CN107778461B - 一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片及其制备方法 - Google Patents

一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚酯合成领域，公开了一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片及其制备方法，该聚酯切片由负载有催化剂的石墨烯粉体、乙二醇、对苯二甲酸通过酯化、缩聚反应制得。本发明制得的石墨烯改性聚酯切片用于生产聚酯纤维并进一步加工成纺织品后，服用舒适性好，且其加工成本低、抗静电、抗紫外效果好。

Description

一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚酯合成领域，尤其涉及一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片及其制备方法。
背景技术
石墨烯因其优异的性能，常被用作复合材料中的功能相和增强相。随着石墨烯制备、化学修饰和分散技术的成熟，近几年基于石墨烯的聚合物复合材料的研究进展很快。目前国内众多企业和科研单位也在积极探索石墨烯在聚酯化纤领域的应用，也取得了一些成果。目前市面上采用石墨烯改性的化学纤维种类繁多，但品质良莠不齐。
发明专利CN 104164707 A公开了一种导电性好、抗静电持久的石墨烯导电聚酯纤维的制备方法，该方法采用双螺杆造粒工艺制取石墨烯超导母粒，通过共混纺丝制备石墨烯导电聚酯纤维，所用石墨烯微粒尺寸小于1微米。
该专利技术方案的缺点在于：石墨烯颗粒边缘具有不规则的几何形状，且硬度大，通过共混法制备的石墨烯聚酯纤维表面因石墨烯颗粒的不规则几何形状而产生毛刺感，影响其服用舒适性。
发明专利 CN 103710790 A公开了一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维的制备方法，该方法通过将石墨烯粉体与乙二醇进行研磨后超声分散，然后进行聚合反应制备含石墨烯的聚酯。但是研磨和超声分散仅能解决石墨烯粉体在聚酯中的分散的问题，但其无法改善聚酯纤维的服用舒适性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片及其制备方法。本发明制得的石墨烯改性聚酯切片用于生产聚酯纤维并进一步加工成纺织品后，服用舒适性好，且其加工成本低、抗静电、抗紫外效果好。
本发明的具体技术方案为：一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片，由负载有催化剂的石墨烯粉体或氧化石墨烯粉体、乙二醇、对苯二甲酸通过酯化、缩聚反应制得。
作为优选，所述催化剂为三氧化二锑。
一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片的制备方法，包括如下步骤：
1）将三氧化二锑和乙二醇加入三颈瓶中，三颈瓶置于电加热套中加热搅拌进行反应，冷凝回流，同时用分水器及时除去生成的水，反应后，改为减压蒸馏，蒸除反应过程中残留的微量水和未反应的乙二醇，至反应液澄清透明，进行热过滤。
2）将石墨烯粉体或氧化石墨烯粉体经真空干燥后加入步骤1）所得滤液中，保温静置，待有晶体开始析出时，进行热过滤，取滤饼，真空干燥，称量，得到黑色的负载有催化剂的石墨烯粉体。
3）将上述负载有催化剂的石墨烯粉体加入到乙二醇中超声分散，配制得到添加剂混合液。
4）将对苯二甲酸和乙二醇进行打浆，压入酯化釜进行酯化反应，酯化结束后，加入添加剂混合液，压入缩聚釜进行缩聚反应，经冷却切粒得到石墨烯改性聚酯切片。
作为优选，步骤1）中，所述三氧化二锑和乙二醇的添加量分别为1质量份和9-11质量份。
作为优选，步骤1）中，加热搅拌的反应温度为185-195℃，反应4-5h后改为减压蒸馏，温度为130-150℃。
作为优选，步骤2）中，所述石墨烯粉体或氧化石墨烯粉体的添加量为0.1-0.5质量份。
作为优选，步骤2）中，保温静置温度为室温。
作为优选，步骤3）中，所述乙二醇的添加量为1.5-2.5质量份，超声分散时间为0.5-1h。
作为优选，步骤3）和步骤4）中所添加的乙二醇总量与对苯二甲酸的质量比为0.4-0.6:1。
作为优选，步骤4）中，酯化反应的温度为235~260℃，酯化压力0.2~0.5MPa，缩聚反应温度为260～280℃，真空度100~1000 Pa，切片粘度0.65~0.75dl/g。
本发明利用石墨烯的优异的吸附性能将聚酯催化剂负载于石墨烯片层之间，在聚合过程中链增长反应在石墨烯片层之间发生，利用化学反应将石墨烯片层剥离开。而单片层的石墨烯则具有很好的柔韧性，在外力的作用下可发生形变，因此通过降低石墨烯片层数，增加石墨烯片层间的剥离程度可解决目前石墨烯改性聚酯纤维服用性差的问题。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用石墨烯的优异的吸附性能将聚酯催化剂负载于石墨烯片层之间，在聚合过程中链增长反应在石墨烯片层之间发生，利用化学反应将石墨烯片层剥离开。
2、充分剥离的石墨烯柔韧性极佳，在纺丝过程中可发生形变，纤维表面光滑无毛刺感，服用舒适性佳。
3、通过在聚合过程中添加石墨烯或者氧化石墨烯，添加量少，且氧化石墨烯在聚合过程中会还原成石墨烯，石墨烯导电性能优异，制备的改性切片具有永久抗静电性能。
附图说明
图1为空白对照；
图2为石墨烯负载催化剂后在聚酯切片中的形态图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。实施例中各物质的投入量均按重量计
实施例1
1）1份三氧化二锑与10份乙二醇加入三颈瓶中，置于电加热套中加热搅拌，控制反应温度在190℃，冷凝回流4h，同时用分水器及时除去生成的水，反应2.5h后，改为减压蒸馏，温度135℃蒸除反应过程中残留的微量水和未反应的乙二醇。至反应液澄清透明，进行热过滤。
2）0.3份石墨烯粉末经真空干燥后加入上述滤液，在室温下静置，待有晶体析出时立马进行过滤，取滤饼，真空干燥，称量，得到黑色粉体。
3）将上述黑色粉体加入2份乙二醇超声分散0.5小时配制成添加剂混合液。
4）将90份对苯二甲酸和40份的乙二醇进行打浆，压入酯化釜进行酯化反应，酯化反应的温度为245℃，酯化压力0.25MPa，酯化2.5h酯化结束后，加入添加剂混合液，压入缩聚釜进行缩聚反应，缩聚反应温度为275℃，真空度45 Pa，缩聚2.5h，经冷却切粒得到石墨烯改性聚酯切片；切片粘度为0.72dl/g。
实施例2
1）1份三氧化二锑与9份乙二醇加入三颈瓶中，置于电加热套中加热搅拌，控制反应温度在195℃，冷凝回流4.5h，同时用分水器及时除去生成的水，反应2.5h后， 改为减压蒸馏，温度140℃ 蒸除反应过程中残留的微量水和未反应的乙二醇。至反应液澄清透明，进行热过滤。
2）0.2份氧化石墨烯粉末经真空干燥后加入上述滤液，在室温下静置，待有晶体析出时立马进行过滤，取滤饼，真空干燥，称量，得到黑色粉体。
3）将上述黑色粉体加入2.5份乙二醇超声分散1小时配制成添加剂混合液。
4）将90份对苯二甲酸和40份的乙二醇进行打浆，压入酯化釜进行酯化反应，酯化反应的温度为235℃，酯化压力0.2MPa，酯化2.5h酯化结束后，加入添加剂混合液，压入缩聚釜进行缩聚反应，缩聚反应温度为260℃，真空度40Pa，缩聚2.5h，经冷却切粒得到石墨烯改性聚酯切片；切片粘度为0.74dl/g。
实施例3
1）1份三氧化二锑与11份乙二醇加入三颈瓶中，置于电加热套中加热搅拌，控制反应温度在186℃，冷凝回流4h，同时用分水器及时除去生成的水，反应2.5h后， 改为减压蒸馏，温度150℃ 蒸除反应过程中残留的微量水和未反应的乙二醇。至反应液澄清透明，进行热过滤。
2）0.5份氧化石墨烯粉末经真空干燥后加入上述滤液，在室温下静置，待有晶体析出时立马进行过滤，取滤饼，真空干燥，称量，得到黑色粉体。
3）将上述黑色粉体加入2份乙二醇超声分散0.5小时配制成添加剂混合液。
4）将90份对苯二甲酸和40份的乙二醇进行打浆，压入酯化釜进行酯化反应，酯化反应的温度为260℃，酯化压力0.25MPa，酯化2.5h酯化结束后，加入添加剂混合液，压入缩聚釜进行缩聚反应，缩聚反应温度为280℃，真空度40Pa，缩聚2.5h，经冷却切粒得到石墨烯改性聚酯切片；切片粘度为0.71dl/g。
如图1所示，为空白对照；如图2所示，为本发明的石墨烯负载催化剂后在聚酯切片中的形态图。通过对比可知，本发明制得的石墨烯片层剥离程度更好。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将1质量份催化剂三氧化二锑和9-11质量份乙二醇加入三颈瓶中，三颈瓶置于电加热套中加热搅拌进行反应，冷凝回流，同时用分水器及时除去生成的水，反应后，改为减压蒸馏，蒸除反应过程中残留的微量水和未反应的乙二醇，至反应液澄清透明，进行热过滤；
2）将0.1-0.5质量份石墨烯粉体或氧化石墨烯粉体经真空干燥后加入步骤1）所得滤液中，保温静置，待有晶体开始析出时，进行热过滤，取滤饼，真空干燥，称量，得到黑色的负载有催化剂的石墨烯粉体；
3）将上述负载有催化剂的石墨烯粉体加入到1.5-2.5质量份乙二醇中超声分散0.5-1h，配制得到添加剂混合液；
4）将对苯二甲酸和乙二醇进行打浆，压入酯化釜进行酯化反应，酯化反应的温度为235~260℃，酯化压力0.2~0.5MPa，酯化结束后，加入添加剂混合液，压入缩聚釜进行缩聚反应，缩聚反应温度为260～280℃，真空度100~1000 Pa，经冷却切粒得到粘度0.65~0.75dl/g的石墨烯改性聚酯切片；其中步骤3）和步骤4）乙二醇总量与对苯二甲酸的质量比为0.4-0.6:1。
2.如权利要求1所述的一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片的制备方法，其特征在于，步骤1）中，加热搅拌的反应温度为185-195℃，反应4-5h后改为减压蒸馏，温度为130-150℃。
3.如权利要求1所述的一种负载催化剂的石墨烯改性聚酯切片的制备方法，其特征在于，步骤2）中，保温静置温度为室温。
4.由权利要求1-3任一所述制备方法制备而得的石墨烯改性聚酯切片。
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