CN104894839A - 一种具有催化功能的纤维浸润剂及其用于制备纤维结构物的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及一种纤维浸润剂，尤其涉及一种具有催化功能的纤维浸润剂及其用于制备纤维结构物的工艺方法，纤维浸润剂包括有氧化催化剂、还原催化剂、合成催化剂、光催化剂、高温催化剂中的一种或多种，还包括抗静电剂、树脂成膜剂和硅烷偶联剂。使用本具有催化剂功能的纤维浸润剂提供了机械强度、柔韧性与润滑性等，又可以使生产的纤维制品立即具备催化等能力，显著减少了生产工序，缩短了工艺时间，降低了生产能耗与成本，而且让催化剂伴随纤维浸润剂一起附着到纤维表面，不仅可以高效利用处理液，将浪费减至最小，而且催化剂在纤维制品各处都分布均匀，有效暴露面积较大，催化作用效率较高。

Description

一种具有催化功能的纤维浸润剂及其用于制备纤维结构物的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种纤维浸润剂，尤其涉及一种具有催化功能的纤维浸润剂及其用于制备纤维结构物的工艺方法。

背景技术

普通的纤维浸润剂的主要作用是在拉丝、加捻、合股的过程中，降低纤维与加工设备之间的摩擦系数，从而减小加工设备对纤维的磨损与作用力；同时，在纤维经过晾干或烘干以后，浸润剂可以在纤维表面形成一层牢固的涂层，为纤维提供所需的机械强度、柔韧性与润滑性等，尤其对于无机纤维(如玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、陶瓷纤维等等)，由于本体材料的脆性很大，浸润剂的保护作用尤为重要，是这类纤维生产的关键控制技术之一。由此可见，普通的浸润剂只能给纤维提供基本的使用性能，而没有任何额外的、具有实际应用性的功能。

而为了赋予纤维制品特殊的功能，例如催化降解空气中有机物的功能，如图1所示，通常是将纤维经过梳理、针刺或纺织制作成所需的成品以后，再将成品浸泡在专门处理液中，借助纤维表面自然的附着力与处理液的表面张力来吸附一些催化剂，然后再将纤维制品进行沥干、加热烘干。这种负载催化剂的处理方式，不仅使得负载效果不均匀，造成处理液的浪费，还额外地增加了加工工序，延长了工艺时间，而且烘干过程能耗较高，进一步增加了生产成本。而且这类负载方式催化剂活性损失较大，而且的吸附强度较低，所得存在制品不耐水洗、催化剂活性耐久性较差等缺点。

另一种负载催化剂的方式还可以是喷洒或涂抹，但这些方法同样造成纤维制品表面各处的催化剂分布不均匀，且催化剂的有效暴露面积较小，催化作用效率较低。

还有一种方法是将催化剂掺入到有机纤维原料中去，使生产出来的有机纤维自身带走催化功能。这种方法虽然缩短了工艺路线，催化剂不容易脱落，但是由于有较多部分的催化剂被包埋在纤维内部，无法和外界的底物接触，从而无法发挥催化功能，导致催化剂的大量浪费，催化效率极低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有催化功能的纤维浸润剂及其用于制备纤维结构物的工艺方法，解决了现有的纤维浸润剂所具备的功能较为普通，而其用于制备纤维工序的方法存在效率低、质量差并且成本浪费较多的问题。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种具有催化功能的纤维浸润剂，包括有1-20重量份的氧化催化剂、1-20重量份的还原催化剂、1-20重量份的合成催化剂、1-20重量份的光催化剂、1-20重量份的高温降解催化剂中的一种或多种，还包括1-5重量份的抗静电剂、1-40重量份的树脂成膜剂和0.1-3重量份的硅烷偶联剂。

其中：

所述氧化催化剂为酸性高锰酸钾、酸性重铬酸钾、过度金属盐和四甲基哌啶氧化物中的一种或多种；

所述还原催化剂为胺和尿素中的一种或多种；

所述合成催化剂为酸催化剂、碱催化剂、纳米氢氧化钡和纳米氧化锌中的一种或多种；

所述光催化剂为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米硫化镉、纳米氧化钨、纳米氧化铁、纳米硫化铅、纳米氧化锡、纳米硫化锌、钛酸锶中的一种或多种；

所述高温降解催化剂为纳米氧化钒、纳米氧化钛、纳米氧化铁、纳米氧化镍、纳米氧化锆和纳米氧化钼中的一种或多种；

所述树脂成膜剂为环氧树脂乳液、聚氨酯乳液、不饱和聚酯树脂乳液、饱和聚酯树脂乳液、丙烯酸树脂乳液、苯丙树脂乳液、酚醛树脂、石蜡乳液中的一种或多种；

所述抗静电剂为聚季铵盐、聚氧乙烯的衍生物、多元醇、烷基醇酰胺、脂肪酸多元醇酯、烷基咪唑啉中的一种或多种；

所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和乙烯基硅烷偶联剂中的一种或多种。

一种用具有催化功能的纤维浸润剂用于制备纤维结构物的工艺方法，包括以下步骤：

步骤一，将纤维原料加入熔炉，进行熔融混合，熔融状态的纤维原料从漏板处流出炉体，通过拉丝机的牵引作用，融料被分散成许多根纤维单丝；

步骤二，让纤维通过装有预先配制的含有催化功能组分的浸润剂的涂覆装置，让纤维表面覆盖一层含有催化功能组分的浸润剂，再将分散的纤维单丝收丝使之集合成一束；

步骤三，接着把纤维束牵引缠绕在收丝辊上，经过排线器有规律地盘绕在收丝筒上；

步骤四，当收集满一筒纤维以后，将收丝筒从收丝辊上取下，转移到烘箱中用除水、烘干，使纤维表面的含有催化功能组分的浸润剂完全干燥并固化成型；

步骤五，将已经固化成型的纤维束从收丝筒上退解下来，根据需要经过加捻、纺织、针刺，压延等工艺制成所需的具有催化功能的纤维制品。

进一步的，所述纤维为岩棉、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚丙烯纤维、不锈钢纤维中的一种或多种。

上述制备方法中所用的份量为：1-20重量份的氧化催化剂、1-20重量份的还原催化剂、1-20重量份的合成催化剂、1-20重量份的光催化剂、1-20重量份的高温降解催化剂中的一种或多种，还包括1-5重量份的抗静电剂、1-40重量份的树脂成膜剂和0.1-3重量份的硅烷偶联剂。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：使用本具有催化剂功能的纤维浸润剂，既可以在纤维拉丝生产过程中给纤维提供保护作用，在纤维经过晾干或加热烘干以后，在纤维表面形成一层牢固的涂层以提供所需的机械强度、柔韧性与润滑性等，又可以使生产的纤维制品立即具备催化降解、氧化、还原等能力，纤维经过梳理、针刺或纺织制作成成品以后即可投入使用。此外，由于纤维表面从熔体冷凝过程中会形成的具有较高反应活性的表面基团，这种基团的寿命通常极其短暂，很快就会失去活性。在此发明的纤维制备过程中，高速拉制的纤维从熔体到浸润剂涂覆装置之间的时间极短，通常小于0.05秒。纤维表面的活性基团生成后立即趁热接触浸润剂中的有效成分，并与之发生反应。功能化组分与纤维表面结合紧密，不易脱落。这是其他传统的催化剂负载工艺所做不到的。

而在传统工艺中，还需要将纤维制品浸泡在具有催化功能的处理液中，或在纤维制品表面喷洒或涂抹具有催化功能的处理液；等处理液完全润湿纤维表面以后，再将纤维制品挤干以去掉其中一部分过多的处理液；然后高温烘干，使具有催化功能的组分通过处理液中的粘结成分固化后负载在纤维制品表面；最后将纤维制品进行牵引、碾压，改善制品的平整度以消除在浸渍、烘干过程中发生的应力形变，才能获得具有催化功能的纤维制品。相比之下，本发明显著大大减少了生产工序，缩短了工艺时间，降低了生产能耗与成本。而且，让催化剂伴随纤维浸润剂一起附着到纤维表面，不仅可以高效利用处理液，将浪费减至最小，而且催化剂在纤维制品各处都分布均匀，有效暴露面积较大，催化作用效率较高。

附图说明

图1为传统工艺流程示意图。

图2为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明一种用具有催化功能的纤维浸润剂用于制备纤维结构物的工艺方法的流程：

一种用具有催化功能的纤维浸润剂用于制备纤维结构物的工艺方法，包括以下步骤：

步骤一，将纤维原料加入熔炉，进行熔融混合，熔融状态的纤维原料从漏板处流出炉体，通过拉丝机的牵引作用，融料被分散成许多根纤维单丝；

步骤二，让纤维通过装有预先配制的含有催化功能组分的浸润剂的涂覆装置，让纤维表面覆盖一层含有催化功能组分的浸润剂，再将分散的纤维单丝收丝使之集合成一束；

步骤三，接着把纤维束牵引缠绕在收丝辊上，经过排线器有规律地盘绕在收丝筒上；

步骤四，当收集满一筒纤维以后，将收丝筒从收丝辊上取下，转移到烘箱中用除水、烘干，使纤维表面的含有催化功能组分的浸润剂完全干燥并固化成型；

步骤五，将已经固化成型的纤维束从收丝筒上退解下来，根据需要经过加捻、纺织、针刺，压延等工艺制成所需的具有催化功能的纤维制品。

进一步的，所述纤维为岩棉、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚丙烯纤维、不锈钢纤维中的一种或多种。

下面具体详细组份来加以举例。

实施例1

配制100kg纤维浸润剂：依次加入20kg的树脂成膜剂，2kg的润滑剂，0.5kg的抗静电剂，0.3kg的硅烷偶联剂，76.7kg去离子水，0.5kg复合高温催化剂。搅拌均匀后，加入涂油器中用于拉制纤维长丝。接着，将纤维长丝用相同的工艺烘干、加捻、合股、纺织制成滤布，填充到反应容器中用于实验测试，反应温度为280℃。用气相色谱测试试样中氯苯的色谱峰积分面积，以反映氯苯数量与浓度的变化。

按照本实施例所述的工艺方法，从配置浸润剂、拉制纤维长丝到获得最终产品，整个工艺时间需要约为5小时，而传工艺通常需要20小时，可见将复合高温催化剂与普通纤维浸润剂整合到一起后，不会延长优化后的生产工艺，用制得的滤布进行实验，经检测，反应后的搜集液中氯苯的去除率达到76.24％，可见少量的复合高温催化剂在高温下对氯苯就有显著的催化降解作用。

实施例2：

配制100kg纤维浸润剂：依次加入20kg的树脂成膜剂，2kg的润滑剂，0.5kg的抗静电剂，0.3kg的硅烷偶联剂，76.84kg去离子水，0.3kg复合光催化剂。搅拌均匀后，加入涂油器中用于拉制纤维长丝。接着，将纤维长丝用相同的工艺烘干、加捻、合股、纺织制成滤布，填充到反应容器中用于实验测试。用气相色谱测试试样中甲醛的色谱峰积分面积，以反映甲醛数量与浓度的变化。

按照本实施例所述的工艺方法，从配置浸润剂、拉制纤维长丝到获得最终产品，整个工艺时间同样约为5小时，而传工艺通常需要20小时，可见将复合光催化剂与普通纤维浸润剂整合到一起后，不会延长优化后的生产工艺，用制得的滤布进行实验，经检测，反应后的搜集液中甲醛的去除率达到90.78％，可见少量的复合光触媒与复合催化促进剂对甲醛就有显著的催化降解作用。

实施例3：

配制100kg纤维浸润剂：依次加入20kg的树脂成膜剂，2kg的润滑剂，0.5kg的抗静电剂，0.3kg的硅烷偶联剂，76.0kg去离子水，1kg复合光催化剂，搅拌均匀后，加入涂油器中用于拉制纤维长丝，接着，将纤维长丝用相同的工艺烘干、加捻、合股、纺织制成滤布，填充到反应容器中用于实验测试。用气相色谱测试试样中甲醛的色谱峰积分面积，以反映甲醛数量与浓度的变化。

按照本实施例所述的工艺方法，从配置浸润剂、拉制纤维长丝到获得最终产品，整个工艺时间同样约为5小时，而传工艺通常需要20小时。可见将复合光催化剂与普通纤维浸润剂整合到一起后，它们掺量的变化不会延长优化后的生产工艺。用制得的滤布进行实验，经检测，反应后的搜集液中甲醛的去除率进一步达到99.69％。可见当复合光催化剂的掺量达到1％时，几乎可以完全去除掉空气中的甲醛。

表1 生产工艺及其制品去除甲醛的性能对照表

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (4)

1.一种具有催化功能的纤维浸润剂，其特征在于：包括有1-20重量份的氧化催化剂、1-20重量份的还原催化剂、1-20重量份的合成催化剂、1-20重量份的光催化剂、1-20重量份的高温降解催化剂中的一种或多种，还包括1-5重量份的抗静电剂、1-40重量份的树脂成膜剂和0.1-3重量份的硅烷偶联剂。

2.根据权利要求1所述的一种具有催化功能的纤维浸润剂，其特征在于：

所述氧化催化剂为酸性高锰酸钾、酸性重铬酸钾、过度金属盐和四甲基哌啶氧化物中的一种或多种；

所述还原催化剂为胺和尿素中的一种或多种；

所述合成催化剂为酸催化剂、碱催化剂、纳米氢氧化钡和纳米氧化锌中的一种或多种；

所述光催化剂为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米硫化镉、纳米氧化钨、纳米氧化铁、纳米硫化铅、纳米氧化锡、纳米硫化锌、钛酸锶中的一种或多种；

所述高温降解催化剂为纳米氧化钒、纳米氧化钛、纳米氧化铁、纳米氧化镍、纳米氧化锆和纳米氧化钼中的一种或多种；

所述树脂成膜剂为环氧树脂乳液、聚氨酯乳液、不饱和聚酯树脂乳液、饱和聚酯树脂乳液、丙烯酸树脂乳液、苯丙树脂乳液、酚醛树脂、石蜡乳液中的一种或多种；

所述抗静电剂为聚季铵盐、聚氧乙烯的衍生物、多元醇、烷基醇酰胺、脂肪酸多元醇酯、烷基咪唑啉中的一种或多种；

所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和乙烯基硅烷偶联剂中的一种或多种。

3.一种使用具有催化功能的纤维浸润剂用于制备纤维结构物的工艺方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将纤维原料加入熔炉，进行熔融混合，熔融状态的纤维原料从漏板处流出炉体，通过拉丝机的牵引作用，融料被分散成许多根纤维单丝；

步骤二，让纤维通过装有预先配制的含有催化功能组分的浸润剂的涂覆装置，让纤维表面覆盖一层含有催化功能组分的浸润剂，再将分散的纤维单丝收丝使之集合成一束；

步骤三，接着把纤维束牵引缠绕在收丝辊上，经过排线器有规律地盘绕在收丝筒上；

步骤四，当收集满一筒纤维以后，将收丝筒从收丝辊上取下，转移到烘箱中用除水、烘干，使纤维表面的含有催化功能组分的浸润剂完全干燥并固化成型；

步骤五，将已经固化成型的纤维束从收丝筒上退解下来，根据需要经过加捻、纺织、针刺、压延等工艺制成所需的具有催化功能的纤维制品。

4.根据权利要求3所述的一种使用具有催化功能的纤维浸润剂用于制备纤维结构物的工艺方法，其特征在于：所述纤维为岩棉、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚丙烯纤维、不锈钢纤维中的一种或多种。