CN108265345A - 一种具有空气净化功能的合成纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有空气净化功能的合成纤维及其制备方法;合成纤维由光催化无机纳米颗粒与聚合物混合,再经熔融纺丝、湿法纺丝或静电纺丝工艺制备得到。本发明的具有空气净化功能的合成纤维及其制备方法纤维可以织造成各类纺织品,在阳光或灯光的作用下能强力有效地分解汽车废气、甲醛、苯、胺气等有毒有害气体,起到空气净化的作用,极大地保障了人们工作及生活的环境安全,具有非常好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及纺织材料领域,尤其涉及一种具有空气净化功能的合成纤维及其制备方法。
背景技术
随着人民群众物质生活水平的提高,室内装饰装修、家用电器产品的普及、多种日用化学品的使用以及建筑设计风格和中央空调导致的居室密闭程度增加等,室内产生了大量的物理、化学、生物以及放射性污染,造成室内空气质量的严重下降。人们90%的时间是在室内活动的。人们长期暴露于这些有毒有害物质下会对人体产生不良影响,甚至引发各种疾病。因此,室内空气质量的好坏程度与人类健康密切相关。室内空气中甲醛、苯、甲苯等含量超过限定标准就会严重危害人体健康,需要采取有效的室内空气净化措施。因此,治理室内空气污染尤其是去除室内空气中的有机污染物成为国内外科技工作者研究的热点。
目前,去除室内空气污染物的方法主要有:物理吸附法、化学中和法、生物净化法、空气负离子法等。但以上方法存在吸附饱和、制造复杂、成本高且不能再生使用等缺陷。目前应用前景比较好的是光催化法。光催化是一种以二氧化钛为代表,在光照条件下具有催化功能的半导体材料。二氧化钛作为一种光触媒,在吸收太阳光或照明光源中的紫外线后,能够发生氧化还原反应,表面形成强氧化性的氢氧自由基和超氧阴离子自由基,中游离有害物质分群成无害的二氧化碳和水,从而达到净化空气目的。光触媒对于温度没有严格的限制,常温条件下就可以发生氧化还原反应,其主要以粉体状态为主,单独应用受到粉状材料物理性质的限制。
发明内容
本发明针对上述技术问题,提供了一种具有空气净化功能的合成纤维及其制备方法。
本发明就该技术问题而提出的技术方案如下:
本发明提出了一种具有空气净化功能的合成纤维的制备方法,合成纤维由光催化无机纳米颗粒与聚合物混合,再经熔融纺丝、湿法纺丝或静电纺丝工艺制备得到。
本发明上述的合成纤维的制备方法中,光催化无机纳米颗粒为具有光催化功能的氧化锌纳米颗粒,二氧化钛纳米颗粒,三氧化钨纳米颗粒,氧化锌纳米颗粒和二氧化钛纳米颗粒的混合物,氧化锌纳米颗粒和三氧化钨纳米颗粒的混合物,二氧化钛纳米颗粒和三氧化钨纳米颗粒的混合物,或氧化锌纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒以及三氧化钨纳米颗粒的混合物。
本发明上述的合成纤维的制备方法中,光催化无机纳米颗粒先分散在水性溶剂或有机溶剂中,再与聚合物混合;或者,
聚合物先溶解在有机溶剂中,再与光催化无机纳米颗粒混合。
本发明上述的合成纤维的制备方法中,光催化无机纳米颗粒的粒径处于10nm~150nm之间,光催化无机纳米颗粒占聚合物的0.1wt%-5.0wt%。
本发明上述的合成纤维的制备方法中,当合成纤维采用熔融纺丝工艺制备得到时,聚合物采用涤纶PET、锦纶PA或丙纶PP;
当合成纤维采用湿法纺丝工艺制备得到时,聚合物采用聚氨酯PU、聚乙烯醇PVA或腈纶PAN;
当合成纤维采用静电纺丝工艺制备得到时,聚合物采用聚乳酸PLA、聚己内酯PCL、聚氨酯PU、聚酯PET或聚丙烯PP。
本发明上述的合成纤维的制备方法中,当合成纤维采用熔融纺丝工艺制备得到时,光催化无机纳米颗粒以粉体形态与聚合物混合;
当合成纤维采用湿法纺丝或静电纺丝工艺制备得到时,光催化无机纳米颗粒先分散在水性溶剂或有机溶剂中,再与聚合物混合,或者聚合物先分散在有机溶剂中,再与光催化无机纳米颗粒混合。
本发明还提出了一种具有空气净化功能的合成纤维,采用如上所述的制备方法制备得到。
本发明的具有空气净化功能的合成纤维及其制备方法纤维可以织造成各类纺织品,在阳光或灯光的作用下能强力有效地分解汽车废气、甲醛、苯、胺气等有毒有害气体,起到空气净化的作用,极大地保障了人们工作及生活的环境安全,具有非常好的应用前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1示出了本发明实施例的合成纤维净化空气的原理示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是:光触媒通常以粉体状态为主,单独应用受到粉状材料物理性质的限制。本发明就该技术问题而提出的技术思路是:考虑到纤维材料作为载体具有比表面积大、容易加工成型等特点,将光催化技术应用于合成纤维的纺丝织造工艺中,可以制备出具有空气净化功能纤维并织造成各种织物,可以更快速、高效地消除空气中的有机污染物,具有使用方便、利于工业化生产、用途广、净化效果好且可重复使用等优点,是一种非常有潜力的室内空气净化材料,如图1所示。
本发明提出了一种具有空气净化功能的合成纤维及其制备方法,该合成纤维由光催化无机纳米颗粒与聚合物混合,再经熔融纺丝、湿法纺丝或静电纺丝工艺制备得到。通过调整纺丝工艺的参数设置,可以制备粗细、形状、强度以及光催化无机纳米颗粒含量与分布各异的合成纤维;这些合成纤维可进一步进行纺织品织造加工。
在本发明中,光催化无机纳米颗粒为具有光催化功能的氧化锌纳米颗粒,二氧化钛纳米颗粒,三氧化钨纳米颗粒,氧化锌纳米颗粒和二氧化钛纳米颗粒的混合物,氧化锌纳米颗粒和三氧化钨纳米颗粒的混合物,二氧化钛纳米颗粒和三氧化钨纳米颗粒的混合物,或氧化锌纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒以及三氧化钨纳米颗粒的混合物。
进一步地,在光催化无机纳米颗粒中,氧化锌纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒和三氧化钨纳米颗粒可根据实际需要(例如价格、光催化效果)选择不同晶型。
进一步地,光催化无机纳米颗粒可以先分散在水性溶剂或有机溶剂中,再与聚合物混合。或者,聚合物先分散在有机溶剂中,再与光催化无机纳米颗粒混合。通过该技术方案,可实现光催化无机纳米颗粒与聚合物的均匀混合。
进一步地,光催化无机纳米颗粒的粒径处于10nm~150nm之间,光催化无机纳米颗粒占聚合物的0.1wt%-5.0wt%。对于不同的聚合物,采用不同形态的光催化无机纳米颗粒,并采用不同的纺丝工艺。
具体地,当合成纤维采用熔融纺丝工艺制备得到时,聚合物可采用涤纶PET、锦纶PA或丙纶PP等;当合成纤维采用湿法纺丝工艺制备得到时,聚合物可采用聚氨酯PU、聚乙烯醇PVA或腈纶PAN等;当合成纤维采用静电纺丝工艺制备得到时,聚合物可采用聚乳酸PLA、聚己内酯PCL、聚氨酯PU、聚酯PET或聚丙烯PP等。
此外,当合成纤维采用熔融纺丝工艺制备得到时,光催化无机纳米颗粒以粉体形态与聚合物混合;当合成纤维采用湿法纺丝或静电纺丝工艺制备得到时,光催化无机纳米颗粒先分散在水性溶剂或有机溶剂中,再与聚合物混合,或者聚合物先分散在有机溶剂中,再与光催化无机纳米颗粒混合。
合成纤维的粗细、形状、强度以及光催化无机纳米颗粒的含量与分布可通过纺丝工艺的参数设置进行调整,从而适应接下来的纺织品织造加工要求。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚,以便于本领域技术人员理解和实施本发明,下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
第一实施例:采用湿法纺丝工艺制备的光催化聚氨酯PU纤维
本实施例采用无锡市南泉明柳化工设备厂的小型湿法纺丝机来制备光催化聚氨酯PU纤维。具体地,将30g聚氨酯PU(分子量约为33万,医用级)溶解于100g二甲基甲酰胺DMF中;然后加入6g的10wt%的锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒水溶胶;搅拌均匀后的溶液放入湿法纺丝机的喷丝头,在水溶液中进行纺丝,溶液通过喷丝板挤出进入凝固液水中,凝固后合股,纤维间发生融合,牵伸卷绕成形,从而形成光催化聚氨酯PU纤维。
参考《QB/T2761-2006室内空气净化产品净化效果测定方法》测定光催化聚氨酯PU纤维的空气净化功能,甲醛去除率可达到68.8%,具体测试报告如表1所示。
表1光催化聚氨酯PU纤维的甲醛去除率测试报告(实验室内部自测)
第二实施例:采用静电纺丝工艺制备的光催化聚乳酸PLA纤维
本实施例采用日本Kato技术有限公司的纳米纤维电纺机来制备光催化聚乳酸PLA纤维。具体地,将10g聚乳酸PLA(分子量为1.0×106)溶解在63g氯仿和32克丙酮的混合溶剂中,并加热;待聚乳酸PLA完全溶解后,加入1.0g的粒径为25~50nm的锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒,再搅拌均匀,得到粘稠溶液。将适量的粘稠溶液装入带有圆柱形金属喷丝头(内径为0.8mm,壁厚为0.05mm)的10mL注射器中,以用于静电纺丝;其中,金属喷丝头通过一个金属弹簧夹与电极连接,电极与高达30kV的高压直流电源相连。
静电纺丝的工艺参数为:电压为16KV,电流为0.04μA,注射器压力速度为0.2mm/h,注射器横移速度为20cm/min,注射器的喷丝头与接收器的距离为10cm,接收器的旋转速度为1m/min。静电纺丝结束后,将电纺丝浸渍于乙醇溶液中30min,然后真空干燥24h以去除残留溶剂,从而得到光催化聚乳酸PLA纤维。
参考《QB/T2761-2006室内空气净化产品净化效果测定方法》测定光催化聚乳酸PLA纤维的空气净化功能,甲醛去除率可达到64.3%,具体测试报告如表2所示。
表2光催化聚乳酸PLA纤维的甲醛去除率测试报告(实验室内部自测)
第三实施例:采用熔融纺丝工艺制备的光催化聚酯PET纤维
将纺丝级PET聚酯切片,并预先在100℃下干燥24h,然后,使用Coperion CET35双螺杆预混机制备含有10wt%纳米氧化锌颗粒的母粒。然后将母粒与PET聚酯切片混合,利用自组装的纺丝设备纺出POY长丝(即为光催化聚酯PET纤维);最终POY长丝中含有2wt%纳米氧化锌颗粒。喷丝板为72f,纺丝速度为3000m/min,加热组件控制温度范围为280℃-295℃。制得的POY长丝使用牵伸设备(JYM868)牵伸至150dtex卷绕备用。
参考《QB/T2761-2006室内空气净化产品净化效果测定方法》测定光催化聚酯PET纤维的空气净化功能,甲醛去除率可达到91.2%,具体测试报告如表3所示。
表3光催化聚酯PET纤维的甲醛去除率测试报告(CMA,ilac-MRA,CNAS)
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有空气净化功能的合成纤维的制备方法,其特征在于,合成纤维由光催化无机纳米颗粒与聚合物混合,再经熔融纺丝、湿法纺丝或静电纺丝工艺制备得到。
2.根据权利要求1所述的合成纤维的制备方法,其特征在于,光催化无机纳米颗粒为具有光催化功能的氧化锌纳米颗粒,二氧化钛纳米颗粒,三氧化钨纳米颗粒,氧化锌纳米颗粒和二氧化钛纳米颗粒的混合物,氧化锌纳米颗粒和三氧化钨纳米颗粒的混合物,二氧化钛纳米颗粒和三氧化钨纳米颗粒的混合物,或氧化锌纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒以及三氧化钨纳米颗粒的混合物。
3.根据权利要求1所述的合成纤维的制备方法,其特征在于,光催化无机纳米颗粒先分散在水性溶剂或有机溶剂中,再与聚合物混合;或者,
聚合物先溶解在有机溶剂中,再与光催化无机纳米颗粒混合。
4.根据权利要求1所述的合成纤维的制备方法,其特征在于,光催化无机纳米颗粒的粒径处于10nm~150nm之间,光催化无机纳米颗粒占聚合物的0.1wt%-5.0wt%。
5.根据权利要求1所述的合成纤维的制备方法,其特征在于,当合成纤维采用熔融纺丝工艺制备得到时,聚合物采用涤纶PET、锦纶PA或丙纶PP;
当合成纤维采用湿法纺丝工艺制备得到时,聚合物采用聚氨酯PU、聚乙烯醇PVA或腈纶PAN;
当合成纤维采用静电纺丝工艺制备得到时,聚合物采用聚乳酸PLA、聚己内酯PCL、聚氨酯PU、聚酯PET或聚丙烯PP。
6.根据权利要求1所述的合成纤维的制备方法,其特征在于,当合成纤维采用熔融纺丝工艺制备得到时,光催化无机纳米颗粒以粉体形态与聚合物混合;
当合成纤维采用湿法纺丝或静电纺丝工艺制备得到时,光催化无机纳米颗粒先分散在水性溶剂或有机溶剂中,再与聚合物混合,或者聚合物先分散在有机溶剂中,再与光催化无机纳米颗粒混合。
7.一种具有空气净化功能的合成纤维,其特征在于,采用如权利要求1-6任意一项所述的制备方法制备得到。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180710 |