CN102277727A - 采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法，首先对锦纶织物进行预处理；然后采用水热合成法在制备磁性纳米四氧化三铁颗粒的同时，直接对锦纶织物纤维表面进行改性；最后将锦纶织物以1：30～50的浴比，在70～90℃条件下用洗涤液洗涤10～30min，然后用80℃热水、冷水反复洗涤，晾干，完成对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性。本发明改性方法，节省原材料，操作简便，耐洗涤性能良好。测试结果表明，磁性纳米四氧化三铁改性后的锦纶织物经过30次标准洗涤之后，仍然具有优异的磁性能。
Description
技术领域
本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种锦纶织物的改性方法，具体涉及一种采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法。
背景技术
四氧化三铁（Fe3O4）是一种重要的尖晶石类铁氧体，具有许多不同于常规材料的光、电、声、热和磁等特性，是应用最为广泛的软磁性材料之一，常用作记录材料、颜料、磁流体材料，催化剂，磁性高分子微球和电子材料等，在生物技术领域和医学领域也有着很好的应用前景。目前，制备磁性纳米四氧化三铁颗粒方法主要有水热反应法、中和沉淀法、化学共沉淀法、沉淀氧化法和微波辐射法等，其中水热法是在水热合成中的再结晶过程，最终产物具有很高的纯度，反应中所需的仪器设备比较简单，反应过程简便。对于制备Fe3O4粒了来说，水热法有较为明显的优点：一是相对高的温度有利于产物磁性能的提高；二是在封闭容器中进行，相对高的压强避免了组分挥发，提高了产物纯度。锦纶织物具有优异的强度和耐磨性能，不仅能够用作羽绒服、登山服等服用面料，而且还广泛用于装饰和产业用织物，在锦纶织物纤维表面包覆一层磁性纳米四氧化三铁颗粒薄膜，赋予普通织物磁性能，将会极大地拓宽锦纶织物的应用范围。
目前采用水热合成法对锦纶织物包覆磁性纳米四氧化三铁颗粒薄膜的相关技术还没有。现有的锦纶织物纤维表面改性方法主要有两种：一是制备含有纳米颗粒的功能性纤维，即在纺丝过程中将纳米颗粒分散在化纤原材料中，再纺丝成纤，其优点是性能持久，缺点是纳米颗粒与聚合物材料亲和性较差，纳米颗粒分散不均匀，团聚现象严重，大部分纳米颗粒包埋在纤维基体中，纤维表面的纳米颗粒很少，因此性能大幅度下降；二是使用粘合剂和助剂将纳米粉体配制成整理液，采用浸渍或浸压、烘干等工艺将纳米颗粒粘附到织物表面，同样也面临着纳米颗粒团聚的问题，而且整理后的织物耐洗涤牢度不好，手感变差，服用性能受到很大程度影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法，解决了现有改性方法处理得到的锦纶织物不具有磁性，洗涤性能不持久，手感和透气性能较差的问题。
本发明所采用的技术方案是，采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：对锦纶织物进行预处理；
步骤2：按照总铁浓度为0.01～0.1mol/L，氯化亚铁与三氯化铁质量比为Fe2+：Fe3+=1：2～4：1称取氯化亚铁和三氯化铁，按照体积比为1：7～4：4称取二甲基甲酰胺与去离子水混合得到混合溶液，将称取的氯化亚铁和三氯化铁溶解在混合溶液中，得到二价铁和三价铁的混合溶液，按照质量-体积浓度称取8g/L的十二烷基硫酸钠、200g/L的尿素及上述铁混合溶液，混合充分搅拌至溶解，将步骤1得到的预处理好的锦纶织物浸渍到搅拌得到的混合溶液中5～10min，然后转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，密封加热到110～160℃，保温处理2～5h，自然冷却至室温，将处理后的锦纶织物置于60℃的真空干燥箱中真空烘燥10～30min，然后用无水乙醇和去离子水清洗干净；
步骤3：将步骤2得到的洗涤后的锦纶织物，以1：30～50的浴比，在70～90℃条件下用洗涤液洗涤10～30min，然后用80℃热水、冷水反复洗涤，晾干，完成对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性。
本发明的特点还在于，
其中步骤1中的预处理，具体按照以下步骤实施：将质量浓度为36%的盐酸用水稀释成100～300ml/L的稀盐酸溶液，在温度为40～60℃条件下，将锦纶织物浸泡在上述稀盐酸溶液中粗化1～5h，然后用去离子水洗涤，烘干备用。
其中步骤3中的洗涤液，按照质量-体积浓度，由2g/L的固体皂片和2g/L的纯碱溶于水制备而成。
本发明的有益效果是，采用水热合成法在制备磁性纳米四氧化三铁颗粒的同时，直接在锦纶织物纤维表面包覆一层磁性纳米四氧化三铁颗粒薄膜，赋予锦纶织物磁性能，通过控制二价铁和三价铁的用量比、表面活性剂用量、反应温度和时间，总铁浓度等工艺参数，优化了整理工艺，该方法节省原材料，操作简便，耐洗涤性能良好。测试结果表明，磁性纳米四氧化三铁改性后的锦纶织物经过30次标准洗涤之后，仍然具有优异的磁性能。
附图说明
图1是锦纶织物磁性纳米四氧化三铁水热改性前的纤维扫描电镜照片；
图2是采用本发明方法对锦纶织物纤维负载磁性纳米四氧化三铁改性后的扫描电镜照片；
图3是采用本发明方法对锦纶织物负载磁性纳米四氧化三铁改性后的X射线衍射谱图；
图4是采用本发明方法对锦纶织物负载磁性纳米四氧化三铁改性后的磁滞曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：将质量浓度为36%的盐酸与水混合配制成100～300ml/L的稀溶液，在温度40～60℃条件下，将待处理的锦纶织物浸泡粗化1～5h，然后用去离子水进行洗涤，烘干备用。
步骤2：按照总铁浓度为0.01～0.1mol/L，氯化亚铁与三氯化铁质量比为Fe2+：Fe3+=1：2～4：1称取氯化亚铁和三氯化铁，按照体积比为1：7～4：4称取二甲基甲酰胺与去离子水混合得到混合溶液，将称取的氯化亚铁和三氯化铁溶解在混合溶液中，得到二价铁和三价铁的混合溶液，按照质量-体积浓度称取8g/L的十二烷基硫酸钠，200g/L的尿素，及上述铁混合溶液，混合充分搅拌至溶解，将预处理好的锦纶织物浸渍到搅拌得到的混合溶液中5～10min，然后转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，密封加热到110～160℃，保温处理2～5h，自然冷却至室温，将处理后的锦纶织物置于60℃的真空干燥箱中真空烘燥10～30min，然后用无水乙醇和去离子水清洗干净。
步骤3：配制2g/L的固体皂片和2g/L的纯碱溶于水组成的洗涤液，将上步反应得到的锦纶织物，以1：30～50的浴比，在70～90℃条件下用洗涤液洗涤10～30min，然后用80℃热水和冷水反复洗涤，自然晾干，完成对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性。
图1和图2是锦纶织物负载磁性纳米四氧化三铁改性前、后的扫描电镜照片。可以看出，锦纶织物水热改性之后，纤维表面包覆了一层纳米四氧化三铁颗粒薄膜。图3是水热改性锦纶织物的X射线衍射谱图。可以看出该纳米四氧化三铁薄膜为磁铁矿，具有立方反尖晶石结构。图4是包覆纳米四氧化三铁锦纶织物的磁滞曲线。测试结果表明，包覆纳米四氧化三铁的锦纶织物具有超顺磁性。
用VSM多功能振动样品磁强计（美国Quantum Design公司）测定包覆纳米四氧化三铁锦纶织物的磁滞回线，计算饱和磁化强度和剩余磁化强度。根据国家标准GB/T 8629-2001《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》，对包覆纳米四氧化三铁锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序）。经过30次标准洗涤之后，测定饱和磁化强度和剩余磁化强度。
从原理方面说明本发明的有益效果所在：
1．本发明通过控制总铁浓度，氯化亚铁与三氯化铁质量之比，溶胀剂二甲基甲酰胺用量，表面活性剂用量，反应温度和时间，使得包覆在锦纶织物纤维表面的四氧化三铁薄膜均匀，颗粒为纳米级，与纤维结合牢度好，具有一定的磁性。因为总铁浓度，氯化亚铁与三氯化铁质量之比，二甲基甲酰胺用量，表面活性剂用量，反应温度和时间，都影响着四氧化三铁的磁性、纯度、晶化程度、形貌以及粒子尺寸。当总铁浓度在0.01～0.1mol/L时，纤维表面可以包覆一定厚度的磁性纳米四氧化三铁薄膜，颗粒发生团聚现象较少，同时溶液中不会沉积太多的纳米颗粒，与纤维结合牢固；当小于0.01mol/L时，溶液中铁离子太少，不会形成连续的薄膜，影响磁性能；当大于0.1mol/L时，铁离子浓度过大易造成浪费，纤维表面粘附的磁性纳米四氧化三铁薄膜太厚，附着牢度不好，使用过程中纳米颗粒容易脱落。
2．当氯化亚铁与三氯化铁质量之比在1：2～4：1时，纤维表面能够包覆一定厚度的薄膜，纳米颗粒与锦纶纤维结合牢固；当小于1：2时，三价铁离子用量太大，制备出含三价铁较多的杂质，磁性能很弱；当大于4：1时，三价铁离子用量太少，制备出含二价铁较多的杂质，磁性能也很弱。
3．当二甲基甲酰胺与去离子水体积比为1：7～4：4时，锦纶织物纤维表面负载一定量的磁性纳米四氧化三铁颗粒，随着二甲基甲酰胺用量的增加，锦纶纤维表面负载的磁性纳米四氧化三铁的量逐渐增加，颜色由浅灰到黑灰再到棕红色；当反应溶液中没有二甲基甲酰胺时，锦纶织物纤维表面只能负载很少量的磁性纳米四氧化三铁颗粒；当大于4：4时，纳米四氧化三铁容易氧化而失去磁性。
4．当反应温度控制在110～160℃时，能够生成磁性纳米四氧化三铁颗粒；当反应温度低于110℃时，生成的纳米四氧化三铁磁性较差；当温度超过160℃时，锦纶织物强度下降明显，纳米四氧化三铁氧化严重。
5．反应时间主要影响四氧化三铁的晶化程度，晶体形貌和尺寸。当反应时间控制在2～5h时，可以在纤维表面生成磁性纳米四氧化三铁颗粒薄膜；当小于1h时，纳米四氧化三铁与锦纶纤维结合牢度较差，四氧化三铁晶化程度差，磁性能不好；当大于5h时，生成的磁性纳米四氧化三铁颗粒会发生明显团聚，粒度明显增大，表面粗糙不平，颗粒容易脱落。
实施例1
用质量-体积浓度为36%的盐酸配制300ml/L的稀溶液，在40℃条件下将锦纶织物粗化1h，然后用去离子水洗净，60℃烘干。称取一定量的氯化亚铁和三氯化铁，用二甲基甲酰胺与去离子水体积比为1：7的混合溶液溶解，控制总铁浓度为0.01mol/L，氯化亚铁与三氯化铁质量之比为1：2，再加入0.8g的十二烷基硫酸钠和20g的尿素，充分搅拌待完全溶解后，将粗化后的锦纶织物浸渍5min，随后织物连同溶液一起移入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，密封后放入均相反应器中，以30r/min速率在110℃条件下处理5h，待反应结束后取出锦纶织物，在60℃真空干燥箱中烘燥10min，用80℃去离子水洗涤30min。用2g/L皂片和2g/L纯碱配制的洗涤液，以1：50浴比，在70℃条件下洗涤30min，然后用80℃热水、冷水洗涤3次，自然晾干。
包覆磁性纳米四氧化三铁锦纶织物的饱和磁化强度为8emu/g，剩余磁化强度为零。根据国家标准GB/T 8629-2001对包覆纳米四氧化三铁锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序）。经过30次标准洗涤之后，饱和磁化强度为5emu/g。
实施例2
用质量-体积浓度为36%的盐酸配制100ml/L的稀溶液，在60℃条件下将锦纶织物粗化5h，然后用去离子水洗净、烘干。称取一定量的氯化亚铁和三氯化铁，用二甲基甲酰胺与去离子水体积比4：4的混合溶液溶解，控制总铁浓度为0.1mol/L，氯化亚铁与三氯化铁质量之比为1：1，再加入0.6g的十二烷基硫酸钠和16g的尿素，充分搅拌待完全溶解后，将粗化后的锦纶织物浸渍处理10min，随后织物连同溶液一起移入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，密封后放入均相反应器中，以30r/min速率120℃条件下处理4h，待反应结束后取出锦纶织物，在60℃真空干燥箱中烘燥20min，用80℃去离子水洗涤30min。用2g/L皂片和2g/L纯碱配制洗涤液，以浴比1：40，在80℃条件下洗涤20min，然后用80℃热水、冷水洗涤3次，自然晾干。
包覆磁性纳米四氧化三铁锦纶织物的饱和磁化强度为65emu/g，剩余磁化强度为零。根据国家标准GB/T 8629-2001对包覆纳米四氧化三铁锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序）。经过30次标准洗涤之后，饱和磁化强度为42emu/g。
实施例3
用质量-体积浓度为36%的盐酸配制200ml/L的稀溶液，在50℃条件下将锦纶织物粗化3h，然后用去离子水洗净、烘干。称取一定量的氯化亚铁和三氯化铁，用二甲基甲酰胺与去离子水体积比为3：5的混合溶液溶解，控制总铁浓度为0.05mol/L，氯化亚铁与三氯化铁质量之比为4：1，加入0.4g的十二烷基硫酸钠和25g的尿素，充分搅拌待完全溶解后，将粗化后的锦纶织物浸渍8min，将织物连同溶液一起移入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，密封后放入均相反应器中，以30r/min速率160℃条件下处理2h，待反应结束后取出锦纶织物，在60℃真空干燥箱中烘燥30min，80℃去离子水洗涤30min。用2g/L皂片和2g/L纯碱配制洗涤液，以浴比1：30，在90℃条件下洗涤10min，然后用80℃热水、冷水洗涤3次，自然晾干。
包覆磁性纳米四氧化三铁锦纶织物的饱和磁化强度为28emu/g，剩余磁化强度为零。根据国家标准GB/T 8629-2001对包覆纳米四氧化三铁锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序）。经过30次标准洗涤之后，饱和磁化强度为23emu/g。
Claims (3)
1.采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：对锦纶织物进行预处理；
步骤2：按照总铁浓度为0.01～0.1mol/L，氯化亚铁与三氯化铁质量比为Fe2+：Fe3+=1：2～4：1称取氯化亚铁和三氯化铁，按照体积比为1：7～4：4称取二甲基甲酰胺与去离子水混合得到混合溶液，将称取的氯化亚铁和三氯化铁溶解在混合溶液中，得到二价铁和三价铁的混合溶液，按照质量-体积浓度称取8g/L的十二烷基硫酸钠、200g/L的尿素及上述铁混合溶液，混合充分搅拌至溶解，将步骤1得到的预处理好的锦纶织物浸渍到搅拌得到的混合溶液中5～10min，然后转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，密封加热到110～160℃，保温处理2～5h，自然冷却至室温，将处理后的锦纶织物置于60℃的真空干燥箱中真空烘燥10～30min，然后用无水乙醇和去离子水清洗干净；
步骤3：将步骤2得到的洗涤后的锦纶织物，以1：30～50的浴比，在70～90℃条件下用洗涤液洗涤10～30min，然后用80℃热水、冷水反复洗涤，晾干，完成对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性。
2.根据权利要求1所述的采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法，其特征在于，所述的步骤1中的预处理，具体按照以下步骤实施：将质量浓度为36%的盐酸用水稀释成100～300ml/L的稀盐酸溶液，在温度为40～60℃条件下，将锦纶织物浸泡在上述稀盐酸溶液中粗化1～5h，然后用去离子水洗涤，烘干备用。
3.根据权利要求1所述的采用水热法对锦纶织物进行纳米四氧化三铁改性的方法，其特征在于，所述的步骤3中的洗涤液，按照质量-体积浓度，由2g/L的固体皂片和2g/L的纯碱溶于水制备而成。
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