CN111893748A - 一种抗起球型弹力纤维材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗起球型弹力纤维材料的制备方法，属于纺织面料技术领域。在本发明技术方案中，本发明技术方案采用了纳米凝胶材料与蚕丝蛋白透析物进行配合，有效改善纤维与整理剂的结合牢度，降低聚酯纤维在使用过程中存在的定向摩擦效用，使其在使用过程中，进一步改善聚酯纤维定向摩擦效应，通过丝素蛋白为整理剂材料，进一步成膜改善材料的抗起球性能，同时低温溶胶包覆，先改善材料的结构抗起球性能，同时使聚酯纤维迅速降温，使制备的聚酯纤维稳定性好，弹性好，力学性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗起球型弹力纤维材料的制备方法，属于纺织面料技术领域。
背景技术
弹性聚酯纤维家族包括有弹力丝，PBT纤维，PTT纤维，聚醚酷纤维，复合聚酯纤维(PET/PTT,PET/PBT、改性PET/常规PET等)。虽均为聚酯一族，但其弹性机理是互不相同的。通常将预取向丝或全拉伸丝等原丝，通过加捻变形或加捻一定型一解捻过程，加工制成类似小弹簧形卷曲的丝条。这种丝的弹性并不强，高温下加工时张力宜小，时间不能长，因为随着弹簧形态变松或消失，纺织品的弹性也就大大变小。PBT聚合物晶区内的大分子链是平面的锯齿形，没有完全展开，在每个PBT大分子重复单元里，有4个亚甲基柔性基团，当受到应力作用发生应变的过程中，PBT聚合物的晶格结构将发生a晶型向p晶型的可逆性转换。这种可逆的结构变化赋予PBT纤维优良的弹性性能。此外，PBT还可用到别的领域，如与无机氧化物复合得到纳米涂层材料等，与PET和PBT化学结构中的偶数个亚甲基单元相比，PTT在对苯二甲酸单元之间存在着3个亚甲基，这种化学结构中奇数个亚甲基单元会在大分子链间产生“奇碳效应”，但是现有的聚酯纤维聚酯纤维织物在使用过程中因摩擦使纤维纱线的尾端露出布面，形成的毛羽互相纠缠成毛球，而且毛球不会脱落，影响服装的外观，并易沾存灰尘，降低了织物的使用价值，所以生产一种具有优异抗起球性能的聚酯纤维弹性材料很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一一种抗起球型弹力纤维材料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗起球型弹力纤维材料，由改性聚酯纺丝拉伸后，再经整理剂低温整理后制备而成，所述改性聚酯是以精对苯二甲酸和乙二醇为原料，添加去离子水、碳纳米管、钛酸四丁酯和催化剂经真空缩聚制备而成，所述整理剂为乙醇、氯化钙和脱胶蚕丝经溶解后透析处理，添加纳米二氧化钛溶胶和亚硫酸钠后，分散研磨制备而成。
改性聚酯制备步骤为：S1：分别取去离子水、碳纳米管、钛酸四丁酯，搅拌混合并置于三口烧瓶中，程序升温加热并保温反应，得改性浆液；S2：再分别取催化剂、乙二醇、改性浆液、精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，再在氮气气氛下，抽真空后再通氮气加压，保温反应后抽真空处理，保温缩聚，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒。
一种抗起球型弹力纤维材料的制备方法具体制备步骤为：(1)分别取乙醇溶液、氯化钙和脱胶蚕丝置于三角烧瓶中，搅拌混合并收集得混合溶解液，将混合溶解液置于透析袋中，透析处理收集得透析改性液，将钛酸四丁酯添加至醋酸溶液中，搅拌混合得纳米溶胶液，再分别取纳米溶胶液、透析改性液和亚硫酸钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液过筛网处理并收集混合浆液，静置陈化，得溶胶改性液；(2)分别取去离子水、碳纳米管、钛酸四丁酯，搅拌混合并置于三口烧瓶中，程序升温加热并保温反应，得改性浆液，再分别取催化剂、乙二醇、改性浆液、精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，再在氮气气氛下，抽真空后再通氮气加压，保温反应后抽真空处理，保温缩聚，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；通过低温长时间干燥，使得切片含水率更低，利于纺丝过程温度控制；(3)将改性聚酯颗粒低温干燥，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，调节纺丝温度并牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，将纺丝纤维经溶胶改性液低温整理后，再干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
所述催化剂为乙二醇钛。
所述低温整理温度为0～5℃；使聚酯纤维迅速降温，使熔融熔体会快速冷却，内在微观结晶结构将发生改变，单根纤维的强度会有所增加，所得到的纤维网强度也会有所增加，其它的品质也会有相应的改善，使制备的聚酯纤维稳定性好，弹性好，力学性能优异。
所述真空处理，保温缩聚为在220～250℃下保温反应25～30min，抽真空至40～50Pa，保温缩聚2～3h。
所述牵引拉伸处理的牵引倍率为3.2～3.5；优化拉伸倍率和改善拉伸速率，改善牵引过程中，大分子在拉伸张力作用下取向时间缩短，来不及充分取向，致使丝条强度下降，伸长增长的现象，再通过高速风冷降温处理纺丝纤维，使聚酯纤维迅速降温，减少传统网帘上高温无张力状态下发生的溶体内部大分子解伸直、解取向和解结晶运动，使制备的聚酯纤维稳定性好，弹性好，力学性能优异。
所述纺丝温度为280～285℃；优化纺丝温度，使其纺丝纤维结构优异。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明技术方案采用了纳米凝胶材料与蚕丝蛋白透析物进行配合，由于蚕丝蛋白在纤维表面良好的成膜性，修复了被破坏了鳞片层的聚酯纤维表面，使纤维表面更加得光滑，顺、逆向摩擦系数明显减小，大大的降低了纤维表面的定向摩擦效应，改善衣物纤维材料的起球性能，同时纳米凝胶材料的作用是通过无机产物自发晶化，在较低温度即可形成结晶态的TiO2，所以本发明通过纳米二氧化钛凝胶为基体凝胶材料，与纤维材料表面所含有的C＝O、-O-C＝O、-COH、-COOH、CH2-OH基团结合，基团与二氧化钛整理液在活性基团产生化学反应，从而有效改善纤维与整理剂的结合牢度，有效改善整理剂材料与纤维之间的结合强度，再通过蚕丝蛋白修复聚酯纤维纤维材料，降低聚酯纤维在使用过程中存在的定向摩擦效用，使其在使用过程中，进一步改善聚酯纤维定向摩擦效应，通过丝素蛋白为整理剂材料，进一步成膜改善材料的抗起球性能；
(2)在本发明技术方案中，通过添加碳纳米管材料使聚氨酯材料在制备过程中，由于碳纳米管具有较大的刚性，引入到聚酯分子链中可以提高分子链的刚性，降低基体的自由体积，从而减小分子链间的空隙，起到阻隔小分子渗透、提升聚酯材料结构强度和力学性能，再经缩聚制备的熔融高黏黏度聚酯颗粒作为聚酯弹力丝产品，生产成本低，可改善聚酯面料弹性和手感，产品耐氯漂，化学稳定性优异；
(3)通过低温溶胶包覆，先改善材料的结构抗起球性能，同时使聚酯纤维迅速降温，使熔融熔体会快速冷却，内在微观结晶结构将发生改变，单根纤维的强度会有所增加，所得到的纤维网强度也会有所增加，其它的品质也会有相应的改善，使制备的聚酯纤维稳定性好，弹性好，力学性能优异。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
按重量份数计，分别称量25～30份质量份数15％乙醇溶液、3～5份氯化钙和3～5份脱胶蚕丝置于三角烧瓶中，搅拌混合并收集得混合溶解液，将混合溶解液置于透析袋中，分别依次置于3500、7000和14000分子量的透析袋透析处理，收集得透析改性液；按质量比1:20，将钛酸四丁酯添加至质量份数50％醋酸溶液中，搅拌混合得纳米溶胶液，按重量份数计，分别称量45～50份纳米溶胶液、25～30份透析改性液和6～8份质量分数5％亚硫酸钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液通过0.25～0.28μm的筛网中，过滤并收集混合浆液，静置陈化6～8h，得溶胶改性液；按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、6～8份碳纳米管、10～15份钛酸四丁酯，搅拌混合并置于三口烧瓶中，按5℃/min升温加热至150～160℃，保温反应3～5h，得改性浆液；按重量份数计，分别称量1～2份催化剂、10～20份乙二醇、6～8份改性浆液、35～40份精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入速率为45～50mL/min，再在氮气气氛下，抽真空至450～500Pa，随后再按45～50mL/min，通氮气至反应釜中，通氮气加压至2～3kPa后，再在220～250℃下保温反应25～30min，抽真空至40～50Pa，保温缩聚2～3h，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；将改性聚酯颗粒置于100～110℃保温干燥6～8h后，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，控制纺丝装置纺丝温度为280～285℃，在牵引拉伸倍率为3.2～3.5下牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，将纺丝纤维按10m/s速率经0～5℃下溶胶改性液中冷却处理3～5s后，再在100～110℃下干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
实施例1
按重量份数计，分别称量25份质量份数15％乙醇溶液、3份氯化钙和3份脱胶蚕丝置于三角烧瓶中，搅拌混合并收集得混合溶解液，将混合溶解液置于透析袋中，分别依次置于3500、7000和14000分子量的透析袋透析处理，收集得透析改性液；按质量比1:20，将钛酸四丁酯添加至质量份数50％醋酸溶液中，搅拌混合得纳米溶胶液，按重量份数计，分别称量45份纳米溶胶液、25份透析改性液和6份质量分数5％亚硫酸钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液通过0.25μm的筛网中，过滤并收集混合浆液，静置陈化6h，得溶胶改性液；按重量份数计，分别称量45份去离子水、6份碳纳米管、10份钛酸四丁酯，搅拌混合并置于三口烧瓶中，按5℃/min升温加热至150℃，保温反应3h，得改性浆液；按重量份数计，分别称量1份催化剂、10份乙二醇、6份改性浆液、35份精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入速率为45mL/min，再在氮气气氛下，抽真空至450Pa，随后再按45mL/min，通氮气至反应釜中，通氮气加压至2kPa后，再在220℃下保温反应25min，抽真空至40Pa，保温缩聚2～3h，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；将改性聚酯颗粒置于100℃保温干燥6h后，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，控制纺丝装置纺丝温度为280℃，在牵引拉伸倍率为3.2下牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，将纺丝纤维按10m/s速率经0℃下溶胶改性液中冷却处理3s后，再在100℃下干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
实施例2
按重量份数计，分别称量27份质量份数15％乙醇溶液、4份氯化钙和4份脱胶蚕丝置于三角烧瓶中，搅拌混合并收集得混合溶解液，将混合溶解液置于透析袋中，分别依次置于3500、7000和14000分子量的透析袋透析处理，收集得透析改性液；按质量比1:20，将钛酸四丁酯添加至质量份数50％醋酸溶液中，搅拌混合得纳米溶胶液，按重量份数计，分别称量47份纳米溶胶液、27份透析改性液和7份质量分数5％亚硫酸钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液通过0.27μm的筛网中，过滤并收集混合浆液，静置陈化7h，得溶胶改性液；按重量份数计，分别称量47份去离子水、7份碳纳米管、12份钛酸四丁酯，搅拌混合并置于三口烧瓶中，按5℃/min升温加热至155℃，保温反应4h，得改性浆液；按重量份数计，分别称量1份催化剂、15份乙二醇、7份改性浆液、37份精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入速率为47mL/min，再在氮气气氛下，抽真空至475Pa，随后再按47mL/min，通氮气至反应釜中，通氮气加压至2kPa后，再在235℃下保温反应27min，抽真空至42Pa，保温缩聚2h，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；将改性聚酯颗粒置于105℃保温干燥7h后，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，控制纺丝装置纺丝温度为282℃，在牵引拉伸倍率为3.4下牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，将纺丝纤维按10m/s速率经3℃下溶胶改性液中冷却处理4s后，再在105℃下干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
实施例3
按重量份数计，分别称量30份质量份数15％乙醇溶液、5份氯化钙和5份脱胶蚕丝置于三角烧瓶中，搅拌混合并收集得混合溶解液，将混合溶解液置于透析袋中，分别依次置于3500、7000和14000分子量的透析袋透析处理，收集得透析改性液；按质量比1:20，将钛酸四丁酯添加至质量份数50％醋酸溶液中，搅拌混合得纳米溶胶液，按重量份数计，分别称量50份纳米溶胶液、30份透析改性液和8份质量分数5％亚硫酸钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液通过0.28μm的筛网中，过滤并收集混合浆液，静置陈化8h，得溶胶改性液；按重量份数计，分别称量50份去离子水、8份碳纳米管、15份钛酸四丁酯，搅拌混合并置于三口烧瓶中，按5℃/min升温加热至160℃，保温反应5h，得改性浆液；按重量份数计，分别称量2份催化剂、20份乙二醇、8份改性浆液、40份精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入速率为50mL/min，再在氮气气氛下，抽真空至500Pa，随后再按50mL/min，通氮气至反应釜中，通氮气加压至3kPa后，再在250℃下保温反应30min，抽真空至50Pa，保温缩聚3h，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；将改性聚酯颗粒置于110℃保温干燥8h后，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，控制纺丝装置纺丝温度为285℃，在牵引拉伸倍率为3.5下牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，将纺丝纤维按10m/s速率经5℃下溶胶改性液中冷却处理5s后，再在110℃下干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
实施例4
按重量份数计，分别称量27份质量份数15％乙醇溶液、4份氯化钙和4份脱胶蚕丝置于三角烧瓶中，搅拌混合并收集得混合溶解液，将混合溶解液置于透析袋中，分别依次置于3500、7000和14000分子量的透析袋透析处理，收集得透析改性液；按质量比1:20，将钛酸四丁酯添加至质量份数50％醋酸溶液中，搅拌混合得纳米溶胶液，按重量份数计，分别称量47份纳米溶胶液、27份透析改性液和7份质量分数5％亚硫酸钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液通过0.27μm的筛网中，过滤并收集混合浆液，静置陈化7h，得溶胶改性液；按重量份数计，分别称量1份催化剂、12份乙二醇、37份精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入速率为47mL/min，再在氮气气氛下，抽真空至475Pa，随后再按47mL/min，通氮气至反应釜中，通氮气加压至2kPa后，再在235℃下保温反应27min，抽真空至45Pa，保温缩聚2h，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；将改性聚酯颗粒置于105℃保温干燥7h后，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，控制纺丝装置纺丝温度为282℃，在牵引拉伸倍率为3.4下牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，将纺丝纤维按10m/s速率经3℃下溶胶改性液中冷却处理4s后，再在100～110℃下干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
实施例5
按重量份数计，分别称量1份催化剂、12份乙二醇、37份精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入速率为47mL/min，再在氮气气氛下，抽真空至475Pa，随后再按47mL/min，通氮气至反应釜中，通氮气加压至2kPa后，再在235℃下保温反应27min，抽真空至45Pa，保温缩聚2h，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；将改性聚酯颗粒置于105℃保温干燥7h后，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，控制纺丝装置纺丝温度为282℃，在牵引拉伸倍率为3.4下牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，再在100～110℃下干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5进行性能测试，所述的实施例4为不添加碳纳米管制备的复合聚酯纤维，实施例5是不采用低温整理技术方案制备的聚酯纤维，具体测试其力学强度：
力学性能测试：YG061电子纱线强伸度仪。参数的设定参照GB/T14344—2003《合成纤维长丝拉伸性能试验方法》标准。试验在恒温恒湿条件下进行，温度为(20.0±2.0)℃，相对湿度为(65±2)％。
具体测试结果如表1所示。
表1性能对照表
(1)将本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5进行对比，实施例5的断裂强度和断裂生产率远远小于实施例1、实施例2和实施例3，说明本发明技术方案中通过低温溶胶包覆，先改善材料的结构抗起球性能，同时使聚酯纤维迅速降温，使熔融熔体会快速冷却，内在微观结晶结构将发生改变，单根纤维的强度会有所增加，所得到的纤维网强度也会有所增加，其它的品质也会有相应的改善，使制备的聚酯纤维稳定性好，弹性好，力学性能优异。
(2)将本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5进行对比，实施例4中的断裂伸长率和断裂强度明显下降，这是由于通过添加碳纳米管材料使聚氨酯材料在制备过程中，由于碳纳米管具有较大的刚性，引入到聚酯分子链中可以提高分子链的刚性，降低基体的自由体积，从而减小分子链间的空隙，起到阻隔小分子渗透、提升聚酯材料结构强度和力学性能，再经缩聚制备的熔融高黏黏度聚酯颗粒作为聚酯弹力丝产品，生产成本低，可改善聚酯面料弹性和手感，产品耐氯漂，化学稳定性优异。
(3)通过观察实施例5和其他实施例的定向摩擦系数，实施例5的摩擦系数明显升高，说明采用了纳米凝胶材料与蚕丝蛋白透析物进行配合，从而降低聚酯纤维在使用过程中存在的定向摩擦效用，使其在使用过程中，进一步改善聚酯纤维定向摩擦效应，通过丝素蛋白为整理剂材料，进一步成膜改善材料的抗起球性能的技术方案是成立的。
Claims (1)
1.一种抗起球型弹力纤维材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量27份质量份数15％乙醇溶液、4份氯化钙和4份脱胶蚕丝置于三角烧瓶中，搅拌混合并收集得混合溶解液，将混合溶解液置于透析袋中，分别依次置于3500、7000和14000分子量的透析袋透析处理，收集得透析改性液；按质量比1:20，将钛酸四丁酯添加至质量份数50％醋酸溶液中，搅拌混合得纳米溶胶液，按重量份数计，分别称量47份纳米溶胶液、27份透析改性液和7份质量分数5％亚硫酸钠溶液置于研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液通过0.27μm的筛网中，过滤并收集混合浆液，静置陈化7h，得溶胶改性液；
（2）按重量份数计，分别称量47份去离子水、7份碳纳米管、12份钛酸四丁酯，搅拌混合并置于三口烧瓶中，按5℃/min升温加热至155℃，保温反应4h，得改性浆液；按重量份数计，分别称量1份催化剂、15份乙二醇、7份改性浆液、37份精对苯二甲酸置于反应釜中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入速率为47mL/min，再在氮气气氛下，抽真空至475Pa，随后再按47mL/min，通氮气至反应釜中，通氮气加压至2kPa后，再在235℃下保温反应27min，抽真空至42Pa，保温缩聚2h，静置冷却至室温，得改性聚酯颗粒；
（3）将改性聚酯颗粒置于105℃保温干燥7h后，收集得干燥改性聚酯颗粒，将干燥改性聚酯颗粒切片并置于置于纺丝装置中，控制纺丝装置纺丝温度为282℃，在牵引拉伸倍率为3.4下牵引拉伸处理并收集纺丝纤维，将纺丝纤维按10m/s速率经3℃下溶胶改性液中冷却处理4s后，再在105℃下干燥至恒重，静置冷却至室温，即可制备得所述的抗起球型弹力纤维材料。
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