CN111101290B - 改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法 - Google Patents

改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111101290B
CN111101290B CN201911246495.5A CN201911246495A CN111101290B CN 111101290 B CN111101290 B CN 111101290B CN 201911246495 A CN201911246495 A CN 201911246495A CN 111101290 B CN111101290 B CN 111101290B
Authority
CN
China
Prior art keywords
modified
graphene oxide
polyamide fiber
ionic liquid
woven fabric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911246495.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111101290A (zh
Inventor
刘开宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei Tuoying New Material Co ltd
Original Assignee
Hubei Tuoying New Material Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei Tuoying New Material Co ltd filed Critical Hubei Tuoying New Material Co ltd
Priority to CN201911246495.5A priority Critical patent/CN111101290B/zh
Publication of CN111101290A publication Critical patent/CN111101290A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111101290B publication Critical patent/CN111101290B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4326—Condensation or reaction polymers
    • D04H1/4334—Polyamides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/04—Melting filament-forming substances
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/098—Melt spinning methods with simultaneous stretching
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/253—Formation of filaments, threads, or the like with a non-circular cross section; Spinnerette packs therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/09—Addition of substances to the spinning solution or to the melt for making electroconductive or anti-static filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • D01F1/103—Agents inhibiting growth of microorganisms
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/88—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/90—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polyamides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/005—Synthetic yarns or filaments
    • D04H3/009—Condensation or reaction polymers

Abstract

本发明提供了一种改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法。首先，将氧化石墨烯粉末分散于溶剂N,N‑二甲基乙酰胺中，再加入离子液体1‑乙烯基‑3‑丁基咪唑氯盐进行超声分散和烘干干燥处理，得到改性氧化石墨烯纳米颗粒；然后将聚酰胺聚合物与所述离子液体1‑乙烯基‑3‑丁基咪唑氯盐共混熔融，得到聚酰胺/1‑乙烯基‑3‑丁基咪唑氯盐共混物；接着，将所述改性氧化石墨烯纳米颗粒和所述共混物按预定比例共混得到熔融纺丝物料，加入双螺杆挤出机中进行熔融，经空气冷却拉伸后得到改性聚酰胺纤维无纺布。本发明制备的改性聚酰胺纤维无纺布具备优异的透气透湿性能、抗静电性能、抗菌性能和亲水性能。

Description

改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法
技术领域
本发明涉及无纺布制备技术领域，尤其涉及一种改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法。
背景技术
聚酰胺纤维是合成纤维中性能优异、用途广泛的品种之一，具有强度高、耐磨、质轻、弹性好等诸多优点。但是聚酰胺纤维无纺布是一种绝缘材料，在使用过程中无纺布表面容易产生电荷积累，造成安全隐患。而且聚酰胺纤维无纺布还存在透气吸湿性差、亲水性和抗菌性能差的缺陷，在一定程度上限制了聚酰胺纤维的应用范围。随着高性能纤维的快速发展，对聚酰胺纤维的各项性能提出了更高的要求，因此需要对聚酰胺纤维无纺布进行改性。
氧化石墨烯作为一种纳米材料，因其独特的结构和优异的性能受到广泛关注。将氧化石墨烯添加入高分子聚合物中，用以改善复合材料的功能性已成为当下研究的热点。但是固体状态的氧化石墨烯容易团聚，在高温熔融纺丝过程中，氧化石墨烯不易分散均匀，将极大地降低熔体的流动性，影响纤维的性能。因此，需要对氧化石墨烯进行改性再与高分子聚合物复合，用以实现其功能性。
申请号为CN201710523250.7的发明专利公开了一种通过高速纺丝生产石墨烯改性锦纶6纤维的方法。该方法包括石墨烯改性母粒的制备和由石墨烯改性母粒高速纺丝生产石墨烯改性锦纶6纤维。所述石墨烯改性母粒的制备包括氧化石墨烯悬浮液的制备及聚合工艺，再将石墨烯改性母粒与锦纶6切片进行熔融、混合，通过高速纺丝工艺生产石墨烯改性锦纶6纤维。但是该方法的不足之处在于并没有很大程度上提升改性纤维的功能性，并没有很大程度上改善氧化石墨烯的分散性能。
申请号为CN201710156851.9的发明专利公开了一种离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜及其制备与应用。复合膜由包括以下组分及重量份含量的原料制备而成：高分子聚合物膜材料100份，离子液体改性氧化石墨烯粉末0.1～2份；其中，离子液体改性氧化石墨烯粉末是由离子液体通过键合的方式连接至硅烷化氧化石墨烯层间及表面制备而成；制备时，首先制得氧化石墨烯，再将离子液体连接到氧化石墨烯的层间及表面，然后在有机溶剂中与高分子聚合物膜材料形成铸膜液，最终通过刮膜成型。但是该方法的不足之处在于氧化石墨烯的分散性能并没有得到很大的改善。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，包括如下步骤：
S1、预处理：
S11、将氧化石墨烯纳米颗粒分散于溶剂N,N-二甲基乙酰胺中于60～70℃条件下加热搅拌均匀后，加入预定质量比例的离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐，超声分散15～20min，得到改性石墨烯分散液，再进行烘干干燥处理，得到改性氧化石墨烯纳米颗粒；
S12、将聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐分别进行干燥去除水分处理后，按预定质量分数比例共混加入密炼机中，于220℃下熔融共混5min，得到聚酰胺/1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐共混物；
S2、共混：将步骤S11制备的所述改性氧化石墨烯纳米颗粒和步骤S12制备的所述共混物按预定比例进行均匀共混，得到熔融纺丝物料；
S3、熔融纺丝：将步骤S2制备的所述熔融纺丝物料加入双螺杆挤出机中进行熔融，所述双螺杆挤出机的进料段、塑化段和均化段的温度分别设置为190℃，220℃和230℃，然后将纺丝熔体从喷丝孔喷出，得到改性聚酰胺初生纤维，经空气冷却拉伸后得到改性聚酰胺纤维无纺布。
优选的，在步骤S12中，所述共混物还包括辐射接枝处理，步骤如下：将所述共混物置于聚乙烯塑料袋中，抽真空封口处理，于常温下用45～50kGy吸收剂量的γ射线照射15～20h。
优选的，在步骤S11所述改性氧化石墨烯分散液中，所述氧化石墨烯和所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为0.1～0.5％：2～4％。
优选的，在步骤S12所述共混物中，所述聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为90～99％：1～10％。
优选的，在步骤S2中，所述改性氧化石墨烯纳米颗粒与所述共混物的质量分数比例为0.5～1.5％：98.5～99.5％。
优选的，在步骤S3中，所述喷丝孔为异形结构的喷丝孔，孔径为5～50μm。
优选的，所述异形结构的喷丝孔为“十”字型或者“Y”字型结构的喷丝孔。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了由上述制备方法制备得到的改性聚酰胺纤维无纺布。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，采用离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐分别对氧化石墨烯和聚酰胺聚合物进行改性处理，其机理在于：离子液体是一种具有独特离子结构的有机盐，具备很多功能性，能够与纳米材料形成强相互作用，因此能够用离子液体对氧化石墨烯进行修饰，进而可与氧化石墨烯协同改性聚酰胺聚合物基体。离子液体的存在赋予聚酰胺聚合物基体功能性的同时，还会对氧化石墨烯和聚酰胺聚合物的聚集态造成影响，因此，离子液体对氧化石墨烯和聚酰胺聚合物具备结构调控的作用。本发明将离子液体改性的氧化石墨烯与离子液体改性的聚酰胺聚合物进行熔融共混进行纺丝制备得到改性聚酰胺纤维无纺布。经过离子液体改性的氧化石墨烯和聚酰胺聚合物具备良好的界面结合能力，经熔融共混结合后的氧化石墨烯/离子液体/聚酰胺聚合物无纺布体系中，离子液体的功能性和氧化石墨烯纳米尺度的功能性相互协同，促使本发明制备的改性聚酰胺纤维无纺布具备优异的抗静电性能、亲水性能、抗菌性能和透气性能。这主要是由于：离子液体功能化的氧化石墨烯表面含有较多的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，能够实现与聚酰胺基体更好的界面结合，同时赋予聚酰胺基体氧化石墨烯特有的纳米尺度优异性能。
2、本发明提供的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，采用离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐对氧化石墨烯纳米颗粒进行改性处理，其机理在于：由于氧化石墨烯极大的比表面积和片层间π-π作用，使其在聚酰胺聚合物基体中难以均匀分散。本发明中，离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐在有机溶剂中以离子形式存在，氯阴离子与咪唑阳离子单独以离子形式存在于氧化石墨烯片层表面，氧化石墨烯的环氧基与离子液体中的阴离子发生开环反应，因此，在改性氧化石墨烯分散液中，离子液体与氧化石墨烯紧密结合，防止了氧化石墨烯团聚，离子液体也顺利接枝到氧化石墨烯上，使得制备的改性氧化石墨烯具备良好的分散性能，不易发生团聚。另一方面，在熔融共混过程中，离子液体能较好的插层进入改性氧化石墨烯层间并吸附在改性氧化石墨烯表面，增加改性氧化石墨烯层与层间距离，有效阻止改性氧化石墨烯的团聚。经过改性的氧化石墨烯片层粒径小，呈现出褶皱的状态；通过离子液体改性后的氧化石墨烯可以保持均匀的分散状态，与聚酰胺基体之间存在良好的界面相互作用，实现在聚酰胺基体中的均匀分散。
3、本发明提供的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，采用离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐对聚酰胺聚合物进行改性处理，其机理在于：离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐具备强极性的特点，容易与聚酰胺聚合物分子链上的极性酰胺基团发生相互作用。同时，聚酰胺/离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐共混体系中还存在离子液体离子间的相互作用。1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐上的咪唑阳离子与酰胺基团的C＝O形成氢键而离子液体的氯阴离子与酰胺基团的N-H相互作用。因此，共混体系中分子链间的相互作用力由聚酰胺聚合物分子链间的氢键、聚酰胺聚合物分子链上的极性酰胺基团与离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐间的氢键、离子液体离子间的相互作用三者共同决定。由此，离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐与聚酰胺聚合物基体之间具备良好的相容性，同时赋予聚酰胺聚合物基体优异的力学性能、抗静电性和亲水性能。另外，本发明还对共混物进行辐射接枝处理，通过化学接枝交联，进一步强化了离子液体对聚酰胺聚合物的改性及其功能性的固定。无纺布中离子液体是通过化学键固定在聚酰胺聚合物的分子链上的，有利于无纺布呈现出持久的功能性。
4、本发明提供的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，采用异形结构喷丝孔进行改性聚酰胺初生纤维的截面异形结构处理，经过冷空气拉伸后得到“十”或者“Y”字型的微纳米直径的改性聚酰胺纤维，该纤维结构赋予改性聚酰胺纤维大的比表面积，以及纤维和纤维之间较大的孔隙，因此所制备的改性聚酰胺纤维无纺布具备较大的孔隙结构和较高的孔隙率，使得该无纺布具备优异的透气性能。同时，由改性氧化石墨烯纳米片均匀负载在聚酰胺纤维表面，使得聚酰胺纤维拥有很强的水蒸气透过率，能在保持无纺布透气和透湿性的基础上提供物理和化学保护。
附图说明
图1为本发明提供的改性聚酰胺纤维无纺布制备方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
请参阅图1所示，一种改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，包括如下步骤：
S1、预处理：
S11、将氧化石墨烯纳米颗粒分散于溶剂N,N-二甲基乙酰胺中于60～70℃条件下加热搅拌均匀后，加入预定质量比例的离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐，超声分散15～20min，得到改性石墨烯分散液，再进行烘干干燥处理，得到改性氧化石墨烯纳米颗粒；
S12、将聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐分别进行干燥去除水分处理后，按预定质量分数比例共混加入密炼机中，于220℃下熔融共混5min，得到聚酰胺/1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐共混物；
S2、共混：将步骤S11制备的所述改性氧化石墨烯纳米颗粒和步骤S12制备的所述共混物按预定比例进行均匀共混，得到熔融纺丝物料；
S3、熔融纺丝：将步骤S2制备的所述熔融纺丝物料加入双螺杆挤出机中进行熔融，所述双螺杆挤出机的进料段、塑化段和均化段的温度分别设置为190℃，220℃和230℃，然后将纺丝熔体从喷丝孔喷出，得到改性聚酰胺初生纤维，经空气冷却拉伸后得到改性聚酰胺纤维无纺布。
进一步地，在步骤S12中，所述共混物还包括辐射接枝处理，步骤如下：将所述共混物置于聚乙烯塑料袋中，抽真空封口处理，于常温下用45～50kGy吸收剂量的γ射线照射15～20h。
进一步地，在步骤S11所述改性氧化石墨烯分散液中，所述氧化石墨烯和所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为0.1～0.5％：2～4％。
进一步地，在步骤S12所述共混物中，所述聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为90～99％：1～10％。
进一步地，在步骤S2中，所述改性氧化石墨烯纳米颗粒与所述共混物的质量分数比例为0.5～1.5％：98.5～99.5％。
进一步地，在步骤S3中，所述喷丝孔为异形结构的喷丝孔，孔径为5～50μm。
进一步地，所述异形结构的喷丝孔为“十”字型或者“Y”字型结构的喷丝孔。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法：
S1、预处理：
S11、将氧化石墨烯纳米颗粒分散于溶剂N,N-二甲基乙酰胺中于60℃条件下加热搅拌均匀后，加入1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐，超声分散20min，得到改性石墨烯分散液，在80℃下真空干燥箱烘干干燥处理，得到改性氧化石墨烯；在改性石墨烯分散液中，所述氧化石墨烯和所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为0.3％：3％。
S12、将聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐分别置于120℃和80℃条件下，真空干燥箱干燥过夜以彻底去除水分。然后将两者共混，加入密炼机中，于220℃下熔融共混5min，得到聚酰胺/1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐共混物；在所述共混物中，所述聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为95％：5％。然后，将所述共混物置于聚乙烯塑料袋中，抽真空封口处理，于常温下用50kGy吸收剂量的γ射线照射18h。
S2、共混：将步骤S11制备的所述改性氧化石墨烯和步骤S12制备的所述共混物按1％：99％的质量分数比例进行均匀共混，得到熔融纺丝物料。
S3、熔融纺丝：将步骤S2制备的所述熔融纺丝物料加入双螺杆挤出机中进行熔融，所述双螺杆挤出机的进料段、塑化段和均化段的温度分别设置为190℃，220℃和230℃，然后将纺丝熔体从“十”字形结构的喷丝孔中喷出，得到异形结构的改性聚酰胺初生纤维，经空气冷却拉伸后得到改性聚酰胺纤维无纺布，厚度为100μm。
经过测试，本发明实施例1制备的改性聚酰胺纤维无纺布的表面电阻为8.9×109Ω/sq，远低于1012Ω/sq，具备优异的抗静电性能。经过金黄色葡萄球菌的抗菌测试，所述改性聚酰胺纤维无纺布对金黄色葡萄球菌的杀菌率达到96％以上，具备优异的抗菌性能。
本发明中，由改性氧化石墨烯纳米片均匀负载在聚酰胺纤维表面，使得聚酰胺纤维拥有很强的水蒸气透过率，能在保持无纺布透气和透湿性的基础上提供物理和化学保护。改性氧化石墨烯的分散状态和界面相互作用对无纺布的透气性产生较大的影响，均匀的分散性和优异的界面相互作用，结合异形结构的纤维截面设计，使得无纺布具备良好的透气性，所述改性聚酰胺纤维无纺布的透气率为145mm/s，对水的接触角为53.8°，聚酰胺基体从疏水转变为亲水，且亲水性能优异，改性处理后，聚酰胺纤维表面形成亲水层，保持聚酰胺纤维良好的传湿性，达到透气吸湿的目的。
对比例1
与实施例1的不同之处在于：使用纯聚酰胺纤维无纺布进行空白对照。其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例2
与实施例1的不同之处在于：步骤S12中，不进行辐射接枝处理。其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例3
与实施例1的不同之处在于：没有步骤S11，即不加入改性氧化石墨烯进行熔融共纺。其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例4
与实施例1的不同之处在于：没有步骤S12，即不对聚酰胺聚合物进行离子液体改性处理。其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表1为实施例1及对比例1-4中无纺布的性能参数数据
Figure BDA0002307244000000081
Figure BDA0002307244000000091
由表1可以看出，结合实施例1及对比例1的数据，表明本发明采用离子液体对氧化石墨烯和聚酰胺聚合物进行改性处理，对水的接触角从108°降低到53.8°，促使聚酰胺纤维无纺布实现从疏水性到亲水性的转变；同时表明电阻降低了三个数量级，具备优异的抗静电性能；由于离子液体和氧化石墨烯的加入，无纺布表现出优异的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌的杀菌率从原始的16％提升到96％。
结合实施例1及对比例2可以看出，本发明实施例中的辐射接枝处理对无纺布的性能产生一定的影响。这主要是由于：通过辐射接枝处理，无纺布中离子液体是通过化学键固定在聚酰胺聚合物的分子链上的，有利于无纺布呈现出持久的功能性，进一步强化了离子液体对聚酰胺聚合物的改性及其功能性的固定。
结合实施例1及对比例3可以看出，本发明实施例中制备的离子液体改性氧化石墨烯对无纺布的性能产生比较大的影响。这主要是由于：离子液体功能化的氧化石墨烯表面含有较多的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，能够实现与聚酰胺基体更好的界面结合，同时赋予聚酰胺纤维无纺布氧化石墨烯特有的纳米尺度的特有性能，以使无纺布表现出优异的抗静电和亲水性能。
结合实施例1及对比例4可以看出，本发明实施例中制备的离子液体改性聚酰胺聚合物基体，对无纺布的性能产生一定的影响。这主要是由于：离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐具备强极性的特点，容易与聚酰胺聚合物分子链上的极性酰胺基团发生相互作用，因此离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐与聚酰胺聚合物基体之间具备良好的相容性，赋予无纺布优异的抗静电性、亲水性能和抗菌性能。
结合对比例3和对比例4可以看出，改性氧化石墨烯对无纺布性能的影响大于离子液体对无纺布的影响。这主要是由于：氧化石墨烯纳米颗粒是纳米尺度的材料，其具备特有的纳米尺度的特性。另外，离子液体改性氧化石墨烯赋予了氧化石墨烯一定的离子液体的功能性。上述两者的性能相互协同相互促进，因此大于当一的离子液体的功能性。
实施例2-5
与实施例1的不同之处在于：步骤S11中，氧化石墨烯和离子液体的质量分数比例不同。其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表2为实施例1-5中氧化石墨烯和离子液体的质量分数比及无纺布的性能参数
实施例 氧化石墨烯：离子液体 表面电阻(Ω/sq) 接触角(°)
实施例1 0.3％：3％ 8.9×10<sup>9</sup> 53.8
实施例2 0.1％：3％ 3.4×10<sup>9</sup> 50.1
实施例3 0.5％：3％ 2.7×10<sup>10</sup> 58.1
实施例4 0.3％：2％ 1.5×10<sup>10</sup> 56.9
实施例5 0.3％：4％ 6.9×10<sup>9</sup> 52.3
由表2可以看出，氧化石墨烯含量的增大，无纺布的抗静电性能和亲水性能下降。这主要是由于离子液体对氧化石墨烯存在两种改性：
1)化学改性：离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐在有机溶剂中以离子形式存在，氯阴离子与咪唑阳离子单独以离子形式存在于氧化石墨烯片层表面，氧化石墨烯的环氧基与离子液体中的阴离子发生开环反应，因此，在改性氧化石墨烯分散液中，离子液体与氧化石墨烯紧密结合，防止了氧化石墨烯团聚，离子液体也顺利接枝到氧化石墨烯上。因此，氧化石墨烯含量增大会导致改性反应不彻底，一部分氧化石墨烯没有得到充分改性。
2)物理改性：在熔融共混过程中，离子液体能较好的插层进入改性氧化石墨烯层间并吸附在改性氧化石墨烯表面，增加改性氧化石墨烯层与层间距离，有效阻止改性氧化石墨烯的团聚，进一步地增大了改性氧化石墨烯的分散性能。
因此，氧化石墨烯含量增大，会导致氧化石墨烯与离子液体不能充分的进行改性，导致氧化石墨烯易发生团聚，致使无纺布的性能降低。鉴于改性氧化石墨烯的功能性和团聚特性，本发明中氧化石墨烯和离子液体的质量分数比优选为0.3％：3％。
实施例6-9
与实施例1的不同之处在于：步骤S12中，聚酰胺聚合物和离子液体的质量分数比例不同。其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表3为实施例1以及实施例6-9中聚酰胺聚合物和离子液体的质量分数比例及无纺布的性能参数
实施例 聚酰胺：离子液体 表面电阻(Ω/sq) 接触角(°)
实施例1 95％：5％ 8.9×10<sup>9</sup> 53.8
实施例6 99％：1％ 1.9×10<sup>10</sup> 60.2
实施例7 97％：3％ 1.0×10<sup>10</sup> 57.9
实施例8 93％：7％ 8.5×10<sup>9</sup> 53.2
实施例9 90％：10％ 8.2×10<sup>9</sup> 53.0
由表3可以看出，随着离子液体含量的增加，无纺布表面电阻显著降低，且表面电阻均低于1012Ω/sq，表明本发明实施例制备的改性聚酰胺纤维无纺布具有良好的疏散电荷的性能，为抗静电性能优异的无纺布材料。在一定范围内，随着离子液体含量的增加，无纺布对水的接触角降低，表明本发明实施例制备的改性聚酰胺纤维无纺布的亲水性也得到了进一步提高，但是随着离子液体含量的继续上升，接触角趋于稳定，而且还会对聚酰胺聚合物熔融纺丝中的结晶过程产生一定的影响。这主要是由于：聚酰胺聚合物和离子液体共混体系中分子链间的相互作用力由聚酰胺聚合物分子链间的氢键、聚酰胺聚合物分子链上的极性酰胺基团与离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐间的氢键、离子液体离子间的相互作用三者共同决定。由此，离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐与聚酰胺聚合物基体之间具备良好的相容性，同时赋予聚酰胺聚合物基体优异的力学性能、抗静电性和亲水性能。
本发明中，聚酰胺聚合物和离子液体的质量分数比例优选为95％：5％。
实施例10-11
与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，改性氧化石墨烯和共混物的质量分数比例不同。其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表4为实施例1及实施例10-11中改性氧化石墨烯和共混物的质量分数比及无纺布的性能参数
实施例 改性氧化石墨烯：共混物 表面电阻(Ω/sq) 接触角(°)
实施例1 1％：99％ 8.9×10<sup>9</sup> 53.8
实施例10 0.5％：99.5％ 9.4×10<sup>10</sup> 59.7
实施例11 1.5％：98.5％ 6.4×10<sup>8</sup> 50.1
由表4可以看出，改性氧化石墨烯含量的增加，无纺布的性能显著增大。本发明采用离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐对氧化石墨烯进行改性处理，这主要是由于：离子液体是一种具有独特离子结构的有机盐，具备很多功能性，能够与纳米材料形成强相互作用，因此能够用离子液体对氧化石墨烯进行修饰，进而可与改性的氧化石墨烯协同改性聚酰胺聚合物基体。离子液体功能化的氧化石墨烯表面含有较多的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，能够实现与聚酰胺基体更好的界面结合，同时赋予聚酰胺基体氧化石墨烯特有的纳米尺度优异性能。但是，改性氧化石墨烯的含量增大，会导致无纺布中氧化石墨烯出现一定的团聚现象。
本发明中，改性氧化石墨烯和共混物的质量分数比例优选为1％：99％。
实施例12
与实施例1的不同之处在于：步骤S3中，喷丝孔的异形结构为“Y”字形结构。
本发明实施例采用异形结构喷丝孔进行改性聚酰胺初生纤维的截面异形结构处理，经过冷空气拉伸后得到“Y”字型的微纳米直径的改性聚酰胺纤维，该纤维结构赋予改性聚酰胺纤维大的比表面积，以及纤维和纤维之间较大的孔隙，因此所制备的改性聚酰胺纤维无纺布具备较大的孔隙结构和较高的孔隙率，使得该无纺布具备优异的透气性能。
综上所述，本发明提供了一种改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法。首先，将氧化石墨烯粉末分散于溶剂N,N-二甲基乙酰胺中，再加入离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐进行超声分散和烘干干燥处理，得到改性氧化石墨烯；然后将聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐共混熔融，得到聚酰胺/1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐共混物；接着，将所述改性氧化石墨烯和所述共混物按预定比例共混得到熔融纺丝物料，加入双螺杆挤出机中进行熔融，经空气冷却拉伸后得到改性聚酰胺纤维无纺布。本发明制备的改性聚酰胺纤维无纺布具备优异的透气性能、抗静电性能、抗菌性能和亲水性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (8)

1.一种改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，包括如下步骤：
S1、预处理：
S11、将氧化石墨烯纳米颗粒分散于溶剂N,N-二甲基乙酰胺中于60～70℃条件下加热搅拌均匀后，加入预定质量比例的离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐，超声分散15～20min，得到改性石墨烯分散液，再进行烘干干燥处理，得到改性氧化石墨烯纳米颗粒；
S12、将聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐分别进行干燥去除水分处理后，按预定质量分数比例共混加入密炼机中，于220℃下熔融共混5min，得到聚酰胺/1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐共混物；
其特征在于：所述改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法还包括如下步骤：
S2、共混：将步骤S11制备的所述改性氧化石墨烯纳米颗粒和步骤S12制备的所述共混物按预定比例进行均匀共混，得到熔融纺丝物料；
S3、熔融纺丝：将步骤S2制备的所述熔融纺丝物料加入双螺杆挤出机中进行熔融，所述双螺杆挤出机的进料段、塑化段和均化段的温度分别设置为190℃，220℃和230℃，然后将纺丝熔体从喷丝孔喷出，得到改性聚酰胺初生纤维，经空气冷却拉伸后得到改性聚酰胺纤维无纺布。
2.根据权利要求1所述的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S12中，所述共混物还包括辐射接枝处理，步骤如下：将所述共混物置于聚乙烯塑料袋中，抽真空封口处理，于常温下用45～50kGy吸收剂量的γ射线照射15～20h。
3.根据权利要求1所述的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S11所述改性氧化石墨烯分散液中，所述氧化石墨烯和所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为0.1～0.5％：2～4％。
4.根据权利要求1所述的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S12所述共混物中，所述聚酰胺聚合物与所述离子液体1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐的质量分数比例为90～99％：1～10％。
5.根据权利要求1所述的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述改性氧化石墨烯纳米颗粒与所述共混物的质量分数比例为0.5～1.5％：98.5～99.5％。
6.根据权利要求1所述的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述喷丝孔为异形结构的喷丝孔。
7.根据权利要求6所述的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述异形结构的喷丝孔为“十”字型或者“Y”字型结构的喷丝孔。
8.一种权利要求1-7任一项权利要求所述的改性聚酰胺纤维无纺布的制备方法制备得到的改性聚酰胺纤维无纺布，其特征在于：所述聚酰胺纤维无纺布对水的接触角达到53.8°，表面电阻达到8.9×109Ω/sq，对金黄色葡萄球菌的杀菌率达到96％。
CN201911246495.5A 2019-12-06 2019-12-06 改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法 Active CN111101290B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911246495.5A CN111101290B (zh) 2019-12-06 2019-12-06 改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911246495.5A CN111101290B (zh) 2019-12-06 2019-12-06 改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111101290A CN111101290A (zh) 2020-05-05
CN111101290B true CN111101290B (zh) 2021-09-10

Family

ID=70422131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911246495.5A Active CN111101290B (zh) 2019-12-06 2019-12-06 改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111101290B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111621133B (zh) * 2020-06-30 2022-11-08 万华化学集团股份有限公司 一种高介电低损耗的聚碳酸酯组合物及其制备方法与用途
CN113292688B (zh) * 2021-04-08 2022-04-19 珠海中车装备工程有限公司 一种复合抗菌剂、抗菌塑料的制备方法
CN115262029B (zh) * 2022-07-20 2024-01-26 江苏江山红化纤有限责任公司 石墨烯聚酰胺长丝及其纺丝方法
CN115559011B (zh) * 2022-09-29 2024-01-26 武汉纺织大学 各向异性有机-无机杂化离子液体凝胶纤维及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108619921B (zh) * 2017-03-16 2021-06-04 同济大学 离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜及其制备与应用
CN107626218B (zh) * 2017-10-24 2019-12-13 陕西省石油化工研究设计院 一种氧化石墨烯/无纺布复合膜的制备方法
CN108797100A (zh) * 2018-07-09 2018-11-13 合肥洁诺医疗用品有限公司 一种医疗卫生用品用抗菌透湿无纺布

Also Published As

Publication number Publication date
CN111101290A (zh) 2020-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111101290B (zh) 改性聚酰胺纤维无纺布及其制备方法
Harito et al. Polymer nanocomposites having a high filler content: synthesis, structures, properties, and applications
KR0134195B1 (ko) 입자-충전된 미공성 물질
CN108166095B (zh) 一种亲水抗静电石墨烯改性聚酯切片及其制备方法
WO2021004458A1 (zh) 结构可控的离子交换型纳米纤维骨架三维分离材料及其制备方法
CN107353605B (zh) 一种多功能石墨烯/pet复合膜及其制备方法
DE102011078719A1 (de) Pulver enthaltend mit Polymer beschichtete Partikel
KR20140009139A (ko) 중합체-cnt 복합체의 제조 방법
CN111749017B (zh) 一种高强度抑菌熔喷空气过滤材料及其制备方法
CN113279140B (zh) 一种异形多孔亲水抗菌熔喷无纺布及其制备方法
Kim et al. Transition behaviors and hybrid nanofibers of poly (vinyl alcohol) and polyethylene glycol–POSS telechelic blends
CN116288768B (zh) 一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维及制备与应用
CN111420466A (zh) 石墨烯聚丙烯驻极体空气过滤抗菌纤维及其制备方法
JPH01245029A (ja) 強化熱可塑性プラスチックシートおよびその製造方法
WO2017092234A1 (zh) 介孔磷酸锆负载纳米银抗菌聚酯纤维及其制备方法
CN113293512A (zh) 一种抗菌亲肤无纺布及其制备方法
CN100410309C (zh) 聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的制备方法
Kizildag et al. Electrospinning functional polyacrylonitrile nanofibers with polyaniline, carbon nanotubes, and silver nitrate as additives
Chen et al. Enhanced Mechanical Properties of Poly (arylene sulfide sulfone) Membrane by Co-electrospinning with Poly (m-xylene adipamide)
KR102149298B1 (ko) 탄소나노튜브를 포함하는 폴리알킬렌계 수지 섬유의 제조 방법
Shao et al. Synthesis and characterization of the microcellular injection molded PA6/flax and the PA6/graphene nanocomposites
CN114957901A (zh) 一种改性聚四氟乙烯树脂及其制备方法
WO2022036987A1 (zh) 一种抗菌熔喷聚酰胺复合材料及其制备方法和应用
CN108707992B (zh) 一种再生纤维素/氧化石墨烯复合改性具有可热塑加工性能的纤维制备方法
CN107254149B (zh) 软质纳米微区增韧pet复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant