CN104452268A - 负载纳米二氧化钛的纤维的制备方法及其得到的纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了负载纳米二氧化钛的纤维的制备方法及其得到的纤维，适合丙纶、涤纶、麻纤维，丙纶、涤纶、麻机织物，和丙纶、涤纶、麻无纺布。采用超声波超声分散制得纳米二氧化钛分散液，结合超临界二氧化碳技术，制备负载纳米二氧化钛的纤维。其工艺步骤为：纳米二氧化钛分散液浸泡，二浸二轧，超临界二氧化碳处理。该工艺操作简单，工艺流程短，对环境无污染，消耗能源少，效率高，二氧化钛在纤维上负载牢固，部分纳米二氧化钛嵌在纤维上，经处理后，负载于纤维上的二氧化钛与织物的重量比为0.2～8.5％，皂洗后负载于纤维上的二氧化钛与织物的重量比为0.1～4.5％。该织物可用于空调过滤和医用空气过滤材料。

Description

负载纳米二氧化钛的纤维的制备方法及其得到的纤维
技术领域
本发明涉及负载纳米二氧化钛的纤维的制备方法，特别涉及一种通过超临界二氧化碳技术制备负载纳米二氧化钛纤维的方法及其得到的纤维。
背景技术
纳米二氧化钛具有良好的多重敏感性、氧化活性高、化学稳定性好、对人体无毒无副作用、对环境无污染等特点，在医药、化工、机械、生物学、生物传感器等领域中均有应用，而且随着科技的发展，近些年来，二氧化钛在光触媒领域也有广泛应用，并对二氧化钛的光感应性，分散性，成膜性，也提出了更高的要求。
在抗菌领域，利用纳米TiO2光催化产生的光生电子与光生空穴与催化剂表面吸附的水或羟基形成具有强氧化性的活性羟基或超氧离子，与细菌细胞或细菌内组分进行生化反应彻底杀死细菌，同时降解细菌释放出的有毒复合物，防止内毒素引起二次污染。利用纳米TiO2制成了抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌涂料、抗菌自洁玻璃和抗菌纤维等制品。另外，纳米二氧化钛还能起到防霉和净化空气等功能。HuC[Hu C,Guo J,Qu J,Hu X.Photocatalytic degradation of pathogenic bacteria with AgI/TiO2under visible light irradiation.Environmental Science Technology.2007.4.23(9):4982-7]等人对AgI/TiO2复合的光催化剂的杀菌性能进行了研究，在可见光照射下，该催化剂能高效杀死大肠杆菌和葡萄球菌，检测表明，细菌被完全分解为碳的氧化物或小分子有机物，从而实现了抗菌杀菌功能。
现有技术中通常采用熔体共混法来制备二氧化钛/聚丙烯复合材料，例如田明[童玉清，田明，徐瑞芬等.新型的高杀菌纳米二氧化钛/聚丙烯复合材料的结构和物理特性研究.复合材料学报.2003.10.20(5)：88-94]等人采用纳米二氧化钛粉体，利用熔体共混方式制备纳米二氧化钛/聚丙烯复合材料，其优点是纳米二氧化钛在聚丙烯中分散性较好，抗菌杀菌作用好，缺点是纳米二氧化钛颗粒大小不匀，使聚丙烯结晶度下降，拉伸强度降低，强力下降，并且二氧化钛对聚丙烯有一定降解作用。刘青山[刘青山，严玉蓉，赵耀明.纳米二氧化钛催化光降解聚丙烯纤维的研究.合成材料老化与应用.2005.34(1):8-13]等人采用在聚丙烯中加入0.3～1.5wt％的锐钛矿型纳米二氧化钛共混熔融纺丝纺制成纤维，进行了光氧化降解性能研究。
目前，采用超临界二氧化碳技术将纳米二氧化钛负载在聚丙烯纤维或其他纤维上的方法上的还未有相关文献提及，这也是本发明的特点所在。
发明内容
为了解决现有技术中采用超临界二氧化碳技术将纳米二氧化钛负载在纤维上的空缺问题，本发明公开一种通过超临界二氧化碳纳米二氧化钛负载在纤维上的方法，具有工艺流程短、效率高、消耗能源少、资源循环利用、对环境无污染、固着牢固等优点。
对本发明的技术方案为：负载纳米二氧化钛的纤维的制备方法，具体操作步骤如下：
(1)制备纳米二氧化钛分散液
将纳米二氧化钛、表面活性剂、分散剂、溶剂混合，调节pH值为2～12，超声波超声分散5～40分钟，得到纳米二氧化钛分散液；
(2)超临界二氧化碳负载纳米二氧化钛
将纤维放入纳米二氧化钛分散液中浸轧后，放入超临界二氧化碳反应釜中反应0.5～4小时，冷却得到负载纳米二氧化钛的纤维。
优选地，所述纳米二氧化钛为锐钛矿型，粒径为20～100纳米。
优选地，所述步骤(1)中，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚，所述分散剂为聚乙二醇或高碳脂肪醇聚氧乙烯醚，所述溶剂是质量分数为10～40％的乙醇溶液。
优选地，所述步骤(1)中，纳米二氧化钛:分散剂:表面活性剂:有机溶剂的质量比为1～10:1～5:1～5:200～1000。
优选地，所述浸轧工艺为二浸二压，浸泡时间为5～40min，纤维经浸泡后挤压，带液率为130～230％。
优选地，所述步骤(2)中，二氧化碳处于超临界流体状态的临界温度为31.1℃，临界压力为7.4MPa。
优选地，所述步骤(2)中，超临界二氧化碳的辅助渗透温度为40～130℃，超临界二氧化碳辅助渗透压力为8～40MPa。
本发明还提供上述方法制备得到的负载纳米二氧化钛的纤维，所述纤维为丙纶纤维、涤纶纤维、麻纤维、丙纶机织物、涤纶机织物、麻机织物、丙纶无纺布、涤纶无纺布或麻无纺布。
优选地，所述负载于纤维上的纳米二氧化钛与织物的重量比为0.2～8.5％。
优选地，所述纤维经过皂洗烘干后，负载于纤维上的纳米二氧化钛与织物的重量比为0.1～4.5％。
本发明制得的负载纳米二氧化钛的纤维，主要用于空调过滤材料和医用空气过滤材料。
本发明具有的有益效果是：采用超声波超声分散后的纳米二氧化钛分散液分散效果好，未出现颗粒团聚现象，稳定非常好，静置3天以后仍处于均匀分散状态。通过超临界二氧化碳处理后，纤维上附着较多的纳米二氧化钛，部分纳米二氧化钛处于半嵌入纤维状态，经皂洗后纤维上仍附着有大量纳米二氧化钛。经过灰分法测得未经洗涤的纳米二氧化钛质量占织物质量的0.2～8.5％，经洗涤烘干后纳米二氧化钛质量占织物质量的0.1～4.5％。
附图说明
图1为纳米二氧化钛粉末；
图2为二氧化钛均相溶液；
图3为实施例1丙纶无纺布处理前的SEM照片；
图4为实施例1处理后丙纶无纺布的SEM照片；
图5为实施例2丙纶无纺布处理前的SEM照片；
图6为实施例2处理后丙纶无纺布的SEM照片；
图7为实施例3涤纶无纺布处理前的SEM照片；
图8为实施例3处理后涤纶无纺布的SEM照片。
具体实施方式
下面结合几个实施例，对本发明做进一步描述。
实施例1
(1)取2g纳米二氧化钛粉末，1g渗透剂JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)，1g聚乙二醇，分别放入500g的乙醇溶液中，搅拌均匀，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为11，超声波超声分散20min，即得纳米二氧化钛分散液备用。
(2)把经过清洗烘干后的丙纶无纺布(13.85g)放入(1)中所制得的纳米二氧化钛分散液中，浸泡5min后取出，经二浸二轧挤压后织物带液率为210％，将样品放入超临界二氧化碳反应釜中反应，反应时间为30min，温度100℃，压力25MPa，快速卸压后取出织物。
(3)将织物进行皂洗，烘干至恒重，剪碎放入坩埚中，将坩埚盖上盖，置于马弗炉内，600℃煅烧5个小时，冷却到200℃后放入真空干燥器中干燥冷却至室温，用精密天平称其灰分的重量。
采用本实验条件所得的丙纶无纺布，洗涤前和洗涤后，用灰分法测得(GB/T9345-1988塑料灰分通用测定方法)二氧化钛分别占织物质量的1.3％和0.6％。
实施例2
(1)取2g纳米二氧化钛粉末，1g渗透剂JFC，1g聚乙二醇，分别放入500g的乙醇溶液中，搅拌均匀，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为11，超声波超声分散20min，即得纳米二氧化钛分散液备用。
(2)把经过清洗烘干后的丙纶无纺布(12.82g)放入(1)中所制得的纳米二氧化钛分散液中，浸泡10min后取出，经二浸二轧挤压后织物带液率为230％，将样品放入超临界二氧化碳反应釜中反应，反应时间为40min，温度110℃，压力30MPa，快速卸压后取出织物。
(3)将织物进行皂洗，烘干至恒重，剪碎放入坩埚中，将坩埚盖上盖，置于马弗炉内，600℃煅烧5个小时，冷却到200℃后放入真空干燥器中干燥冷却至室温，用精密天平称其灰分的重量。
采用本实验条件所得的丙纶无纺布，洗涤前和洗涤后，用灰分法测得二氧化钛分别占织物质量的5.7％和2.6％。
实施例3
(1)取2g纳米二氧化钛粉末，1g渗透剂JFC，1g聚乙二醇，分别放入500g的乙醇溶液中，搅拌均匀，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为11，超声波超声分散20min，即得纳米二氧化钛分散液备用；
(2)把经过清洗烘干后的涤纶无纺布(12.86g)放入(1)中所制得的纳米二氧化钛分散液中，浸泡10min后取出，经二浸二轧后织物带液率为200％，将样品放入超临界二氧化碳反应釜中反应，反应时间为30min，温度110℃，压力25MPa，快速卸压后取出织物。
(3)将样品进行皂洗，烘干至恒重，剪碎放入坩埚中，将坩埚盖上盖，置于马弗炉内，600℃煅烧5个小时，冷却到200℃后放入真空干燥器中干燥冷却至室温，用精密天平称其灰分的重量。
采用本实验条件所得的涤纶无纺布，洗涤前和洗涤后，用灰分法测得二氧化钛分别占织物质量的3.6％和1.7％。

Claims (10)

1.负载纳米二氧化钛的纤维的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
(1)制备纳米二氧化钛分散液
将纳米二氧化钛、表面活性剂、分散剂、溶剂混合，调节pH值为2～12，超声波超声分散5～40分钟，得到纳米二氧化钛分散液；
(2)超临界二氧化碳负载纳米二氧化钛
将纤维放入纳米二氧化钛分散液中浸轧后，放入超临界二氧化碳反应釜中反应0.5～4小时，冷却得到负载纳米二氧化钛的纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纳米二氧化钛为锐钛矿型，粒径为20～100纳米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚，所述分散剂为聚乙二醇或高碳脂肪醇聚氧乙烯醚，所述溶剂是质量分数为10～40％的乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，纳米二氧化钛:分散剂:表面活性剂:有机溶剂的重量比为1～10:1～5:1～5:200～1000。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述浸轧工艺为二浸二压，浸泡时间为5～40min，纤维经浸泡后挤压，带液率为130～230％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，二氧化碳处于超临界流体状态的临界温度为31.1℃，临界压力为7.4MPa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，超临界二氧化碳的辅助渗透温度为40～130℃，超临界二氧化碳辅助渗透压力为8～40MPa。
8.权利要求1-7任意一项所述方法得到的负载纳米二氧化钛的纤维，其特征在于，所述纤维为丙纶纤维、涤纶纤维、麻纤维、丙纶机织物、涤纶机织物、麻机织物、丙纶无纺布、涤纶无纺布和麻无纺布。
9.根据权利要求8所述的纤维，其特征在于，所述负载于纤维上的纳米二氧化钛与织物的重量比为0.2～8.5％。
10.根据权利要求8或9所述的纤维，其特征在于，所述纤维经过皂洗烘干后，负载于纤维上的纳米二氧化钛与织物的重量比为0.1～4.5％。
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