CN106544752A - 一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法 - Google Patents

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丁志荣
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Abstract

本发明公开了一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法。首先制备TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒，再将功能颗粒与涤纶树脂共混造粒后熔融纺丝。所制备新型涤纶纤维对醛类和苯类等车内有机物具有良好催化降解性能，同时具备阻燃、抗菌、防紫外和抗静电功能。该法成丝工艺简单，纤维催化降解性能持久稳定，且纤维不需染色，节能环保。

Description

一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能纤维材料领域，具体涉及一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法。
背景技术
纤维材料是重要的车用材料，其需求随汽车销量的增加逐年稳步增长。2015年我国汽车座椅面料约需2.2亿平方米，乘用车地毯约需3000万平方米，汽车顶棚面料需求超过3300万平方米，安全带约需1000万米。普通汽车的纺织品用量一般为13～20kg，其应用比例一般为：座椅织物31％，地毯23％，行李箱内衬15％，车门内饰14％，车顶覆盖物12％，其他5％。其中座椅织物、车门内饰和车顶覆盖物为机织或针织面料，约占整个车用纺织品的近6成。具体如表1和表2。
表1国内主要车型合成纤维使用情况(2015)
表2车用纺织品用量
部位 面积/m2 比例/％ 质量/kg
座椅(前后) 12～16 31 4～6.2
地毯 4～5 23 3～4.6
行李箱内衬 4～5 15 2～3
车门 1.6～3 14 1.8～2.8
车顶棚 2.5～3 12 1.6～2.4
其他 0.5～2.9 5 0.7～1
合计 20.6～29.9 100 13～20
对车用纺织品使用性能的要求主要分为三个阶段。第一阶段，由于车用纺织品通常需具备较长的使用年限，相对于普通服用、装饰用纺织品，其在力学性能如强度、耐磨方面具有较高的要求外，同时要求车用纺织品具有一定的抗老化、抗高温、抗起球、抗静电等性能；第二阶段，人们对车用纺织品如抗污、易清洁、抗菌、舒适性等方面提出更多的功能性需求；第三阶段，随着人们对健康关注程度的提升，国内将对车内空气有机物浓度实行强制性标准，即要求车用纺织品在具备现有功能外，必须对车内有机物具备一定的净化功能，以有效降低车内有机物含量。
目前，开发的新型车用纺织材料主要有含咖啡碳和活性炭纤维面料，如专利“一种车用内饰咖啡碳纤维面料”(公开号204000103U)及专利“一种活性炭改性涤纶面料”(公开号102534842A)以达到吸附有机物的目的。或是在涤纶纤维中添加二氧化钛、石墨烯等已达到催化降解的目的。但是存在的问题有：
(1)功能性TiO2颗粒在催化降解过程中易产生中毒现象，即在开始阶段具有较好的催化降解效果，随着使用时间的延长，性能逐渐下降，主要原因是TiO2表面发生氧化还原反应，导致其性能失效；
(2)大多功能性TiO2材料在太阳光照下的催化降解性能较弱，需借助紫外或其他外在条件，限制其在车用纺织品上的应用；
(3)常见TiO2颗粒为白色，车用纺织品多为深色，因此需经染色处理以满足需要，染整过程对TiO2及PET纤维性能影响较大。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法，其纺丝成形工艺简单，无需添加分散剂，纤维催化降解性能稳定，纤维性能新颖独特，可以有效解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法，包含以下步骤：
1.一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法，将TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒与涤纶树脂共混造粒后熔融纺丝，其特征在于,所述的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒制备过程包含以下步骤：
1)取一定量的膨化或鳞片石墨于浓硫酸中，冰水浴下缓慢加入一定量的高锰酸钾，再加入一定量的去离子水和过氧化氢，溶液由棕黑色变成亮黄色，清洗后离心得到氧化石墨烯；
2)取上述制备的氧化石墨烯于水热反应釜中，一定温度条件下超声制得含层间水的氧化石墨烯；
3)将上述制备好的含层间水的氧化石墨烯分散于四氯化碳中，加入钛酸丁酯，密封条件下超声分散至充分反应，以无水酒精清洗抽滤后水热反应釜中一定温度下反应制得TiO2插层氧化石墨烯。
4)将上述制备的TiO2插层氧化石墨烯分散于水中，在400瓦强紫外灯照射下剪切成微纳米级颗粒，之后急速冷冻干燥。
2.根据权利要求1所述的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒的制备方法，其特征在于：所述的膨化或鳞片石墨的目数在100-5000目。
3.根据权利要求1所述的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒的制备方法，其特征在于：所使用紫外灯照射时间为5min-150min，所制备的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒平均粒径在50nm-5μm之间。
4.根据权利要求1所述的一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法，其特征在于：TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒占纤维质量百分数在0.5-10wt％之间。本发明的有益效果：
1)制备工艺简单，所用原料便宜易得；
2)TiO2插层氧化石墨烯后，石墨烯对TiO2起到保护作用，其催化活性高、对车内有害气体催化降解性能稳定持久，不易发生失效现象；
3)TiO2插层氧化石墨烯为黑色，通过控制添加量可有效改变涤纶纤维颜色，省去染色环节，节能环保；
4)含TiO2插层氧化石墨烯涤纶纤维兼具阻燃、抗菌、抗紫外和抗静电性能。
其在水处理、空气处理、光催化降解、染料降解等领域，特别是车用纺织面料应用上具有极为显著的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例2制备氧化石墨烯及TiO2插层氧化石墨烯图片；
图2为本发明实施例2制备的TiO2插层氧化石墨烯电镜图片；
图3为本发明实施例2中制备的含TiO2插层氧化石墨烯颗粒涤纶纤维；
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。
参见图1-2；其中
图1中，右边淡黄色为氧化石墨烯，左边为含不同量TiO2的氧化石墨烯，含量不同，其密度和分散性能不同。
图2为本发明实施例2中含TiO2插层氧化石墨烯电镜照片图，黑色线圈部分为插于氧化石墨烯片层中的纳米级TiO2颗粒。
图3为含TiO2插层氧化石墨烯涤纶纤维形貌图，功能颗粒分布于涤纶纤维表面，可对有机物进行有效催化降解。
实施例1
具有自净化功能涤纶纤维制备方法，包括以下两个部分：
1)TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒制备：
取8g 500目膨化石墨和200g 98％的硫酸(H2SO4)，置于5000mL容器内。在冰水浴中、500转/分钟的条件下机械搅拌，使其充分混合后缓慢加入18g高锰酸钾至完全反应。溶液移至40℃油浴中，在500转/分钟的条件下运转60min。加入300mL去离子水，在95℃下反应15min；继续加入500mL去离子水，搅拌均匀，加入25g 30％过氧化氢(H2O2)水溶液，溶液由棕黑色逐渐变成亮黄色。加入去离子水，在5000转/分钟下离心分散后清洗至中性，得到氧化石墨烯。取上述制备好的氧化石墨烯于水热反应釜中，密封140℃条件下超声3-4h后分散于20g四氯化碳(CCl4)中，加入5g钛酸丁酯，密封条件下超声分散5-6h，加入水热反应釜180℃条件下反应10h，得到TiO2插层氧化石墨烯。
将上述制备的TiO2插层氧化石墨烯分散于水中，在400瓦强紫外灯下照射30min，剪切成微纳米级颗粒，之后急速冷冻干燥成固体粉末。
2)熔融纺丝工艺：
将上述制备的TiO2插层氧化石墨烯颗粒与涤纶树脂共混造粒，TiO2插层氧化石墨烯颗粒质量百分数为20wt.％，于250℃下密炼30min后挤出造粒。将含TiO2插层氧化石墨烯涤纶母粒与涤纶树脂熔融共混后经计量泵以螺杆挤出，牵伸冷却后成形。纺丝温度为280℃，母粒与涤纶树脂质量比为1:3。
实施例2
具有自净化功能涤纶纤维制备方法，包括以下两个部分：
1)TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒制备：
取5g 2000目膨化石墨和100g 98％的硫酸(H2SO4)，置于5000mL容器内。在冰水浴中、800转/分钟的条件下机械搅拌，使其充分混合后缓慢加入15g高锰酸钾至完全反应。溶液移至50℃油浴中，在800转/分钟的条件下运转100min。加入500mL去离子水，在100℃下反应30min；继续加入800mL去离子水，搅拌均匀，加入20g 30％过氧化氢(H2O2)水溶液，溶液由棕黑色逐渐变成亮黄色。加入去离子水，在8000转/分钟下离心分散后清洗至中性，得到氧化石墨烯。取上述制备好的氧化石墨烯于水热反应釜中，密封150℃条件下超声4-5h后分散于15g四氯化碳(CCl4)中，加入4g钛酸丁酯，密封条件下超声分散5-6h，加入水热反应釜180℃条件下反应8h，得到TiO2插层氧化石墨烯。
将上述制备的TiO2插层氧化石墨烯分散于水中，在400瓦强紫外灯下照射50min，剪切成微纳米级颗粒，之后急速冷冻干燥成固体粉末。
2)熔融纺丝工艺：
将上述制备的TiO2插层氧化石墨烯颗粒与涤纶树脂共混造粒，TiO2插层氧化石墨烯颗粒质量百分数为20wt.％，于250℃下密炼30min后挤出造粒。将含TiO2插层氧化石墨烯涤纶母粒与涤纶树脂熔融共混后经计量泵以螺杆挤出，牵伸冷却后成形。纺丝温度为280℃，母粒与涤纶树脂质量比为1:2。
实施例3
对实施例1-2所得氧化石墨烯、TiO2插层氧化石墨烯、含TiO2插层氧化石墨烯涤纶纤维进行相关的鉴定，其结果参见说明书附图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法，将TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒与涤纶树脂共混造粒后熔融纺丝，其特征在于,所述的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒制备过程包含以下步骤：
1)取一定量的膨化或鳞片石墨于浓硫酸中，冰水浴下缓慢加入一定量的高锰酸钾，再加入一定量的去离子水和过氧化氢，溶液由棕黑色变成亮黄色，清洗后离心得到氧化石墨烯；
2)取上述制备的氧化石墨烯于水热反应釜中，一定温度条件下超声制得含层间水的氧化石墨烯；
3)将上述制备好的含层间水的氧化石墨烯分散于四氯化碳中，加入钛酸丁酯，密封条件下超声分散至充分反应，以无水酒精清洗抽滤后水热反应釜中一定温度下反应制得TiO2插层氧化石墨烯。
4)将上述制备的TiO2插层氧化石墨烯分散于水中，在400瓦强紫外灯照射下剪切成微纳米级颗粒，之后急速冷冻干燥。
2.根据权利要求1所述的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒的制备方法，其特征在于：所述的膨化或鳞片石墨的目数在100-5000目。
3.根据权利要求1所述的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒的制备方法，其特征在于：所使用紫外灯照射时间为5min-150min，所制备的TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒平均粒径在50nm-5μm之间。
4.根据权利要求1所述的一种具有自净化功能涤纶纤维及其制备方法，其特征在于：TiO2插层氧化石墨烯功能颗粒占纤维质量百分数在0.5-10wt％之间。
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