，以形成分散性良好的納米碳管粉體，可得到長度(L)為小于3.0微米及L/D值大于100的研磨的納米碳管粉體，較佳地，納米碳管粉體的長度(L)于0.7至3微米范圍及L/D值于100至300范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一較佳具體例，納米碳管粉體中的納米碳管平均管徑為0.5至50納米及L/D值為60至600。
于本發(fā)明中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分B)的含量為1至15重量％，較佳為1至10重量％，更佳為2.5至10重量％，最佳為3至10重量％。
根據(jù)本發(fā)明，聚酯基材粉體中可添加一種分散劑(成分C)，此分散劑具加工穩(wěn)定性的效果，同時亦具有改善分散性與流動性的功能。在加工過程，由分散劑產(chǎn)生的游離基使納米碳管與分散劑結(jié)合。本發(fā)明中，可使用乙烯-丙烯酸系共聚物作為分散劑，根據(jù)本發(fā)明的較佳具體例，該分散劑為乙烯-丙烯酸共聚物。
本發(fā)明中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，分散劑的含量為0.01至6.0重量％，較佳為0.1至2.0重量％，更佳為0.2至1.5重量％。
于本發(fā)明中，另為了強化聚酯纖維的加工性、尺寸安定性、熱穩(wěn)定性等加工特性，可在聚酯材料中添加鏈延長劑(成分D)。利用鏈延長劑的獨特官能基與高分子中的較小分子鏈段的羧酸基(-COOH)結(jié)合的特性，使較小的分子鏈段延長而形成較長的分子鏈段，藉此將有助于提升材料的物性，例如極限黏度(I.V.)、熱穩(wěn)定性、尺寸安定性等特性，及因此可避免于高溫下進行混練或紡絲而影響材料及產(chǎn)品的物性的問題發(fā)生。
于本發(fā)明的聚酯基材粉體中，加入的鏈延長劑可選自二異氰酸基環(huán)烷化合物或惡唑啉化合物，具體實例為例如式(I)的二異氰酸基環(huán)己烷化合物，

式(I)， 式(II)的雙-惡唑啉化合物，

式(II)， 式(III)的1，4-伸苯基-雙-惡唑啉化合物，

式(III)， 式(IV)的2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-叔丁基-2-惡唑啉](2，2’-methylene bis[(4S)-4-tert-butyl-2-oxazoline])化合物，

式(IV)，或 式(V)的2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉](2，2’-methylene bis[(4S)-4-phenyl-2-oxazoline])化合物， (S，S)-2，2’-Methylenebis(4-phenyl-2-oxazoline)

式(V)。
本發(fā)明中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，鏈延長劑的含量為0.01至6.0重量％，以0.1至1.0重量％為較佳，又以0.1至0.8重量％為更佳。
根據(jù)本發(fā)明，可利用固體分散混練技術(shù)進行混合A)聚酯高分子基材、B)經(jīng)超高速研磨的納米碳管粉體、C)分散劑與D)鏈延長劑。根據(jù)本發(fā)明的一具體例，在高速粉體混練機中，以1,000至3,000rpm轉(zhuǎn)速進行混練，混合時間為10至60分鐘，以使納米碳管粉體能快速且均勻地分散于聚酯高分子基材中，以獲得包含均勻分散的納米碳管粉體的聚酯基材粉體。
依此，本發(fā)明亦提供一種制造含有均勻分散的納米碳管的聚酯基材粉體的方法，其特征在于包含下述步驟 1)提供一純度大于90％的具有長度(L)小于2微米及L/D大于100的納米碳管； 2)將該納米碳管進料至超高速粉體研磨機中，在20,000至30,000rpm轉(zhuǎn)速條件下進行研磨，歷時5至20分鐘，以形成分散性良好的納米碳管粉體； 3)將步驟2)獲得的分散性納米碳管粉體加入聚對苯二甲酸丁二酯高分子材料中，及添加分散劑與鏈延長劑，以形成聚酯基材混合物； 4)將該聚酯基材混合物進料至高速粉體混練機中，在1,000至3,000rpm轉(zhuǎn)速下進行混練，混合時間為10至60分鐘，使納米碳管粉體快速且均勻地分散于聚酯基材混合物中，以形成含有均勻分散的納米碳管的聚酯基材粉體。
本發(fā)明的方法中，使用的納米碳管純度須大于90％，研磨后的納米碳管具有長度(L)小于3.0微米及L/D值大于100，根據(jù)本發(fā)明方法的較佳具體例，研磨后的納米碳管具有長度(L)為0.7至2.0微米范圍及L/D值為100至300。根據(jù)本發(fā)明的更佳具體例，該納米碳管粉體中的納米碳管平均管徑為0.5至50納米及L/D值為60至600。
本發(fā)明方法中，聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子基材可選自群組包括聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物，較佳為聚對苯二甲酸丁二酯均聚物、含有對苯二甲酸丁二酯(BT)重復(fù)單元的共聚酯或含有聚對苯二甲酸丁二酯單元的嵌段共聚物之一或其組合，又以聚對苯二甲酸丁二酯均聚物為更佳。根據(jù)本發(fā)明的一較佳具體例，聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有極限黏度(I.V.)為大于0.6分升/克，較佳為極限黏度(I.V.)范圍為0.8至1.3分升/克(于體積比50/50四氯乙烷/酚的溶劑中，25℃下檢測)。
本發(fā)明方法中添加的分散劑可使用能夠改善加工穩(wěn)定性、分散性與流動性的類的分散劑，諸如可選自乙烯-丙烯酸系共聚物，較佳的分散劑實例為乙烯-丙烯酸共聚物。
于本發(fā)明方法中，鏈延長劑選自二異氰酸基環(huán)烷化合物或惡唑啉化合物，如上所述，例如二異氰酸基環(huán)己烷化合物(式I)、雙-惡唑啉化合物(式II)、1，4-伸苯基-雙-惡唑啉化合物(式III)、2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-叔丁基-2-惡唑啉]化合物(式IV)或2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑]化合物(式V)，其中以雙-惡唑啉化合物、1，4-伸苯基-雙-惡唑啉化合物、2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-叔丁基-2-惡唑啉]化合物及2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]化合物為較佳，又以2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-叔丁基-2-惡唑啉]及2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]為更佳，最佳為2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]。
由上述方法制得的聚酯基材粉體可經(jīng)由進一步的加工混練以形成導(dǎo)電母粒。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種具有均勻光滑表面的導(dǎo)電母粒，其特征在于使用上述根據(jù)本發(fā)明所獲得的聚酯基材粉體經(jīng)過雙螺桿混練機進行混練及造粒，以形成具有均勻且光滑的表面的導(dǎo)電母粒。
根據(jù)本發(fā)明的具體例，該聚酯基材粉體利用雙螺桿混練機，于220至300℃，較佳于230至285℃的溫度下，及在螺桿轉(zhuǎn)速為300至400rpm，較佳為200至350rpm，更佳為350rpm的轉(zhuǎn)速下，進行混練及造粒。
本發(fā)明中，所獲得導(dǎo)電母?？赏ㄟ^濾網(wǎng)試驗，例如可通過60微米的濾網(wǎng)試驗。根據(jù)本發(fā)明的具體例，所形成的導(dǎo)電母粒的電阻為小于108Ω/sq，較佳為100至108Ω/sq，更佳為100至105Ω/sq，最佳為101至104Ω/sq，及極佳為101至103Ω/sq。
本發(fā)明的又另一目的在于提供一種制造具有均勻光滑表面的導(dǎo)電母粒的方法，其步驟包括 1)提供一包含良好分散性納米碳管粉體、分散劑及鏈延長劑的聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子基材粉體，其中納米碳管在加入PBT高分子材料的前先經(jīng)過超高速粉體研磨機研磨成分散且均勻的納米碳管粉體， 2)將該PBT高分子基材粉體進料至雙螺桿混練機中，于220至300℃，較佳于230至285℃的溫度下，及在螺桿轉(zhuǎn)速為300至400rpm，較佳為200至350rpm，更佳為350rpm的轉(zhuǎn)速下，進行混練、造粒，以形成具有均勻光滑表面的導(dǎo)電母粒。
本發(fā)明又提供一種導(dǎo)電單纖纖維，其特征在于由上述根據(jù)本發(fā)明制得的導(dǎo)電母粒經(jīng)過紡絲程序而形成的導(dǎo)電單纖纖維。
本發(fā)明中所形成的導(dǎo)電單纖纖維的纖維直徑為0.05至1.0毫米，較佳為0.1至0.5毫米。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電單纖纖維的體積比電阻為小于104Ω.cm，較佳為小于103Ω.cm，及更佳為101至103Ω.cm。根據(jù)本發(fā)明形成的導(dǎo)電單纖纖維的強度可大于0.8gf/d，較佳為1.0至4.0gf/d，更佳為1.0至2.0gf/d。又，本發(fā)明中所形成的導(dǎo)電單纖維的伸長度系大于10％，較佳為10至100％，更佳為10至70％。
本發(fā)明又再提供一種制造導(dǎo)電單纖纖維的方法，其包含步驟 1)提供一由含有分散性納米碳管粉體、分散劑及鏈延長劑的聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子基材粉體所形成的導(dǎo)電母粒，其中納米碳管粉體均勻分散于高分子基材粉體中； 2)將該導(dǎo)電母粒于110℃溫度下烘料及干燥歷時12小時，得到干燥的導(dǎo)電母粒； 3)將干燥的導(dǎo)電母粒進料至單螺桿押出機中，于加工溫度為250至285℃，及螺桿轉(zhuǎn)速20rpm的操作條件下，經(jīng)過60微米濾網(wǎng)押出，接著，經(jīng)由孔洞的直徑為0.5毫米及長度為1毫米的紡嘴，以單孔吐出量6克/分鐘的速度，紡出纖維； 4)將該紡出的纖維經(jīng)過水冷卻裝置，以10至30米/分鐘的冷卻速度進行冷卻程序，之后以40至100米/分鐘的卷取速度進行卷取，以形成導(dǎo)電單纖纖維。
根據(jù)本發(fā)明可提供一種由上述本發(fā)明所制得的導(dǎo)電單纖纖維經(jīng)加工成形而獲得的紡織品，該紡織品具有表面電阻為小于105Ω/sq，較佳地該紡織品的表面電阻為101至105Ω/sq。
本發(fā)明的技術(shù)特征在于利用高速高強機械作用力將納米碳管粉體分散及打開互相纏結(jié)一起的納米碳管粉體，這方法的優(yōu)點為制程簡單、速度快、成本低且不會有環(huán)保問題，且納米碳管的回收率可高達(dá)95％以上。
根據(jù)本發(fā)明，獲得的聚酯基材粉體含有均勻分散其中的納米碳管粉體，適用于制作均勻光滑表面的導(dǎo)電高分子母粒、導(dǎo)電單纖纖維(諸如抗靜電或?qū)щ妴卫w纖維或復(fù)絲)等等。又，本發(fā)明的導(dǎo)電單纖纖適用于制作紡織品，諸如過濾用紡織品、電子器材用毛刷、跑步帶、輸送帶、包裝材等、無塵室或ESD(石化、航空、炸藥、噴漆等)或抗電磁波EMI等類成品、跑步帶/輸送帶、無塵布及抗靜電產(chǎn)品(例如抗靜電/導(dǎo)電布、抗電磁波布、抗靜電/導(dǎo)電手套、抗靜電/導(dǎo)電織帶、抗靜電鞋材、抗靜電包裝材、抗靜電家具布/地毯等)等用途。

具體實施例方式 本發(fā)明中，須了解于說明書及申請專利范圍的百分比意指以重量計，除非另有指定。由下述實施例將更詳盡地說明本發(fā)明，惟該實施例不意欲以任何方式限制本發(fā)明范圍，雖然設(shè)于大范圍的數(shù)字范圍和參數(shù)范圍是近似值，但盡可能精確地紀(jì)錄實施例中的數(shù)值。
A.材料種類及特性 1.聚對苯二甲酸丁二酯(PBT) 極限黏度(I.V.)為1.0dl/g(于體積比50/50四氯乙烷/酚的溶劑中，25℃下檢測)，商品名1100M，長春化工股份有限公司制造。
2.納米碳管(CNT)粉體 Nanocyl 7000，比利時Nanocyl S.A.制造，平均直徑9.5納米，平均長度1.5微米，導(dǎo)電材料長徑比(L/D)158，含碳純度90％，比表面積250至300m2/g。
3.分散劑 蠟系，A-C 540A，為乙烯-丙烯酸共聚物，熔點105℃，Honeywell公司制造。
4.鏈延長劑 2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]，上海晶純試劑有限公司制造。
B.設(shè)備型號 1.超高速高強機械機 分散納米碳管的裝置，型號RT-08，為轉(zhuǎn)速20,000至30,000rpm的粉碎機，凌廣工業(yè)股份有限公司制造。
2.高速復(fù)合粉體混練粉碎機 將納米碳管均勻分散于高分子材料的FM-20裝置，高速復(fù)合粉體混練機，轉(zhuǎn)速1,000至3,000rpm，日本三井礦公司制造。
3.雙螺桿混煉機/雙軸擠壓出機 混練造粒機，德國HAAKE制造。
4.高分子熔融過濾機/濾網(wǎng)實驗機 評估納米碳管分散情形的裝置，60微米濾網(wǎng)，德國HAAKE制造。
5.單纖纖維紡絲機 單纖纖維紡絲機的主機為HAAKE公司制造，紡嘴孔洞的直徑為0.5毫米，長度為1毫米，紡嘴上方裝有60微米濾網(wǎng)，過濾雜質(zhì)以增加紡絲的穩(wěn)定性與質(zhì)量。
C.母粒及纖維的性質(zhì)測試 1.導(dǎo)電PBT母粒的導(dǎo)電度測試 將PBT母粒加熱熔融，壓成5×5cm2的正方型樣品，該樣品厚度約1毫米。利用四點探針低阻抗率計(裝置型號MCP-T600，日本三菱化學(xué)株式會社制造)檢測樣品的導(dǎo)電度(表面電阻，Ω/sq)。
2.導(dǎo)電PBT單纖纖維的導(dǎo)電度測試 使用DIN 54345標(biāo)準(zhǔn)方法檢測導(dǎo)電PBT單纖纖維的導(dǎo)電度，測試距離為10公分，將測得的電阻值除以10公分，計算得纖維阻抗值(Ω/cm)，之后，纖維阻抗值乘以纖維截面積，得到纖維體積比電阻(Ω.cm)。
3.導(dǎo)電PBT單纖纖維紡織品的導(dǎo)電度測試 使用EN 1149-11996標(biāo)準(zhǔn)方法，于溫度23±1℃，濕度25±5％的條件下，使用表面電阻儀檢測導(dǎo)電PBT單纖纖維紡織品的導(dǎo)電度。
4.壓升試驗 利用壓力試驗機(德國HAAKE制造)，濾網(wǎng)大小60微米，進行導(dǎo)電母粒的濾網(wǎng)試驗。
5.紡絲性評估 利用單纖纖維紡絲機(德國HAAKE制造)，進行導(dǎo)電纖維的紡絲實驗，紡絲溫度250至285℃，螺桿轉(zhuǎn)速20rpm，評估紡絲的是否有斷絲現(xiàn)象。
6.導(dǎo)電單纖纖維拉力測試(強力、強度與伸度測試) 利用拉力試驗機(臺灣高鐵公司制造)，進行導(dǎo)電纖維的強力、強度與伸度測試，在環(huán)境溫度25℃下，拉力試驗機的夾頭間距250毫米，拉力速度為250毫米/分鐘，將纖維拉斷的最大力量為單纖纖維強力，單纖纖維強度為纖維強力除以纖維丹尼數(shù)，單纖纖維伸度為拉斷伸長量除以夾頭間距250毫米。
實施例 A.包含分散性納米碳管的聚酯基材粉體的制備 比較例1 將聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子基材進料至高速復(fù)合粉體混練機中，于2000rpm轉(zhuǎn)速下進行混練，混合時間為30分鐘，以獲得PBT聚酯基材粉體作為對照組。
比較例2 混合1932克(96.60％)的聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子材料、60克(3.00％)的Nanocyl 7000納米碳管、4克(0.20％)的A-C 540A分散劑與4克(0.20％)的2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]，以獲得含有納米碳管粉體的PBT聚酯基材粉體作為對照組。本比較例中的Nanocyl 7000納米碳管未先行利用超高速高強機械作用力分散，及未利用高速高強機械作用力進行混合及分散聚酯混合物。
比較例3 如同比較例2的方式，混合1870克(93.50％)的聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子材料、120克(6.00％)的Nanocyl 7000納米碳管、6克(0.30％)的A-C 540A分散劑與4克(0.20％)的2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]，以獲得含有納米碳管粉體的PBT聚酯基材粉體。
比較例4 混合1870克(93.50％)的聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子材料、120克(6.00％)的Nanocyl 7000納米碳管、6克(0.30％)的A-C 540A分散劑與4克(0.20％)的2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]，將該PBT高分子基材混合物進料至高速復(fù)合粉體混練機中，于2000rpm轉(zhuǎn)速下進行混練，混合時間為30分鐘，以獲得含有納米碳管粉體的PBT聚酯基材粉體。本比較例中的Nanocyl 7000納米碳管未先行利用超高速高強機械作用力分散。
比較例5 將Nanocyl 7000納米碳管進料至超高速粉體研磨機中，于30000rpm轉(zhuǎn)速條件下進行研磨，歷時5分鐘，以形成分散性良好的納米碳管粉體。
將120克(6.00％)的上述形成的納米碳管粉體與6克(0.30％)的A-C540A分散劑加入1874克(93.70％)的聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子基材中，獲得PBT聚酯混合物。之后將該聚酯混合物進料至高速復(fù)合粉體混練機中，于2000rpm轉(zhuǎn)速下進行混練，混合時間為30分鐘，以使Nanocyl7000納米碳管粉體快速且均勻地分散于PBT聚酯基材中，獲得含有均勻分散的納米碳管粉體的PBT聚酯基材粉體。本比較例的聚酯基材粉體未添加鏈延長劑。
實施例1 將Nanocyl 7000納米碳管進料至超高速粉體研磨機中，于30000rpm轉(zhuǎn)速條件下進行研磨，歷時5分鐘，以形成分散性良好的納米碳管粉體。
將20克(1.00％)的上述形成的納米碳管粉體、2克(0.10％)的A-C540A分散劑與2克(0.10％)的2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑啉]加入1976克(98.80％)的聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)高分子基材中，獲得PBT聚酯混合物。之后將該聚酯混合物進料至高速復(fù)合粉體混練機中，于2000rpm轉(zhuǎn)速下進行混練，混合時間為30分鐘，以使Nanocyl 7000納米碳管粉體能夠快速且均勻地分散于PBT聚酯基材中，獲得含有均勻分散的納米碳管粉體的PBT聚酯基材粉體。
實施例2至6 如同實施例1的方式，按照表1所列的組成重量比例，獲得實施例2至6的含有均勻分散的納米碳管粉體的PBT聚酯基材粉體。
表1

B.導(dǎo)電母粒的制作及性質(zhì)試驗 將比較例1至5及實施例1至6所獲得的PBT高分子基材粉體進料至雙螺桿混練機中，于230至300℃及螺桿轉(zhuǎn)速350rpm的操作條件下進行混練及造粒，以制得導(dǎo)電母粒。
利用濾網(wǎng)大小為60微米的濾網(wǎng)實驗機(德國HAAKE制造)評估由比較例1至5及實施例1至6分別獲得的母粒(編號C-PBT、PCN3-0、PCN6-1、PCN6-2、PCN6-3、PCN1-1、PCN3-1、PCN6-4、PCN6-5、PCN8-5及PCN10-1)中的納米碳管分散情形。分散情形的判斷方式系以濾網(wǎng)試驗中壓升變化情況進行測試，如表2所示結(jié)果。
表2

就整體而言，試驗得到的壓升值越低代表納米碳管在PBT聚酯基材中的分散性越佳。由表2結(jié)果顯示含有未先經(jīng)高速高強機械作用分散的納米碳管且未經(jīng)高速高強機械作用力分散的聚酯基材粉體所形成的導(dǎo)電母粒檢測得的壓升值偏高且紡絲性不佳(例如PCN3-0及PCN6-1)。PBT聚酯基材粉體先行經(jīng)過高速高強機械作用力分散后再進行造粒形成導(dǎo)電母粒(PCN6-2)，雖然檢測得的壓升值下降，但紡絲性仍不佳。另外，若PBT基材粉體中未添加鏈延長劑，形成的導(dǎo)電母粒(PCN6-3)，則造粒會有問題或是無法造粒。
對照下，根據(jù)本發(fā)明的含有均勻分散的納米碳管、分散劑與鏈延長劑的PBT聚酯基材粉體所形成的導(dǎo)電母粒(PCN3-1、PCN6-4、PCN6-5、PCN8-5及PCN10-1)，所測得的壓升值較低，且具有較佳的紡絲性。
針對由上述實施例與比較例的PBT基材粉體混練形成的導(dǎo)電母粒進行導(dǎo)電阻抗性試驗，如表2所示結(jié)果。
由表2中的導(dǎo)電度試驗顯示，根據(jù)本發(fā)明的含有均勻分散的納米碳管、分散劑與鏈延長劑的PBT聚酯基材粉體所形成的導(dǎo)電母粒的表面電阻大致上隨著納米碳管的含量增加而有下降的趨勢，亦即顯示導(dǎo)電母粒的導(dǎo)電性會隨著納米碳管含量增加而提高。另一方面，與單純的PBT聚酯基材粉體所制得的母粒(C-PBT)相較下，根據(jù)本發(fā)明的PBT聚酯粉體形成的導(dǎo)電母粒(如PCN3-1、PCN6-4、PCN6-5、PCN8-5及PCN10-1)的導(dǎo)電性明顯地增加，又，與添加同量的含未經(jīng)高速高強機械作用力分散的納米碳管的PBT基材粉體形成的導(dǎo)電母粒(PCN6-1、PCN6-2)或與未含有鏈延長劑的PBT基材粉體(PCN6-3)相較下，根據(jù)本發(fā)明所形成的導(dǎo)電母粒(PCN6-4、PCN6-5)展現(xiàn)較佳的導(dǎo)電性(亦即低的表面電阻性)。
C.導(dǎo)電PBT單纖纖維的制作及性質(zhì)試驗 取C-PBT、PCN1-1、PCN3-1、PCN6-4、PCN6-5、PCN8-5及PCN10-1導(dǎo)電母粒，將該導(dǎo)電母粒于110℃溫度下烘料及干燥歷時12小時，以得到干燥的導(dǎo)電母粒。將干燥的導(dǎo)電母粒進料至單螺桿押出機中，于加工溫度為250至285℃及螺桿轉(zhuǎn)速20rpm的操作條件下，通過60微米的濾網(wǎng)，經(jīng)由孔洞的直徑為0.5毫米及長度為1毫米的紡嘴，以單孔吐出量6克/分鐘的速度，紡出纖維。接著，將該紡出的纖維經(jīng)過水冷卻裝置，以5至30米/分鐘的冷卻速度進行冷卻程序，之后以40至100米/分鐘的卷取速度進行卷取，以形成導(dǎo)電單纖纖維(編號F-PBT、F-PCN1-1、F-PCN3-1、F-PCN6-4、F-PCN6-5、F-PCN8-5及F-PCN10-1)。
進行制得的導(dǎo)電單纖纖維的導(dǎo)電度、拉力、強度及伸度等性質(zhì)試驗，結(jié)果如表3所示。
表3 由表3結(jié)果顯示，由含有3％、6％、8％及10％的分散納米碳管粉體的聚對苯二甲酸丁二酯高分子基材粉體形成的導(dǎo)電母粒制得的導(dǎo)電單纖纖維的導(dǎo)電性較佳，其導(dǎo)電度可達(dá)102至105Ω/sq。相較于單純的聚對苯二甲酸丁二酯母粒制得的單纖纖維(F-PBT)，根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電母粒制得的單纖纖維具有較佳的拉力及穩(wěn)定的強度特性。
本發(fā)明的具體實施例為較佳的，在不悖離本發(fā)明的精神與范圍下可進行各種改質(zhì)及改良，本發(fā)明的范圍由申請的權(quán)利要求范圍指明，及所有落在等同物的意義與范圍的改變均涵蓋其中。
權(quán)利要求
1.一種含有納米碳管粉體均勻分散其中的聚酯基材粉體，其包含
A)80至99.5重量％的以聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)或其共聚物為基質(zhì)的聚酯高分子基材，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)；
B)1至15重量％的經(jīng)超高速研磨的納米碳管粉體，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)；
C)0.01至6.0重量％分散劑，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)；
D)0.01至6.0重量％鏈延長劑，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)；
上述成分A)、B)、C)及D)利用高速粉體混練機進行混合，以得到聚酯基材粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，成分A)中聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物系選自群組包括聚對苯二甲酸丁二酯均聚物、含有對苯二甲酸丁二酯重復(fù)單元的共聚酯及含有聚對苯二甲酸丁二酯單元的嵌段共聚物之一或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的聚酯基材粉體，其中，成分A)聚酯高分子基材以聚對苯二甲酸丁二酯均聚物為基質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有極限黏度為大于0.6分升/克。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的聚酯基材粉體，其中，聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有極限黏度為0.6至1.3分升/克。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的聚酯基材粉體，其中，聚對苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有極限黏度為0.8至1.3分升/克。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分A)聚酯高分子基材含量為84至99重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分A)聚酯高分子基材含量為88至97重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，成分B)經(jīng)超高速研磨的中的納米碳管粉體的長度L為小于3.0微米及L/D值大于100。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的聚酯基材粉體，其中，該研磨的納米碳管粉體的長度L為0.7至3.0微米及L/D值為100至300。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，該研磨的納米碳管粉體中的納米碳管平均管徑為0.5至50納米或L/D值為60至600。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分B)的含量為1至10重量％。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分B)的含量為2.5至10重量％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分B)的含量為3至10重量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，成分C)分散劑選自乙烯-丙烯酸系共聚物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的聚酯基材粉體，其中，該分散劑為乙烯-丙烯酸共聚物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，分散劑的含量為0.1至2.0重量％。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，分散劑的含量為0.2至1.5重量％。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，成分D)鏈延長劑選自二異氰酸基環(huán)烷化合物或惡唑啉化合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的聚酯基材粉體，其中，該惡唑啉化合物為二異氰酸基環(huán)己烷化合物、雙-惡唑啉化合物、1，4-伸苯基-雙-惡唑啉化合物、2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-叔丁基-2-惡唑]化合物或2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑]化合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的聚酯基材粉體，其中，該惡唑啉化合物為2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-叔丁基-2-惡唑]或2，2’-亞甲基雙[(4，s)-4-苯基-2-惡唑]。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，成分D)鏈延長劑的含量為0.1至1.0重量％。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的聚酯基材粉體，其中，以聚酯基材粉體重量為基準(zhǔn)，該鏈延長劑的含量為0.1至0.8重量％。
24.一種制造含有均勻分散的納米碳管的聚酯基材粉體的方法，其特征在于包含下述步驟
1)提供一純度大于90％的具有長度L小于2微米及L/D大于100的納米碳管；
2)將該納米碳管進料至超高速粉體研磨機中，在20,000至30,000rpm轉(zhuǎn)速條件下進行研磨，歷時5至20分鐘，以得到分散性納米碳管粉體；
3)將步驟2)獲得的分散性納米碳管粉體加入聚對苯二甲酸丁二酯高分子材料中，及添加分散劑與鏈延長劑，以形成聚酯基材混合物；
4)將該聚酯基材混合物進料至高速粉體混練機中，在1,000至3,000rpm轉(zhuǎn)速下進行混練，混合時間為10至90分鐘，使納米碳管粉體快速且均勻地分散于聚酯基材混合物中，以形成含有均勻分散的納米碳管的聚酯基材粉體。
25.一種制造具有均勻光滑表面的導(dǎo)電母粒的方法，其步驟包括
1)提供權(quán)利要求1至23中任一項的聚酯基材粉體；
2)將該聚酯基材粉體進料至雙螺桿混練機中，于220至300℃溫度及螺桿轉(zhuǎn)速為300至400rpm的操作條件下，進行混練、造粒，以形成具有均勻光滑表面的導(dǎo)電母粒。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中，步驟1)的聚酯基材粉體是由權(quán)利要求24的方法制得。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中，步驟2)的操作溫度為230至285℃。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中，步驟2)的操作轉(zhuǎn)速為200至350rpm。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，該操作轉(zhuǎn)速為350rpm。
30.一種導(dǎo)電母粒，是由權(quán)利要求1至23中任一項的聚酯基材粉體或由權(quán)利要求25至29中任一項的方法制得。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的導(dǎo)電母粒，其中，導(dǎo)電母粒的電阻為100至108Ω/sq。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的導(dǎo)電母粒，其中，導(dǎo)電母粒的電阻為100至105Ω/sq。
33.一種導(dǎo)電單纖纖維，是由權(quán)利要求30至32中任一項的導(dǎo)電母粒所形成。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的導(dǎo)電單纖纖維，其中，該導(dǎo)電單纖纖維的纖維直徑為0.05至1.0毫米。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的導(dǎo)電單纖纖維，其中，該導(dǎo)電單纖纖維的纖維直徑為0.1至0.5毫米。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的導(dǎo)電單纖纖維，其中，該導(dǎo)電單纖纖維的體積電阻為小于104Ω·cm，強度大于0.8gf/d，伸長度大于10％。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的導(dǎo)電單纖纖維，其中，該導(dǎo)電單纖纖維體積電阻為101至103Ω·cm，強度為1.0至4.0gf/d，伸長度為10至70％。
38.一種制造權(quán)利要求33至37中任一項的導(dǎo)電單纖纖維的方法，其包含步驟
1)提供權(quán)利要求30至32中任一項的導(dǎo)電母粒；
2)將該導(dǎo)電母粒置于110℃溫度下烘料6至30小時，以得到干燥的導(dǎo)電母粒；
3)將經(jīng)干燥的導(dǎo)電母粒進料至單螺桿押出機中，于加工溫度250至285℃及螺桿轉(zhuǎn)速20rpm的操作條件下，經(jīng)過60微米濾網(wǎng)押出，接著，經(jīng)由孔洞的直徑為0.5毫米及長度為1毫米的紡嘴紡出纖維；
4)將步驟3)紡出的纖維經(jīng)過水冷卻裝置以冷卻速度5至30m/min進行冷卻程序，之后以卷取速度40至100m/min進行卷取，以形成導(dǎo)電單纖纖維。
39.一種紡織品，是由權(quán)利要求33至37中任一項的單纖纖維所制成。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的紡織品，其中，該紡織品具有表面電阻為小于105Ω/sq。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的紡織品，其中，該紡織品具有表面電阻為101至105Ω/sq。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種包含聚對苯二甲酸丁二酯高分子基材、均勻分散的納米碳管粉體、分散劑及鏈延長劑的聚酯基材粉體，一種具有均勻光滑表面的導(dǎo)電母粒，一種制造該導(dǎo)電母粒的方法，一種由該導(dǎo)電母粒形成的導(dǎo)電單纖纖維，一種制造彼等導(dǎo)電單纖纖維的方法，及一種由該導(dǎo)電單纖纖維制成的紡織品。本發(fā)明的特點在于制得具有高導(dǎo)電性的納米碳管纖維材料且可改善導(dǎo)電母粒的紡絲性避免紡絲程序中發(fā)生阻塞及斷絲的情形。
文檔編號D01D5/08GK101747597SQ20081018178
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者張勝善 申請人:財團法人紡織產(chǎn)業(yè)綜合研究所