CN104746173B - 一种具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭聚酯纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维的制备方法，包括：1)将纳米级麻秆炭粉体、硅烷偶联剂和纳米级二氧化硅粉体投入水中，室温搅拌，使纳米级二氧化硅粉体附着在纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，经过滤、干燥，得复合粉体；2)将得到的复合粉体和聚酯切片挤出造粒，得到功能母粒；3)得到的功能母粒和聚酯切片进行熔融纺丝，得到含复合粉体的聚酯纤维；4)然后碱洗，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，同时在聚酯纤维中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，经水洗、干燥，得到具有孔隙结构的麻秆炭/聚酯纤维。本发明制备的麻秆炭/聚酯纤维具有高效吸附和吸湿性能，可广泛应用于服饰、家纺等领域。
Description
技术领域
本发明属功能纤维制造技术领域，涉及一种具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维的制备方法。
背景技术
聚酯及聚酯纤维从上世纪七十年代起开始蓬勃发展并大规模应用于服装和工业领域。聚酯纤维具有较好的综合性能，其强力、耐磨性、回弹性和尺寸稳定性均能较好的满足多种用途的需求。但是聚酯纤维是一种典型的疏水纤维，其回潮率只有0.4％左右，而且聚酯纤维一般表面光滑无孔洞结构，作为服用材料时穿着舒适性差，在湿热状态下穿着时容易产生闷热感，影响心情。同时，在纺织服用领域，已经不满足于传统的无功能化纤维，希望在纤维中通过添加功能性粉体来改善其低吸湿和吸附性能。近十几年生物炭行业的兴起，人们意识到其具有的诸多优点，如高比表面积、丰富的孔隙结构等，这些优点赋予生物炭较好的远红外发射、抗紫外线、抑菌等。因此广泛将生物炭其应用于聚酯纤维的改性之中，典型的就是竹炭纤维。传统的方法是将生物炭作为添加粉体与聚酯通过挤出共混制备生物炭/聚酯母粒，再通过与聚酯切片混合进行纺丝得到生物炭/聚酯纤维。如申请公开专利CN103014907A中，竹炭微粒经表面活性处理后，再和卟吩锰搅拌混合，然后与聚酯切片混合，纺丝，该方法中没有其他处理，被聚酯包覆的竹炭微粒会在造粒和纺丝过程中被聚酯流体浸入孔隙结构而降低其吸附性能。申请公开专利CN101857977A中提到了一种茶炭纤维的制备方法，其制备的茶炭纤维后续还需要在表面整理涂覆茶炭粉体，可见单纯的采用茶炭粉体制备母粒再熔融纺丝制备的茶炭纤维的性能较差。专利CN101792578A中提出了一种含有吸湿基团和无机纳米粉体的功能性聚酯母粒的制备方法及其制备的纤维，其中无机粉体包含二氧化硅，其纤维特征在于截面有微孔，侧面具有纵向沟槽和微坑结构，但是根据其制备方法，无机粉体的比表面积较小，其吸附性能差，所制备的纤维其孔隙结构不够发达。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的提出一种高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维的制备方法。本发明针对纤维存在的吸湿和吸附能力不足的缺点， 采用大比表面积的麻秆炭作为添加材料，使用纳米二氧化硅粉体修饰，再和聚酯切片共混造粒，最后将得到的含麻秆炭的聚酯纤维进行碱洗处理，除去作为修饰成分的二氧化硅粉体，重新暴露麻秆炭粉体的孔洞结构，同时增加了纤维的孔隙结构，赋予纤维更强的吸附和吸湿能力。
为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以解决：
一种具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)将纳米级麻秆炭粉体、硅烷偶联剂和纳米级二氧化硅粉体按照质量比1:0.05-0.4:0.2-1投入水中，室温搅拌，使得所述纳米级二氧化硅粉体附着在所述纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后经过滤和干燥，得到复合粉体；
2)将所述复合粉体和聚酯切片分别在100-150℃下鼓风干燥2-6小时，再转移至真空干燥箱分别在140-170℃下真空干燥12-24小时，然后将复合粉体和聚酯切片在180-240℃和50-200rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为260-300℃；
3)将所述功能母粒和聚酯切片按照质量比1:1-19混合，在100-150℃下鼓风干燥4-12小时，再转移至真空干燥箱在140-170℃下真空干燥12-48小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为260-300℃，纺丝卷绕速度为2500-4000m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将所述含复合粉体的聚酯纤维在一定温度和浓度的碱溶液中碱洗5-120min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，在除去二氧化硅粉体的过程中在聚酯纤维中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，然后经水洗和干燥，最终得到孔隙结构的具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维。
作为优选的技术方案：
如上所述的制备方法，所述纳米级二氧化硅粉体粒径为50-300nm；所述纳米级麻秆炭粉体的粒径为300-700nm。
如上所述的制备方法，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
如上所述的制备方法，所述步骤1)中搅拌时间为10-60min，搅拌速度为50-200rpm。
如上所述的制备方法，所述步骤1)中过滤是指采用孔径为300nm的滤纸或滤布 将未附着的纳米级二氧化硅粉体滤除。
如上所述的制备方法，所述功能母粒中复合粉体的含量为2-20wt％。
如上所述的制备方法，所述步骤4)中一定温度和浓度是指碱溶液的温度为50-100℃，浓度为0.1-1mol/L，碱溶液是指氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
如上所述的制备方法，所述的麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为1-6wt％，其纤维回潮率大于2％。
有益效果
由于采用以上技术方案，通过本发明具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维的制备方法制备的麻秆炭/聚酯纤维具有高效吸附和吸湿性能，兼具远红外和负离子发射及抗菌功能，可广泛应用于服饰、家纺和工业领域。
具体实施方式
下面具体实施方式，对本发明作进一步说明：
实施例1
1)将粒径为300nm的纳米级麻秆炭粉体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和粒径为50nm的纳米级氧化硅粉体按照质量比1：0.05：0.2投入水中，室温搅拌，搅拌时间为10min，搅拌速度为50rpm，使得纳米级氧化硅粉体附着在纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后采用孔径为300nm的滤纸将未附着的纳米级氧化硅粉体滤除过滤、干燥，得到复合粉体；
2)将步骤1)得到的复合粉体和聚酯切片在100℃下鼓风干燥2小时，再转移至真空干燥箱在140℃下真空干燥12小时，然后将复合粉体和聚酯切片在180℃和50rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为260℃，功能母粒中复合粉体的含量在20wt％；
3)将步骤2)得到的功能母粒和聚酯切片按照质量比1:19混合，在100℃下鼓风干燥4小时，再转移至真空干燥箱在140℃下真空干燥12小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为260℃，纺丝卷绕速度为2500m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将步骤3)得到的所述含复合粉体的聚酯纤维在50℃，浓度为0.1mol/L的氢氧化钾溶液中碱洗5min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，同时在聚酯纤维 中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，然后经水洗、干燥，最终得到具有孔隙结构的麻秆炭/聚酯纤维，该麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为1wt％，其纤维回潮率为2.2％。
实施例2
1)将粒径为700nm的纳米级麻秆炭粉体、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和粒径为300nm的纳米级氧化硅粉体按照质量比1：0.4：0.2投入水中，室温搅拌，搅拌时间为60min，搅拌速度为200rpm，使得纳米级氧化硅粉体附着在纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后采用孔径为300nm的滤布将未附着的纳米级氧化硅粉体滤除过滤、干燥，得到复合粉体；
2)将步骤1)得到的复合粉体和聚酯切片在150℃下鼓风干燥6小时，再转移至真空干燥箱在170℃下真空干燥24小时，然后将复合粉体和聚酯切片在240℃和200rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为300℃，功能母粒中复合粉体的含量在2wt％；
3)将步骤2)得到的功能母粒和聚酯切片按照质量比1:1混合，在150℃下鼓风干燥12小时，再转移至真空干燥箱在170℃下真空干燥48小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为300℃，纺丝卷绕速度为4000m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将步骤3)得到的所述含复合粉体的聚酯纤维在100℃，浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液中碱洗120min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，同时在聚酯纤维中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，然后经水洗、干燥，最终得到具有孔隙结构的麻秆炭/聚酯纤维，该麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为1wt％，其纤维回潮率为2.5％。
实施例3
1)将粒径为400nm的纳米级麻秆炭粉体、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和粒径为100nm的纳米级氧化硅粉体按照质量比1：0.4：1投入水中，室温搅拌，搅拌时间为20min，搅拌速度为80rpm，使得纳米级氧化硅粉体附着在纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后采用孔径为300nm的滤纸或滤布将未附着的纳米级氧化硅粉体滤除过滤、干燥，得到复合粉体；
2)将步骤1)得到的复合粉体和聚酯切片在120℃下鼓风干燥3小时，再转移至真空干燥箱在150℃下真空干燥20小时，然后将复合粉体和聚酯切片在200℃和60rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为280℃，功能母粒中复合粉体的含量在15wt％；
3)将步骤2)得到的功能母粒和聚酯切片按照质量比1:1混合，在120℃下鼓风干燥10小时，再转移至真空干燥箱在150℃下真空干燥40小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为280℃，纺丝卷绕速度为2600m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将步骤3)得到的含复合粉体的聚酯纤维在60℃，浓度为0.2mol/L的氢氧化钾溶液中碱洗100min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，同时在聚酯纤维中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，然后经水洗、干燥，最终得到具有孔隙结构的麻秆炭/聚酯纤维，该麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为6wt％，其纤维回潮率为5.8％。
实施例4
1)将粒径为600nm的纳米级麻秆炭粉体、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和粒径为200nm的纳米级氧化硅粉体按照质量比1：0.4：0.8投入水中，室温搅拌，搅拌时间为50min，搅拌速度为50rpm，使得纳米级氧化硅粉体附着在纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后采用孔径为300nm的滤纸或滤布将未附着的纳米级氧化硅粉体滤除过滤、干燥，得到复合粉体；
2)将步骤1)得到的复合粉体和聚酯切片在150℃下鼓风干燥2小时，再转移至真空干燥箱在150℃下真空干燥20小时，然后将复合粉体和聚酯切片在190℃和50rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为300℃，功能母粒中复合粉体的含量在10wt％；
3)将步骤2)得到的功能母粒和聚酯切片按照质量比1:2混合，在120℃下鼓风干燥8小时，再转移至真空干燥箱在140℃下真空干燥48小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为300℃，纺丝卷绕速度为2500m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将步骤3)得到的所述含复合粉体的聚酯纤维在80℃，浓度为0.5mol/L的氢氧化钾溶液中碱洗80min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，同时在聚酯纤维中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，然后经水洗、干燥，最终得到具有孔隙结构的麻秆炭/聚酯纤维，该麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为4wt％，其纤维回潮率为3.5％。
实施例5
1)将粒径为400nm的纳米级麻秆炭粉体、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和粒径为200nm的纳米级氧化硅粉体按照质量比1：0.4：0.3投入水中，室温搅拌，搅拌时间为50min，搅拌速度为80rpm，使得纳米级氧化硅粉体附着在纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后采用孔径为300nm的滤纸或滤布将未附着的纳米级氧化硅粉体滤除过滤、干燥，得到复合粉体；
2)将步骤1)得到的复合粉体和聚酯切片在100℃下鼓风干燥6小时，再转移至真空干燥箱在170℃下真空干燥15小时，然后将复合粉体和聚酯切片在180℃和200rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为280℃，功能母粒中复合粉体的含量在15wt％；
3)将步骤2)得到的功能母粒和聚酯切片按照质量比1:3混合，在150℃下鼓风干燥12小时，再转移至真空干燥箱在150℃下真空干燥40小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为280℃，纺丝卷绕速度为4000m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将步骤3)得到的含复合粉体的聚酯纤维在90℃，浓度为1mol/L氢氧化钠溶液中碱洗5min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，同时在聚酯纤维中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，然后经水洗、干燥，最终得到具有孔隙结构的麻秆炭/聚酯纤维，该麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为5wt％，其纤维回潮率为4.2％。
实施例6
1)将粒径为500nm的纳米级麻秆炭粉体、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和粒径为250nm的纳米级氧化硅粉体按照质量比1：0.4：1投入水中，室温搅拌，搅拌时间为20min，搅拌速度为100rpm，使得纳米级氧化硅粉体附着在纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后采用孔径为300nm的滤纸或滤布将未附着的纳米级氧化硅粉体滤除过 滤、干燥，得到复合粉体；
2)将步骤1)得到的复合粉体和聚酯切片在110℃下鼓风干燥3小时，再转移至真空干燥箱在150℃下真空干燥20小时，然后将复合粉体和聚酯切片在180℃和50rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为300℃，功能母粒中复合粉体的含量在18wt％；
3)将步骤2)得到的功能母粒和聚酯切片按照质量比1:10混合，在140℃下鼓风干燥5小时，再转移至真空干燥箱在160℃下真空干燥40小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为260℃，纺丝卷绕速度为2600m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将步骤3)得到的含复合粉体的聚酯纤维在60℃，浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液中碱洗120min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，同时在聚酯纤维中形成孔隙结构并延伸到聚酯纤维表面，然后经水洗、干燥，最终得到具有孔隙结构的麻秆炭/聚酯纤维，该麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为1.5wt％，其纤维回潮率为2.1％。
但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。
Claims (7)
1.一种具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1)将纳米级麻秆炭粉体、硅烷偶联剂和纳米级二氧化硅粉体按照质量比1:0.05-0.4:0.2-1投入水中，室温搅拌，使得所述纳米级二氧化硅粉体附着在所述纳米级麻秆炭粉体表面孔隙上，然后经过滤和干燥，得到复合粉体；
2)将所述复合粉体和聚酯切片分别在100-150℃下鼓风干燥2-6小时，再转移至真空干燥箱分别在140-170℃下真空干燥12-24小时，然后将复合粉体和聚酯切片在180-240℃和50-200rpm搅拌速度下初步混合，最后将所得的混合粉体注入双螺杆挤出机挤出造粒制成功能母粒，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为260-300℃；所述功能母粒中复合粉体的含量为2-20wt％；
3)将所述功能母粒和聚酯切片按照质量比1:1-19混合，在100-150℃下鼓风干燥4-12小时，再转移至真空干燥箱在140-170℃下真空干燥12-48小时得到纺丝原料，将纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，工艺采用常规聚酯纺丝工艺，其中纺丝温度为260-300℃，纺丝卷绕速度为2500-4000m/min，得到含复合粉体的聚酯纤维；
4)将所述含复合粉体的聚酯纤维在一定温度和浓度的碱溶液中碱洗5-120min，除去附着在麻秆炭上的纳米级二氧化硅粉体，然后经水洗和干燥，最终得到孔隙结构的具有高效吸附和吸湿性能的麻秆炭/聚酯纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级二氧化硅粉体粒径为50-300nm；所述纳米级麻秆炭粉体的粒径为300-700nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中搅拌时间为10-60min，搅拌速度为50-200rpm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中过滤是指采用孔径为300nm的滤纸或滤布将未附着的纳米级二氧化硅粉体滤除。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中一定温度和浓度是指碱溶液的温度为50-100℃，浓度为0.1-1mol/L，碱溶液是指氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的麻秆炭/聚酯纤维中麻秆炭的含量为1-6wt％，其纤维回潮率大于2％。
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