CN108048936A - 一种高性能pp纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能PP纤维的制备方法，该方法将氧化石墨烯进行羟基化以及羧基化，增加氧化石墨烯表面含氧官能团，在氧化石墨烯周围螯合尽可能多的偶联剂KH570，将氧化石墨烯烷基化，与聚丙烯形成特殊的缠结，在250℃‑320℃温度条件下熔融纺丝，得到高性能的PP纤维。

Description

一种高性能PP纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其涉及一种高性能PP纤维的制备方法。
背景技术
聚丙烯纤维具有化学性质稳定、密度小、吸水率低、原料丰富且易于加工等优点，自1957年聚丙烯纤维工业化开始，对于聚丙烯的需求不断增加，聚丙烯纤维优异的性能使其广泛应用于服装面料、非织造布等。但是由于聚丙烯纤维属于化学纤维，属于疏水性纤维，分子中缺少亲水性基团，导致其易起球、易产生静电，影响纤维的生产，编织成织物穿着时会使人感到不舒适，且由于静电的作用易吸附灰尘等；另外某些特殊领域，例如加油站，瓦斯站，煤矿生产场所等对于服装的抗静电效果要求非常严格，在该环境下积累静电易引起爆炸等重大事故，造成人员伤亡。近年来对于聚丙烯纤维功能化的研究越来越多，专利CN106192048公开了一种氧化石墨烯改性聚丙烯纤维的制备方法。通过利用二甲苯和乙醇作为溶剂将氧化石墨烯分散在聚丙烯中，氧化石墨烯以多层的形式存在与聚丙烯基材料中。该法采用的多层氧化石墨烯改性聚丙烯，纺丝得到的纤维电学性能以及力学性能相较于单层的氧化石墨烯改性聚丙烯有较大差距，另外由于聚丙烯主链上几乎没有亲水基团，氧化石墨烯较难均匀地分散在基体中，容易在基体中发生团聚，不易制备高性能的石墨烯改性聚丙烯。另外，为了得到高导电、高导热聚丙烯纤维，越来越多的研究者会添加导电无机填料，但是往往由于无机填料与聚丙烯相容性较差，制备所得的产品性能均不尽如人意。
石墨烯属于二维晶体材料，具有优异的力学性能、导热性能以及电学性能。本发明通过对氧化石墨烯进行改性，使其功能化，将其均匀分散在丙烯单体中然后聚合，能够制备具有高强度、抗静电、阻燃、抗菌、远红外等优异性能的聚丙烯纤，具有良好的发展前景。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供了一种高性能聚丙烯纤维的制备方法。所述的聚丙烯纤维具有优异的力学性能、电学性能、抗菌、阻燃、抗紫外、远红外等性能。
本发明采用以下技术方案：一种高性能PP纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯置于食人鱼溶液中，常温(20-30℃)下搅拌半小时，过滤后用水清洗并干燥；
(2)取步骤1处理后的产物1g，加入到50mL异丙醇中，滴加0.01～0.02g的硅烷偶联剂KH570，40℃条件下搅拌4h，喷雾干燥得到改性氧化石墨烯原料。
(3)取0.5～1重量份的改性氧化石墨烯原料，与100重量份的丙烯单体混合均匀，在常温条件下，加入聚丙烯催化剂，聚合反应30min完成预聚阶段，然后升至70℃，并在70℃下恒温聚合；聚合产物切粒，制备纺丝原料。
(4)利用步骤(3)中制备的氧化石墨烯-聚丙烯母粒在250℃-320℃温度条件下进行熔融纺丝制备高性能PP纤维。
进一步地，所述的聚丙烯催化剂选自琥珀酸酯、邻苯二甲酸酯、茂金属催化剂等。
本发明的有益之处在于：将氧化石墨烯采用食人鱼溶液进行处理，增加了氧化石墨烯的含氧官能团，有利于氧化石墨烯的功能化和在丙烯单体中的分散；在氧化石墨烯周围螯合尽可能多的偶联剂KH570，将氧化石墨烯烷基化，与聚丙烯形成特殊的缠结，有利于提高改性聚丙烯的力学性能，另外KH570偶联剂链端的双键具有双键，可以参与聚合反应，产生化学交联，化学交联使氧化石墨烯与聚丙烯链结合更紧密；在氧化石墨烯表面形成一层烷基单分子层，有利于氧化石墨烯尽可能多地填充聚丙烯而不团聚，从而使改性聚丙烯纤维具有抗菌、阻燃、抗紫外、远红外等石墨烯所带有的功能。
附图说明
图1为实施例2制备的不同产物的方阻数据图；
图2为实施例2制备的不同产物的拉伸曲线图。
具体实施方式
实施例一：
(1)配制食人鱼溶液，将98wt％浓硫酸与30wt％双氧水按体积比3:1配制成食人鱼溶液，加入杭州高烯科技有限公司提供的氧化石墨烯原料，常温下搅拌半小时，过滤，纯净水冲洗并干燥，将用食人鱼溶液处理过后的1g氧化石墨烯加入50.0mL异丙醇中，滴加0.01g硅烷偶联剂KH570，40℃条件下搅拌4h，喷雾干燥得到改性氧化石墨烯原料。
(2)称取100g丙烯单体，0.5g改性氧化石墨烯，混合均匀，常温条件下，在聚丙烯催化剂的催化下进行预聚，然后在70℃左右进行聚合，聚合然后切粒，制备纺丝原料。通常情况系下，聚丙烯催化剂包括助催化剂、给电子体和Z-N催化剂，预聚阶段为30min左右，聚合阶段为20min左右。
(3)利用步骤(2)中制备的氧化石墨烯-聚丙烯母粒在280℃条件下进行熔融纺丝制备高性能pp纤维，标记为PPF-570。
对比例一：
(1)称取100g丙烯单体，在常温条件下，按照如下顺序加入助催化剂、给电子体和Z-N催化剂，在20℃下聚合30min完成预聚阶段，然后升至70℃，并在70℃下恒温聚合20min.聚合然后切粒，制备纺丝原料。
(2)利用步骤(2)中制备的聚丙烯母粒在280℃条件下进行熔融纺丝制备高性能pp纤维，标记为PPF。
对比例二：
(1)配制食人鱼溶液，将98％浓硫酸与30％双氧水按体积比3:1配制成食人鱼溶液，加入杭州高烯科技有限公司提供的氧化石墨烯原料，常温下搅拌半小时，用纯净水冲洗过滤并干燥，将用食人鱼溶液处理过后的1g氧化石墨烯加入50.0mL异丙醇中，滴加0.01g的硅烷偶联剂KH550，40℃条件下搅拌4h，喷雾干燥得到改性氧化石墨烯原料。
(2)称取100g丙烯单体，0.5g改性氧化石墨烯，混合均匀，在常温条件下，在聚丙烯催化剂的催化下进行预聚，然后在70℃左右进行聚合，聚合然后切粒，制备纺丝原料。通常情况系下，聚丙烯催化剂包括助催化剂、给电子体和Z-N催化剂，预聚阶段为30min左右，聚合阶段为20min左右。
(3)利用步骤(2)中制备的氧化石墨烯-聚丙烯母粒在280℃条件下进行熔融纺丝制备高性能pp纤维，标记为PPF-550。
利用等速伸长型拉伸仪对制备的三种纤维进行拉伸测试，PPF-570断裂强度为7.96CN/dtex，PPF-550断裂强度为6.49CN/dtex，PPF断裂强度为6.12CN/dtex。此外PPF-570复合纤维的表面电阻为10^7Ω，聚丙烯腈-片状氧化石墨烯复合纤维的表面电阻为10^8Ω，纯聚丙烯腈纤维的表面电阻为10^19Ω。此外，添加了石墨烯的聚丙烯纤维均具有优异的防紫外、杀菌、远红外等性能。
实施例二：
(1)配制食人鱼溶液，将98％浓硫酸与30％双氧水按体积比3:1配制成食人鱼溶液，加入氧化石墨烯原料，常温下搅拌半小时，用纯净水冲洗过滤并干燥，将用食人鱼溶液处理过后的3g氧化石墨烯加入150.0mL异丙醇中，滴加0.02g硅烷偶联剂KH570，40℃条件下搅拌4h，水洗、过滤，喷雾干燥得到改性氧化石墨烯原料。
(2)称取100g丙烯单体，分别称取0.1g、0.25g、0.5g、0.75g、1g改性氧化石墨烯，混合均匀，在常温条件下，在聚丙烯催化剂的催化下进行预聚，然后在70℃左右进行聚合，聚合然后切粒，制备纺丝原料。通常情况系下，聚丙烯催化剂包括助催化剂、给电子体和Z-N催化剂，预聚阶段为30min左右，聚合阶段为20min左右。
(3)利用步骤(2)中制备的氧化石墨烯-聚丙烯母粒在320℃条件下进行熔融纺丝制备高性能PP纤维。不同纤维的力学性能及电学性能如图1和2所示。在改性石墨烯的添加量为0.5～1g时，具有较好的力学和电学性能。

Claims (2)

1.一种高性能PP纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯置于食人鱼溶液中，常温(20-30℃)下搅拌半小时，过滤后用水清洗并干燥；
(2)取步骤1处理后的产物1g，加入到50mL异丙醇中，滴加0.01～0.02g的硅烷偶联剂KH570，40℃条件下搅拌4h，喷雾干燥得到改性氧化石墨烯原料。
(3)取0.5～1重量份的改性氧化石墨烯原料，与100重量份的丙烯单体混合均匀，在常温条件下，加入聚丙烯催化剂，聚合反应30min完成预聚阶段，然后升至70℃，并在70℃下恒温聚合；聚合产物切粒，制备纺丝原料。
(4)利用步骤(3)中制备的氧化石墨烯-聚丙烯母粒在250℃-320℃温度条件下进行熔融纺丝制备高性能PP纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯催化剂选自琥珀酸酯、邻苯二甲酸酯、茂金属催化剂等。
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