CN109137531A - 一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维 - Google Patents

一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维，所述聚酯功能纤维以聚酯为基底，以碳纳米管、ZrO2纳米粒子、TiO2纳米粒子、滑石粉和分散剂为填料经熔融纺丝制备得到。

Description

一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维
技术领域
本申请涉及聚酯纤维技术领域，尤其涉及一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维。
背景技术
聚酯纤维是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，又称涤纶，是合成纤维中的一个重要品种。聚酯纤维具有优良的性能，如断裂强度和弹性模量高、回弹性适中、热定形性能优异、耐热性好，良好的抗有机溶剂和耐水洗性能、较好的耐腐蚀性、较好的酸和弱碱的稳定性，由其织成的衣物经久耐穿，电绝缘性好，易洗快干，具有“洗可穿”的美称，因而被广泛应用于服装、装饰、产业等领域。
但是涤纶由于内部分子排列紧密，分子间缺少亲水结构，因此回潮率很小，吸湿性能差。在相对湿度为95％的条件下，其最高吸湿率为0.7％，由于其吸湿性差，性不好，涤纶织物透气性不好，染色性差，抗起毛起球性差。
发明内容
本发明旨在提供一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维，所述聚酯功能纤维以聚酯为基底，以碳纳米管、ZrO2纳米粒子、TiO2纳米粒子、滑石粉和分散剂为填料经熔融纺丝制备得到。
优选地，所述分散剂为金纳米花粒子。
优选地，所述填料在聚酯功能纤维中的含量分别为：碳纳米管2～5wt.％、ZrO2纳米粒子0.5～0.8wt.％、TiO2纳米粒子0.2～0.6wt.％、滑石粉1～3wt.％、分散剂2～4wt.％。
优选地，所述ZrO2纳米粒子的粒径为20nm；
所述TiO2纳米粒子的粒径为50nm；
所述滑石粉的粒径为500nm。
优选地，所述金纳米花粒子的粒径为40nm，并且，金纳米花粒子经如下过程制备得到：
取100mL、浓度为0.25mmol/L的HAuCl4溶液，向其中加入1mL浓度为5wt.％的柠檬酸钠水溶液，然后加热至沸腾，待溶液变成酒红色后5min停止加热，离心得到Au纳米粒子，洗涤后，将Au纳米粒子加入到1000mL超纯水中，得到Au纳米粒子水溶液，搅拌均匀；
取5mL的Au纳米粒子水溶液，向其中加入32.5μL浓度为0.2mol/L的抗坏血酸水溶液，再加入HAuCl4使其浓度为0.25mmol/L，然后通过滴加0.1mol/L的NaOH溶液调节pH值为5.8，离心分散后，将沉淀清洗得到金纳米花粒子。
优选地，所述聚酯功能纤维的制备方法为：
填料与聚酯切片共混经双螺杆挤出机得到聚酯母粒本体；
聚酯母粒本体经混合溶液A表面处理；
聚酯母粒本体与聚酯切片共混，经熔融纺丝得到聚酯纤维本体；
聚酯纤维本体依次经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液、季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液处理，然后水洗，拉伸，卷曲，热定型，得到所述聚酯功能纤维。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明所述聚酯功能纤维以聚酯为基底，以碳纳米管、ZrO2纳米粒子、TiO2纳米粒子、滑石粉和分散剂为填料经熔融纺丝制备得到；将金纳米花粒子创造性的作为分散剂，一方面，其可以避免填料的团聚，在另一方面，其能够与碳纳米管构成导电、导热网络，对于聚酯纤维抗静电、吸湿效果的发挥起到意料不到的技术效果；此外，上述远红外、抗静电、吸湿性得益于填料整体发挥作用，是由上述填料结合发挥作用产生的。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施方式中所述聚酯功能纤维制备方法的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请在第一方面涉及一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维，所述聚酯功能纤维以聚酯为基底，以碳纳米管、ZrO2纳米粒子、TiO2纳米粒子、滑石粉和分散剂为填料经熔融纺丝制备得到；
本申请在第二方面涉及上述聚酯功能纤维的制备方法：
填料与聚酯切片共混经双螺杆挤出机得到聚酯母粒本体；
聚酯母粒本体经混合溶液A表面处理；
聚酯母粒本体与聚酯切片共混，经熔融纺丝得到聚酯纤维本体；
聚酯纤维本体依次经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液、季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液处理，然后水洗，拉伸，卷曲，热定型，得到所述聚酯功能纤维。
下面描述第一方面：
本申请的聚酯纤维中含有填料：碳纳米管、ZrO2纳米粒子、TiO2纳米粒子、滑石粉和分散剂，其中，所述分散剂为金纳米花粒子。
为了功能性的实现，现有技术中，通常在聚酯纤维中添加填料，从而使得聚酯纤维实现相应的功能；本申请上述填料中，ZrO2属于萤石结构，ZrO2粉体是制作氧化锆特种陶瓷、高级耐火材料、光通讯器件、新能源材料的基础原料，ZrO2具有低温烧结性，ZrO2纳米粉体作为一种无毒无放射性，且具有低温远红外发射性能的材料，是一种重要的远红外添加剂；TiO2纳米粒子表现抗菌性能。
上述粒子均为纳米结构，极易发生纳米团聚现象，不仅使聚酯纤维相应功能无法发挥，还会影响其它添加剂功能的发挥。
因此，区别于现有技术中直接添加填料，本申请技术方案中，还设有分散剂，该分散剂为金纳米花结构。金纳米花结构具有极大的比表面积及独特的光、电磁性质，导电导热性好，并且物理化学性质稳定；将金纳米花粒子创造性的作为分散剂，一方面，其可以避免填料的团聚，在另一方面，其能够与碳纳米管构成导电、导热网络，对于聚酯纤维抗静电、吸湿效果的发挥起到意料不到的技术效果；此外，上述远红外、抗静电、吸湿性得益于填料整体发挥作用，是由上述填料结合发挥作用产生的。
一种优选实施方式中，所述填料在聚酯功能纤维中的含量分别为：碳纳米管2～5wt.％、ZrO2纳米粒子0.5～0.8wt.％、TiO2纳米粒子0.2～0.6wt.％、滑石粉1～3wt.％、分散剂2～4wt.％；
优选地，所述ZrO2纳米粒子的粒径为20nm；
优选地，所述TiO2纳米粒子的粒径为50nm；
优选地，所述滑石粉的粒径为500nm；
优选地，所述金纳米花粒子的粒径为40nm，并且，金纳米花粒子经如下过程制备得到：
取100mL、浓度为0.25mmol/L的HAuCl4溶液，向其中加入1mL浓度为5wt.％的柠檬酸钠水溶液，然后加热至沸腾，待溶液变成酒红色后5min停止加热，离心得到Au纳米粒子，洗涤后，将Au纳米粒子加入到1000mL超纯水中，得到Au纳米粒子水溶液，搅拌均匀；
取5mL的Au纳米粒子水溶液，向其中加入32.5μL浓度为0.2mol/L的抗坏血酸水溶液，再加入HAuCl4使其浓度为0.25mmol/L，然后通过滴加0.1mol/L的NaOH溶液调节pH值为5.8，离心分散后，将沉淀清洗得到金纳米花粒子。
下面描述第二方面：
明显的，所述填料与聚酯切片共混经双螺杆挤出机得到聚酯母粒本体具体为：
首先将聚酯切片干燥，然后将聚酯切片与所述填料在高速混合机中混合后经双螺杆挤出机造粒，得到聚酯母粒本体；
其中，聚酯切片与填料的质量比例为10:3；
其中，双螺杆挤出机挤出温度为280～320℃；
优选地，所述聚酯母粒本体经混合溶液A表面处理具体为：
将聚酯母粒本体放入聚丙烯酸钠水溶液中于70℃处理5h；
其中，所述聚丙烯酸钠水溶液中含水80wt.％；
通过采用聚丙烯酸钠水溶液对聚酯母粒本体处理，对其表面改性，进而显著改善了聚酯纤维的吸水性、吸湿性，且耐洗涤性好，作用效果持久。
优选地，所述聚酯母粒本体与聚酯切片共混，经熔融纺丝得到聚酯纤维本体具体为：
将聚酯母粒本体、聚酯切片、聚乙烯醇和聚乙二醇混合，采用单螺杆纺丝机进行熔融纺丝，纺丝温度为280～305℃，得到所述聚酯纤维本体。
其中，所述聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比例为1:9；
在制备聚酯纤维本体过程中，上述聚乙烯醇和聚乙二醇能够使得聚酯纤维本体表面结构微孔化，对于聚酯纤维本体内部填料作用的发挥产生了意料不到的有益效果。
优选地，所述聚酯纤维本体依次经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液、季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液处理具体为：
首先将聚酯纤维本体经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液于62℃处理10h，然后将聚酯纤维本体经季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液于85℃处理30h；
其中，所述脂肪酶/碳酸氢钠水溶液中脂肪酶浓度为6g/L，碳酸氢钠浓度为2.5g/L；
所述的季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液中乙二醛浓度为5wt.％，季铵盐壳聚糖浓度优选为6wt.％。
本发明通过物理共混、聚丙烯酸钠处理、酶处理结合化学处理的方式对聚酯纤维进行了改性，在显著改善吸湿性的同时，增强了聚酯纤维的抗静电和远红外效果，同时纤维力学性能优良，提高了其制得的纺织品的舒适性，适用于工业生产。
下面结合具体实施例对本发明做出进一步说明：
实施例1
如下为本发明所述聚酯功能纤维的制备过程：
步骤1，取100mL、浓度为0.25mmol/L的HAuCl4溶液，向其中加入1mL浓度为5wt.％的柠檬酸钠水溶液，然后加热至沸腾，待溶液变成酒红色后5min停止加热，离心得到Au纳米粒子，洗涤后，将Au纳米粒子加入到1000mL超纯水中，得到Au纳米粒子水溶液，搅拌均匀；
取5mL的Au纳米粒子水溶液，向其中加入32.5μL浓度为0.2mol/L的抗坏血酸水溶液，再加入HAuCl4使其浓度为0.25mmol/L，然后通过滴加0.1mol/L的NaOH溶液调节pH值为5.8，离心分散后，将沉淀清洗得到金纳米花粒子；
步骤2，将聚酯切片干燥，然后按照聚酯切片与填料的质量比例为10:3将聚酯切片与填料在高速混合机中混合后经双螺杆挤出机造粒，得到聚酯母粒本体；其中，双螺杆挤出机挤出温度为280～320℃；
步骤3，将聚酯母粒本体放入含水80wt.％的聚丙烯酸钠水溶液中于70℃处理5h，其中，所述聚丙烯酸钠水溶液中含水80wt.％；
步骤4，将聚酯母粒本体、聚酯切片、聚乙烯醇和聚乙二醇混合，采用单螺杆纺丝机进行熔融纺丝，纺丝温度为280～305℃，得到所述聚酯纤维本体；其中，所述聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比例为1:9；
步骤5，将聚酯纤维本体经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液于62℃处理10h，然后将聚酯纤维本体经季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液于85℃处理30h；其中，所述脂肪酶/碳酸氢钠水溶液中脂肪酶浓度为6g/L，碳酸氢钠浓度为2.5g/L；所述的季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液中乙二醛浓度为5wt.％，季铵盐壳聚糖浓度优选为6wt.％；然后将聚酯纤维本体在37℃水洗1.2h；水洗后的聚酯纤维本体拉伸3.2倍，卷曲，130℃热定型15min，得到所述聚酯功能纤维；进而，所述聚酯功能纤维按照常规方法纺纱、针织，得到吸湿抗静电抗菌面料。
具体的，本实施例中，所述填料在聚酯功能纤维中的含量分别为：碳纳米管2wt.％、ZrO2纳米粒子0.5wt.％、TiO2纳米粒子0.2wt.％、滑石粉1wt.％、分散剂2wt.％。
实施例2
如下为本发明所述聚酯功能纤维的制备过程：
步骤1，取100mL、浓度为0.25mmol/L的HAuCl4溶液，向其中加入1mL浓度为5wt.％的柠檬酸钠水溶液，然后加热至沸腾，待溶液变成酒红色后5min停止加热，离心得到Au纳米粒子，洗涤后，将Au纳米粒子加入到1000mL超纯水中，得到Au纳米粒子水溶液，搅拌均匀；
取5mL的Au纳米粒子水溶液，向其中加入32.5μL浓度为0.2mol/L的抗坏血酸水溶液，再加入HAuCl4使其浓度为0.25mmol/L，然后通过滴加0.1mol/L的NaOH溶液调节pH值为5.8，离心分散后，将沉淀清洗得到金纳米花粒子；
步骤2，将聚酯切片干燥，然后按照聚酯切片与填料的质量比例为10:3将聚酯切片与填料在高速混合机中混合后经双螺杆挤出机造粒，得到聚酯母粒本体；其中，双螺杆挤出机挤出温度为280～320℃；
步骤3，将聚酯母粒本体放入含水80wt.％的聚丙烯酸钠水溶液中于70℃处理5h，其中，所述聚丙烯酸钠水溶液中含水80wt.％；
步骤4，将聚酯母粒本体、聚酯切片、聚乙烯醇和聚乙二醇混合，采用单螺杆纺丝机进行熔融纺丝，纺丝温度为280～305℃，得到所述聚酯纤维本体；其中，所述聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比例为1:9；
步骤5，将聚酯纤维本体经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液于62℃处理10h，然后将聚酯纤维本体经季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液于85℃处理30h；其中，所述脂肪酶/碳酸氢钠水溶液中脂肪酶浓度为6g/L，碳酸氢钠浓度为2.5g/L；所述的季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液中乙二醛浓度为5wt.％，季铵盐壳聚糖浓度优选为6wt.％；然后将聚酯纤维本体在37℃水洗1.2h；水洗后的聚酯纤维本体拉伸3.2倍，卷曲，130℃热定型15min，得到所述聚酯功能纤维；进而，所述聚酯功能纤维按照常规方法纺纱、针织，得到吸湿抗静电抗菌面料。
具体的，本实施例中，所述填料在聚酯功能纤维中的含量分别为：碳纳米管5wt.％、ZrO2纳米粒子0.8wt.％、TiO2纳米粒子0.6wt.％、滑石粉3wt.％、分散剂4wt.％。
实施例3
本实施例所述聚酯功能纤维的制备过程如实施例1，不同之处在于：
本实施例中，所述填料在聚酯功能纤维中的含量分别为：碳纳米管3wt.％、ZrO2纳米粒子0.6wt.％、TiO2纳米粒子0.3wt.％、滑石粉2wt.％、分散剂3wt.％。
实施例4
本实施例所述聚酯功能纤维的制备过程如实施例1，不同之处在于：
本实施例中，所述填料在聚酯功能纤维中的含量分别为：碳纳米管4wt.％、ZrO2纳米粒子0.7wt.％、TiO2纳米粒子0.5wt.％、滑石粉2wt.％；填料中没有分散剂。
对上述实施例1-4得到的聚酯纤维进行抗菌、回潮率、体积比电阻、远红外测试。
远红外测试，利用远红外线照射下升温的原理，采用远红外温升法测试装置测试聚酯功能纤维的远红外性能：在相同条件下，与纯PET纤维相比，本申请实施例1-4中聚酯功能纤维温度升高的多，纯PET纤维在1000s内温度升高了9.6℃，而实施例1-4中聚酯功能纤维在1000s内温度分别升高了22.8℃、21.7℃、23.6℃、15.3℃，说明本申请中所述的聚酯功能纤维表现良好的远红外发射功能，具有良好的实用性，能有效发挥蓄热保暖、促进血液循环等作用。
测试抗菌性能，参照GB/T 20944进行；
测试回潮率，试样吸湿前后的质量变化与试样干重之比即为试样的回潮率；
测试体积比电阻，称取在标准条件下达到吸湿平衡的纤维，用纤维比电阻仪测其体积比电阻。体积比电阻(ρv)反应了纤维的导电性能与抗静电性能，即体积比电阻越小，纤维的导电性能、抗静电性能越强；反之，纤维的导电性能、抗静电性能越差。
具体如下：
表1实施例1-4中聚酯纤维的抗菌性能
实施例 金黄色葡萄球菌 大肠杆菌
实施例1 99.78％ 99.78％
实施例2 99.75％ 99.66％
实施例3 99.56％ 99.39％
实施例4 98.43％ 97.65％
表2实施例1-4中聚酯纤维的回潮率
实施例 回潮率
实施例1 4.7％
实施例2 3.9％
实施例3 4.2％
实施例4 0.6％
表3实施例1-4中聚酯纤维的抗静电性能
以上所述仅为本发明的较佳方式，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同时具备远红外、抗静电、吸湿性好的聚酯功能纤维，其特征在于，所述聚酯功能纤维以聚酯为基底，以碳纳米管、ZrO2纳米粒子、TiO2纳米粒子、滑石粉和分散剂为填料经熔融纺丝制备得到。
2.根据权利要求1所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述分散剂为金纳米花粒子。
3.根据权利要求2所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述填料在聚酯功能纤维中的含量分别为：碳纳米管2～5wt.％、ZrO2纳米粒子0.5～0.8wt.％、TiO2纳米粒子0.2～0.6wt.％、滑石粉1～3wt.％、分散剂2～4wt.％。
4.根据权利要求1所述的聚酯功能纤维，其特征在于，
所述ZrO2纳米粒子的粒径为20nm；
所述TiO2纳米粒子的粒径为50nm；
所述滑石粉的粒径为500nm。
5.根据权利要求2所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述金纳米花粒子的粒径为40nm，并且，金纳米花粒子经如下过程制备得到：
取100mL、浓度为0.25mmol/L的HAuCl4溶液，向其中加入1mL浓度为5wt.％的柠檬酸钠水溶液，然后加热至沸腾，待溶液变成酒红色后5min停止加热，离心得到Au纳米粒子，洗涤后，将Au纳米粒子加入到1000mL超纯水中，得到Au纳米粒子水溶液，搅拌均匀；
取5mL的Au纳米粒子水溶液，向其中加入32.5μL浓度为0.2mol/L的抗坏血酸水溶液，再加入HAuCl4使其浓度为0.25mmol/L，然后通过滴加0.1mol/L的NaOH溶液调节pH值为5.8，离心分散后，将沉淀清洗得到金纳米花粒子。
6.根据权利要求1所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述聚酯功能纤维的制备方法为：
填料与聚酯切片共混经双螺杆挤出机得到聚酯母粒本体；
聚酯母粒本体经混合溶液A表面处理；
聚酯母粒本体与聚酯切片共混，经熔融纺丝得到聚酯纤维本体；
聚酯纤维本体依次经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液、季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液处理，然后水洗，拉伸，卷曲，热定型，得到所述聚酯功能纤维。
7.根据权利要求6所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述填料与聚酯切片共混经双螺杆挤出机得到聚酯母粒本体具体为：
首先将聚酯切片干燥，然后将聚酯切片与所述填料在高速混合机中混合后经双螺杆挤出机造粒，得到聚酯母粒本体；
其中，聚酯切片与填料的质量比例为10:3；
其中，双螺杆挤出机挤出温度为280～320℃。
8.根据权利要求6所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述聚酯母粒本体经混合溶液A表面处理具体为：
将聚酯母粒本体放入聚丙烯酸钠水溶液中于70℃处理5h；
其中，所述聚丙烯酸钠水溶液中含水80wt.％。
9.根据权利要求6所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述聚酯母粒本体与聚酯切片共混，经熔融纺丝得到聚酯纤维本体具体为：
将聚酯母粒本体、聚酯切片、聚乙烯醇和聚乙二醇混合，采用单螺杆纺丝机进行熔融纺丝，纺丝温度为280～305℃，得到所述聚酯纤维本体。
其中，所述聚乙烯醇和聚乙二醇的质量比例为1:9。
10.根据权利要求6所述的聚酯功能纤维，其特征在于，所述聚酯纤维本体依次经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液、季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液处理具体为：
首先将聚酯纤维本体经脂肪酶/碳酸氢钠水溶液于62℃处理10h，然后将聚酯纤维本体经季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液于85℃处理30h；
其中，所述脂肪酶/碳酸氢钠水溶液中脂肪酶浓度为6g/L，碳酸氢钠浓度为2.5g/L；
所述的季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液中乙二醛浓度为5wt.％，季铵盐壳聚糖浓度优选为6wt.％。
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