CN109735916A - 一种改性合成纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合成纤维改性领域，具体涉及一种改性合成纤维的制备方法。本发明将无机填料用环氧油酸甲酯进行改性，使得无机填料表面修饰了非极性的长链烷基链段和极性的含酯基链段，当改性的填料和用于纺制合成纤维的高分子聚合物熔融共混时，高分子聚合物极性高，改性填料表面的含酯基链段和其具有较好的相容性，当高分子聚合物极性低，改性填料表面的长链烷基链段和其具有较好的相容性，这样无机填料和高分子聚合物都具有较好的相容性，因此不同的高分子聚合物，需要用同一种填料时，只需要一种改性方法就可以，无需根据高分子聚合物的极性采用不同极性的表面处理剂对无机填料进行处理，提高了原料的使用效率和生产效率，降低生产成本。

Description

一种改性合成纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及合成纤维改性领域，具体涉及一种改性合成纤维的制备方法。

背景技术

合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶或可熔性的线型聚合物，经过纺丝成型和后处理而制得的化学纤维。与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维具有强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等特点。

但合成纤维在一些应用场合仍存在一些性能上的不足，比如抗静电性不够、强度不够、韧性不够等，这些不足限制了合成纤维在一些特殊场合的应用。一种对合成纤维有效的改性方法是在纺丝时加入无机填料，比如石墨烯具有导电和发射远红外的功能，太极石具有发射远红外功能，活化人体细胞内的水分子等。但由于无机填料和高分子聚合物的相容性不好，一般都需要使用有机物或高分子聚合物对无机填料进行表面处理，以提高无机填料和高分子聚合物的相容性。但是由于纺织上所用的高分子聚合物的极性相差很大，比如聚乙烯和聚丙烯等属于非极性聚合物，聚酯和聚乳酸等属于极性聚合物，因此根据“相似相容原理”，为了提高改性填料和高分子聚合物的相容性，有机物或高分子聚合物改性剂和高分子聚合物的极性相似，才能使无机填料和高分子聚合物具有较好的相容性。

中国发明授权专利CN106009640B公开了一种采用尼龙对氧化石墨烯进行表面化学修饰后，再与尼龙进行熔融挤出造粒。

中国发明申请专利CN107385537A公开了一种采用烷基氧化胺改性氧化石墨烯，使得氧化石墨烯表面烷基化，烷基化的氧化石墨烯与聚丙烯切片熔融共挤出得到氧化石墨烯-丙纶母粒，然后再进行熔融纺丝，制备氧化石墨烯丙纶功能纤维的方法。

中国发明申请专利CN108085767A公开一种聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维的制备方法，采用KH-550对氧化石墨烯进行改性，再加入戊二醛和十二烷二胺进行反应，使得石墨烯表面接枝了极性的结构，改性的氧化石墨烯与聚丙烯腈进行溶液纺丝，得到聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维。

以上的方法中都是使用氧化石墨烯改性合成纤维，但是由于合成纤维的极性差别较大，使用了不同极性的化学改性剂对氧化石墨烯进行改性，只用一种改性剂对氧化石墨烯进行改性无法满足不同极性的合成纤维。对应其他的无机填料来说，这种情况是一样的。

发明内容

(一)所用解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改性合成纤维的制备方法，从根本上解决同一种改性后的无机填料可以应用于不同极性的合成纤维，无需针对不同极性的合成纤维对所填充的无机填料使用不同的改性剂，提高生产效率，而且由于改性后的无机填料对低极性合成纤维和高极性合成纤维都具有较好的相容性，可用于使复合纤维通过熔融共挤出纺丝制备。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种改性合成纤维的制备方法，包括以下步骤，

S1：将环氧油酸甲酯改性无机填料和用于纺制合成纤维的高分子聚合物进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性合成纤维母粒；

S2：将步骤S1中的改性合成纤维母粒和步骤S1中的用于纺制合成纤维的高分子聚合物进行熔融挤出纺丝，得到改性合成纤维。

优选的，步骤S1中所述无机填料选自石墨烯、氧化石墨烯、太极石、电气石、氧化铝、二氧化硅、滑石粉、硅灰石、硫酸钡、碳酸钙、云母、玻璃纤维中的一种或几种。

优选的，所述无机填料的粒径不超过100μm，表面化学修饰氨基基团。

无机填料表面化学修饰氨基基团是为了利用氨基基团对环氧油酸甲酯的环氧基团的高反应活性，使得环氧油酸甲酯对无机填料的改性反应速度更快，反应更充分。可以使用KH-550、KH-792等含氨基的硅烷偶联剂对无机填料进行处理使得无机填料表面修饰氨基基团。

优选的，步骤S1中所述环氧油酸甲酯改性无机填料的制备方法为，将无机填料、环氧油酸甲酯和乙酸乙酯组成的反应体系加入到容器中，搅拌下反应体系升温至微回流，继续反应0.2～2小时，趁热过滤，滤出的固体用无水乙醇清洗三次，在50～80℃的真空干燥箱中干燥至恒重。

更优选的，所述无机填料、环氧油酸甲酯和乙酸乙酯的质量比为1:0.1～0.5:1～5。

优选的方案是无机填料、环氧油酸甲酯和乙酸乙酯的质量比为1:0.15:2、1:0.3:2和1:0.3:3。

优选的，步骤S1中所述用于纺制合成纤维的高分子聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛和聚氨酯中的一种或几种。

更优选的，所述聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲基酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯(PCT)和聚-2,6-萘二酸乙二酯(PEN)中的一种或几种。

优选的，步骤S1中所述环氧油酸甲酯改性无机填料和用于纺制合成纤维的高分子聚合物的质量比为0.01～0.1:1。

优选的，步骤S2中所述的改性合成纤维母粒和用于纺制合成纤维的高分子聚合物的质量比为5:1～1:5。

一种上述任一实施方案中所述的改性合成纤维的制备方法制备出的改性合成纤维。

(三)有益效果

和现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)同一种改性后的无机填料可以使用在不同极性的合成纤维中，可以减少无机填料的改性种类，提高使用效率，降低生产成本，而且由于使用一种改性后的无机填料，不但可以提高生产效率，而且有利于得到批次稳定性更好的产品；(2)改性后的无机填料在合成纤维中的分散性好，改性后无机填料表面化学修饰了低极性的有机基团和高极性的有机基团，在不同极性的合成纤维中，不同极性的有机基团可以有针对性的和合成纤维之间提高相容性；(3)可以得到具有不同功能的合成纤维；(4)可以将不同极性的聚合物材料进行熔融共挤出纺丝制备复合纤维。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，通过实施例对本发明进行进一步详细阐述，但并不限制本发明。

如无特别指明，以下的实施方案中的份数都是重量份数。

制备改性无机填料

在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入100份KH-550修饰的纳米太极石、15份环氧油酸甲酯和200份乙酸乙酯，搅拌下反应体系升温至微回流，继续反应2小时，趁热过滤，滤出的固体用无水乙醇清洗三次，在60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性纳米太极石。FT-IR分析显示，产物在830cm^-1附近没有出现环氧基团的特征吸收峰，在1743cm^-1有一个尖锐的强吸收峰，为酯基的特征吸收峰，在1171cm^-1、1194cm^-1和1252cm^-1出现属于甲酯的特征吸收峰，在1110-1100cm^-1存在一个多重分裂的宽吸收峰，为Si-O-Si特征吸收峰，在3430cm^-1的弱宽吸收峰为环氧基团开环后的羟基的吸收峰。

在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入100份KH-792修饰的纳米电气石、30份环氧油酸甲酯和300份乙酸乙酯，搅拌下反应体系升温至微回流，继续反应0.3小时，趁热过滤，滤出的固体用无水乙醇清洗三次，在60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性纳米电气石。

在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入100份KH-792修饰的氧化石墨烯、15份环氧油酸甲酯和500份乙酸乙酯，超声分散30分钟后，搅拌下升温至微回流，继续反应2小时，趁热过滤，滤出的固体用无水乙醇清洗三次，在60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性氧化石墨烯。

在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入100份KH-550修饰的纳米氧化铝、30份环氧油酸甲酯和300份乙酸乙酯，搅拌下反应体系升温至微回流，继续反应0.3小时，趁热过滤，滤出的固体用无水乙醇清洗三次，在60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性纳米氧化铝。

实施例1

将8份改性纳米太极石和100份聚丙烯切片进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性聚丙烯母粒；

将100份改性聚丙烯母粒和100份聚丙烯切片进行熔融挤出纺丝，得到纳米太极石改性丙纶纤维。

SEM结果显示，纳米太极石在丙纶纤维中分散性较好，分散比较均匀，无明显可见的团聚。

实施例2

将6份改性纳米太极石和100份PET切片进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性PET母粒；

将100份改性PET母粒和60份PET切片进行熔融挤出纺丝，得到纳米太极石改性PET纤维。

SEM结果显示，纳米太极石在PET纤维中分散性较好，分散比较均匀，无明显可见的团聚。

实施例3

将2份改性氧化石墨烯和100份聚丙烯切片进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性聚丙烯母粒；

将100份改性聚丙烯母粒和130份聚丙烯切片进行熔融挤出纺丝，得到氧化石墨烯改性丙纶纤维。

SEM结果显示，氧化石墨烯在丙纶纤维中分散性较好，分散比较均匀，无明显可见的团聚。

实施例4

将2份改性氧化石墨烯和100份PET切片进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性PET母粒；

将100份改性PET母粒和200份PET切片进行熔融挤出纺丝，得到氧化石墨烯改性PET纤维。

SEM结果显示，氧化石墨烯在PET纤维中分散性较好，分散比较均匀，无明显可见的团聚。

实施例5

将7份改性纳米电气石和100份聚乙烯切片进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性聚乙烯母粒；

将100份改性聚乙烯母粒和80份聚乙烯切片进行熔融挤出纺丝，得到纳米电气石改性聚乙烯纤维。

实施例6

将9份改性纳米电气石和100份尼龙进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性尼龙母粒；

将100份改性尼龙母粒和200份尼龙进行熔融挤出纺丝，得到纳米电气石改性尼龙纤维。

实施例7

将3份改性纳米氧化铝和100份聚乙烯切片进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性聚乙烯母粒；

将100份改性聚乙烯母粒和30份聚乙烯切片进行熔融挤出纺丝，得到纳米氧化铝改性聚乙烯纤维。

实施例8

将10份改性纳米氧化铝和100份PTT进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性PTT母粒；

将100份改性PTT母粒和300份PTT进行熔融挤出纺丝，得到纳米氧化铝改性PTT纤维。

实施例9

将60份实施例3中的改性聚丙烯母粒、100份实施例4中的改性PET母粒和100份PET切片进行熔融共挤出纺丝，得到氧化石墨烯改性的PP/PET复合纤维。

SEM结果显示，氧化石墨烯在PP/PET复合纤维中分散性较好，分散比较均匀，无明显可见的团聚。

实施例10

将50份实施例1中的改性聚丙烯母粒、80份实施例2中的改性PET母粒和100份PET切片进行熔融共挤出纺丝，得到纳米太极石改性的PP/PET复合纤维。

SEM结果显示，纳米太极石在PP/PET复合纤维中分散性较好，分散比较均匀，无明显可见的团聚。

应当说明的是，以上公开实施例仅体现说明本发明的技术方案，而非用来限定本发明的保护范围，尽管参照较佳实施例对本发明做详细地说明，任何熟悉本技术领域者应当理解，在不脱离本发明的技术方案范围内进行修改或各种变化、等同替换，都应当属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性合成纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1：将环氧油酸甲酯改性无机填料和用于纺制合成纤维的高分子聚合物进行高速混炼，再经过双螺杆熔融混合挤出，得到改性合成纤维母粒；

S2：将步骤S1中的改性合成纤维母粒和步骤S1中的用于纺制合成纤维的高分子聚合物进行熔融挤出纺丝，得到改性合成纤维。

2.根据权利要求1所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述无机填料选自石墨烯、氧化石墨烯、太极石、电气石、氧化铝、二氧化硅、滑石粉、硅灰石、硫酸钡、碳酸钙、云母、玻璃纤维中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：所述无机填料的粒径不超过100μm，表面化学修饰氨基基团。

4.根据权利要求1-3任一项所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述环氧油酸甲酯改性无机填料的制备方法为，将无机填料、环氧油酸甲酯和乙酸乙酯组成的反应体系加入到容器中，搅拌下反应体系升温至微回流，继续反应0.2～2小时，趁热过滤，滤出的固体用无水乙醇清洗三次，在50～80℃的真空干燥箱中干燥至恒重。

5.根据权利要求4所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：所述无机填料、环氧油酸甲酯和乙酸乙酯的质量比为1:0.1～0.5:1～5。

6.根据权利要求1所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述用于纺制合成纤维的高分子聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛和聚氨酯中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：所述聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲基酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯和聚-2,6-萘二酸乙二酯中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述环氧油酸甲酯改性无机填料和用于纺制合成纤维的高分子聚合物的质量比为0.01～0.1:1。

9.根据权利要求1所述的改性合成纤维的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述的改性合成纤维母粒和用于纺制合成纤维的高分子聚合物的质量比为5:1～1:5。

10.一种权利要求1-9任一项所述的改性合成纤维的制备方法制备出的改性合成纤维。