CN112553888A - 碳化锆改性布料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纺织品领域，具体涉及一种碳化锆改性布料及其制备方法与应用。所述碳化锆改性布料包含碳化锆、整理剂和织物，其中，以织物的重量为基准，所述碳化锆的含量为1‑30wt％；所述整理剂的含量为1‑25wt％。本发明所提供的碳化锆改性布料不易褪色、色牢度高，且布料具有优异的透气性，所述碳化锆改性布料能够显著提高布料对太阳光的吸收和转化为热能的能力，用于含盐废水处理时，能够显著提高蒸发系统对含盐废水的蒸发效率。

Description

碳化锆改性布料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及纺织品领域，具体涉及一种碳化锆改性布料及其制备方法与应用。
背景技术
现有关于布料的制备及染色工艺中，主要关注于提高布料应用于人体的方面的相关品质，对服饰的布料要求时尚、健康、舒适，而将布料用于浓盐水蒸发处理的研究较少，因此对于布料的使用寿命、抗紫外线能力、对太阳能的吸收能力以及大比表面积和透气性考虑较少。
在采油、炼化、煤化工等行业生产过程中不可避免地产生大量含盐废水，这些含盐废水来源广泛复杂，包括循环水系统排水、除盐水系统排水、锅炉排水、回用水处理系统浓水等形成的含盐废水，其中含盐量高，处理难度较大。目前国内应用的含盐废水处理方法主要包括反渗透、蒸发器蒸发、膜蒸发、自然蒸发等。
蒸发塘是采用自然蒸发技术处理低浓度盐水的一种有效方法，而现有技术中，处理处理蒸发塘水时采用的是白色涤纶，蒸发效率低，无法充分利用蒸发设备以及地理环境的特性。
CN103243588A公开了一种涤纶纺织品高温高压染色的方法，采用高比例醇类有机溶剂和少量水与分散染料混合而成的染液在高温高压条件下对涤纶纺织品进行染色，既能够较好的提高分散染料的分散性能，增加染料的利用率和对纤维的上染率，避免色花、色斑、条花等染疵，同时又能够降低染色难度，改善染色效果，提高染色质量。解决了传统涤纶纺织品高温高压染色工艺过程中染色困难和匀染性差且用水量大和污染严重的问题。采用的醇类有机溶剂安全无毒且易于回收循环利用，不仅大大降低了染色过程中水的用量，而且减少了废液的排出，安全节能，清洁环保。
CN108456973A公开了一种高透气布料的制备方法，包括珍珠纤维的制备、聚醋纤维的制备以及布料的制备。其制备方法操作简单，适于大规模工业化生产，且所制备的布料克服了现有布料容易起皱，且耐磨性差的问题，同时该布料的透气性能好、导湿作用强、水分子的蒸发速率快。
CN102286861A公开了一种布料低压染色装置及其染色方法，包括:密封的低压室、与所述低压室连通并对其抽真空的抽真空装置、内置于所述低压室的染料蒸发装置、以及带动所述布料在所述低压室内移动的卷绕装置。布料低压染色装置的染色方法为：对封闭箱体进行抽真空，形成低压；将染料填入所述染料蒸发装置中，染料受加热器加热蒸发，蒸发的染料在低压作用下通过染料进口进入所述封闭箱体；带动布料连续通过所述染料进口对应的位置。通过该装置和染色方法实现无水印染，适合于各种合成纤维、天然纤维、以及混合纤维布料；该方法也可用无机染料或有机染料进行对各类布料进行染色。
上述现有技术处理的布料的应用对象均为人体，研究的重点在于颜色美观，穿着舒适。所提供的布料均无法满足在恶劣气候条件下，浓盐水蒸发的需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中，含盐废水处理时存在的问题，提供一种碳化锆改性布料及其制备方法与应用，该碳化锆改性布料不易褪色、色牢度高，且布料具有优异的透气性，所提供的碳化锆改性布料能够显著提高布料对太阳光的吸收和转化为热能的能力，用于含盐废水处理时，能够显著提高蒸发系统对含盐废水的蒸发效率。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种碳化锆改性布料，其中，所述布料包含碳化锆、整理剂和织物，其中，以织物的重量为基准，所述碳化锆的含量为1-30wt％；所述整理剂的含量为1-25wt％。
本发明第二方面提供一种本发明所述碳化锆改性布料的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将整理剂溶解于溶剂中，得到整理剂溶液，并将碳化锆加入整理剂溶液中得到改性溶液；
(2)将织物浸渍在改性溶液中，经压辊机浸压后，进行干燥，得到碳化锆改性布料。
本发明第三方方面提供一种本发明所述的碳化锆改性布料在含盐废水处理中的应用。
通过上述技术方案，本发明获得以下有益的效果：
本发明所提供的碳化锆改性布料对太阳光的吸收和转化为热能的能力，并能够改善织物的透气率，将其用于含盐废水处理时，能够显著提高蒸发系统对含盐废水的蒸发效率。
更进一步地，本发明所提供的碳化锆改性布料中，所述织物是采用高温高压染色法而制得黑色涤纶织物，其色牢度在4级以上，满足工业上不易褪色的需求，能够克服极端气候条件，充分利用太阳能，进一步增加自然蒸发系统的蒸发效率，与未染色的涤纶织物相比，相同条件下可提高其吸收太阳能。
与此同时，本发明所提供碳化锆改性布料所使用的涤纶织物，采用特定织造工艺制得，所述涤纶织物的强度不低于2000N/5*20cm，并且具有高的比表面积以及蓄水能力，能够满足自然蒸发系统在极端的天气如大风、强紫外线等恶劣环境中的使用要求。
附图说明
图1为水温22℃、湿度20％、风速5m/s时，实施例以及对比例所提供布料或织物与液态水蒸发速率的关系图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种碳化锆改性布料，其中，所述织物包含碳化锆、整理剂和织物，其中，以织物的重量为基准，所述碳化锆的含量为1-30wt％；所述整理剂的含量为1-25wt％。
本发明中，发明人研究发现，采用碳化锆对织物进行改性后，能够显著改善织物对太阳光的吸收和转化为热能的能力，并改善织物的透气率。将本发明所提供的碳化锆改性布料用于含盐废水处理时，能够显著增大含盐废水的蒸发效率，并且当碳化锆和整理剂的用量满足上述限定时，所获得的碳化锆改性布料的综合性能更为优异。
进一步地，以织物的总量为基准，所述碳化锆的含量为1-15wt％；所述整理剂的含量为1-20wt％时，所获得的碳化锆改性布料的综合性能更为优异。
更进一步地，发明人研究发现，当整理剂的浓度为5wt％，碳化锆的浓度为5wt％时，对织物进行改性处理，获得的碳化锆改性布料的效果最为优异，将所述布料用于含盐废水处理时，对含盐废水的蒸发速率最为优异。
根据本发明，所述织物选自涤纶、锦纶、晴纶、维纶、丙纶和氯纶中的至少一种，优选为涤纶。
根据本发明，所述整理剂选自聚氨酯、淀粉、蛋白质、糊精、动物胶、虫胶、皮胶、松香、水玻璃、丁基橡胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、硅酮聚苯乙烯、聚丙烯酸酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，优选为聚氨酯。
优选地，聚氨酯的重均分子量为1000-50000，优选为1000-6000。
根据本发明，所述碳化锆的粒径为50nm-80μm，优选为50-300nm。
根据本发明，所述织物为黑色织物，更优选为黑色涤纶织物。
根据本发明，所述黑色织物采用以下方法制得：
采用包含黑色分散染料的染液对织物进行高温高压染色，洗涤、干燥即得黑色织物；
其中，所述染液的pH值为5-6；所述织物与所述染液的质量体积比为1： (1-25)g/L；染液的浓度为2-6％owf。
本发明中，采用高温高压染色法对织物进行染色，染色温度的提高，能够使得纤维分子的链段剧烈运动，产生的瞬时孔隙也增多、增大，此时染料分子的扩散也增快，增加了染料向纤维内部的扩散速率，使染色速率加快，直至染料被吸尽而完成染色，使布料染上深色。由此制得黑色织物的色牢度在4级以上，满足工业应用上不易褪色的需求，所述织物能够充分利用太阳能，显著提高蒸发效率。
本发明中，织物的色牢度采用美国型号为Atlas Ci3000+的耐日晒老化仪测得。
具体的，本发明所述高温高压染色的过程为：
从室温以第一升温速率升温至第一温度，在第一温度下进行保温处理；然后以第一降温速率降温至第二温度。
本发明中，发明人对高温高压染色过程的工艺参数进行了研究，研究发现，当以1-5℃/min的第一升温速率升温至第一温度110-150℃，在该温度下保温30-90min，保温处理后，以1-5℃/min的第二降温速率降温至第二温度 60-80℃后，快速自然冷却至常温，染色压力为2-4atm时，对涤纶织物的染色匀染性好、色泽浓艳，获得黑色涤纶织物的色牢度为4级以上，满足工业应用上不易褪色的需求，所述织物能够充分利用太阳能。
本发明所提供的黑色织物用于含盐废水处理时，能够显著增大含盐废水的蒸发效率。
更进一步地，所述第一升温速率为1-2℃/min，第一温度为120-130℃，保温处理的时间为45-60min，第一降温速率为2-3℃/min，第二温度为65-70℃，染色压力为2-3atm时，染色的效果更为优异。
根据本发明，所述黑色分散染料选自分散黑E-SNB300％、分散黑 ECO300％、分散黑ECT300％、分散黑H-BL300％和分散黑E-E300％中的至少一种。
根据本发明，所述织物与所述染液的质量体积比为1：(2-20)g/L。
根据本发明，所述染料的浓度为3-5％owf。
根据本发明，采用醋酸和/或磷酸二氢铵调节染液的pH值。
本发明第二方面提供一种本发明所述的碳化锆改性布料的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将整理剂溶解于溶剂中，得到整理剂溶液，并将碳化锆加入整理剂溶液中得到改性溶液；
(2)将黑色涤纶织物浸渍在改性溶液中，经压辊机浸压后，进行干燥，得到碳化锆改性布料。
本发明中，将碳化锆加入整理剂溶液得到改性溶液，采用改性溶液对织物进行改性处理，得到的碳化锆改性布料能够有效地将光能转化为热能，将其用于含盐废水处理时，能够进一步提高蒸发效率。
根据本发明，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮、乙酸乙酯和甲苯中的至少一种。
根据本发明，多次重复进行浸渍和浸压，更优选地，至少重复30次。
根据本发明，所述干燥的条件包括：干燥温度10-130℃，优选为50-70℃；干燥时间为3-12h，优选为3-5h；
根据本发明，所述制备方法还包括对碳化锆改性布料进行清洗、烘干的步骤。
为了进一步改善织物的机械性能以及其蓄水能力，本发明所述织物采用以下织造工艺制得：
(a)将纤维进行纺织得到单纱；
(b)将所述单纱进行加捻得到合股线；
(c)将所述合股线进行编织得到织物；
其中，所述单纱的线密度为20-40tex，优选为25-35tex；所述单纱的捻度为360-520捻/m，优选为400-430捻/m；所述单纱的断裂强度至少为500cN；所述单纱的3mm毛羽数量为120根/10m以下；所述单纱的纱线条干CV值为12％以下。
本发明中，采用如上所述的织造工艺获得织物，具有优异的机械性能、高的比表面积以及高的蓄水能力。
本发明的一个实施方式中，将所述织物采用本发明所述的染色方法进行染色，制得黑色织物，所述黑色织物用于含盐废水处理时，能够进一步增大蒸发系统对含盐废水的蒸发效果。
本发明的另一个实施方式中，采用本发明所述的染色方法对所述织物进行染色，制得黑色织物，并采用本发明所提供的方法对黑色织物进行改性，制得碳化锆改性黑色布料，获得的碳化锆改性黑色布料用于含盐废水处理时，能够进一步增大蒸发系统对含盐废水的蒸发效果。
本发明的另一个实施例中，所用织物优选为涤纶织物。
本发明的另一个实施例方式中，将棉型涤纶纤维按照本发明所述的织造工艺制得涤纶织物，采用本发明所述的染色方法对所述涤纶织物进行染色，制得黑色涤纶织物，并采用本发明所提供的方法对黑色涤纶织物进行改性，制得碳化锆改性黑色涤纶布料，获得的碳化锆改性黑色涤纶布料用于含盐废水处理时，能够进一步增大蒸发系统对含盐废水的蒸发效果。
根据本发明，所述合股线的捻度为50-150捻/m，优选为80-100捻/m。
优选地，所述织物为平纹；所述织物的经密度为8-24根/cm，优选为16-20 根/cm；所述织物的纬密度为8-24根/cm，优选为10-14根/cm；所述织物的幅宽为0.5-3m；优选为1.5-2.5m。
本发明中，所述黑色织物以及碳化锆改性黑色布料中所用的织物可以为市售品，优选为本发明所提供的织物。
本发明第三方面提供一种本发明所述碳化锆改性布料在含盐废水处理中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，
布料的力学性能采用电子织物强力仪进行测试；
涤纶织物I市购，涤纶120-7涤纶滤布，经密：15.6根/cm，纬密：10.5 根/cm，强力：3200N，厚度1.32mm，克重627g/m2；
布料的色牢度采用美国型号为Atlas Ci3000+的耐日晒老化仪测得。
涤纶织物II，采用以下制备例制得；
黑色分散染料为分散黑ECT 300％，购自浙江龙盛染料化工有限公司；
整理剂为聚氨酯，重均分子量为1000-6000，美国杜邦公司；
实施例以及对比例所用其他原料均为市售品。
制备例
通过传统纺纱工艺，将所选的棉型涤纶纤维(长度38mm，线密度为5D) 纺织成线密度为30tex，捻度为420捻/m的涤纶单纱，单纱断裂强力在500cN 以上，3mm毛羽数量应该在120根/10m以下，纱线条干CV值应该在12％以下；将上述6根单纱在倍捻机上合股加捻为一根，股线捻度为100捻/m；将上述合股线采用机织方式进行编织，织物组织结构为平纹，经密为18根/cm，纬密为12根/cm，织物幅宽为1.98m的涤纶织物II。
实施例1
选用涤纶织物I，然后配置染液浓度为4％owf黑色分散染料染液，染液 pH值控制在5.5，可通过醋酸和磷酸二氢铵来调节pH值，按照染色浴比为 1:20(织物重量：染液体积)将布样与染液加入到高温染缸中，调节染缸气压为2ATM(2.02×105Pa)；在升温阶段，控制升温速率为2℃/min，防止升温过快导致织物加热不匀，从而使得上染不匀，升温至120℃时停止升温。在保温阶段，保持该温度60min，使染料充分渗入到纤维内部。在降温阶段，控制降温速率为3℃/min，防止降温速率过快导致涤纶纤维结晶区破坏，在降到70℃(涤纶玻璃化转变温度)后可关闭控温系统使其快速自然冷却至常温；将染好的布样用清水洗净烘干，即获得黑色涤纶织物A1。织物的色牢度如表2所示。
实施例2
采用与实施例1的方法对涤纶织物进行染色，不同的是：采用涤纶织物 II代替涤纶织物I，制得黑色涤纶织物A2。织物的色牢度如表2所示。
实施例3
将聚氨酯颗粒溶解于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，获得浓度分别为 5wt％的聚氨酯溶液，将纳米ZrC(粒径在50nm-300nm)加入到聚氨酯溶液中，配置成ZrC浓度为5wt％的改性溶液；
将黑色涤纶织物A1浸渍在改性溶液中，然后通过压辊机浸压，再将其浸入整理剂中，然后再通过压辊机浸压，如此往复30次后，使整理剂能充分渗入织物内部，并且均匀的分布在纤维表面，后放入烘箱60℃烘干4h，将最后将烘干后的布样洗净烘干，即获得碳化锆改性黑色布料A3。布料的色牢度如表2所示。
实施例4
按照实施例3的方法制备碳化锆改性黑色布料，不同的是：聚氨酯的浓度为10wt％，制得碳化锆改性黑色布料A4。布料的色牢度如表2所示。
实施例5
按照实施例3的方法制备碳化锆改性黑色布料，不同的是：聚氨酯的浓度为15wt％，制得碳化锆改性黑色布料A5。布料的色牢度如表2所示。
实施例6
按照实施例3的方法制备碳化锆改性黑色布料，不同的是：聚氨酯的浓度为20wt％的聚氨酯溶液，制得碳化锆改性黑色布料A6。布料的色牢度如表2所示。
实施例7
按照实施例3的方法制备碳化锆改性黑色布料，不同的是：采用黑色涤纶织物A2代替黑色涤纶织物A1，制得碳化锆改性黑色布料A7。布料的色牢度如表2所示。
实施例8
按照实施例3的方法制备碳化锆改性布料，不同的是：涤纶织物I代替黑色涤纶织物A1，制得碳化锆改性布料A8。织物的色牢度如表2所示。
测试例
实验的气候条件：光照强度100000lux，湿度20％，空气温度26℃，水温度22℃，风速5m/s，浓盐水的水质信息如表1所示。
表1
离子种类 离子浓度(mg/L)
Ca<sup>2+</sup> 500
Mg<sup>2+</sup> 530
Na<sup>+</sup> 8737
NH<sub>4</sub><sup>+</sup> 1540
SO<sub>4</sub><sup>2-</sup> 23980
Cl<sup>-</sup> 620
将涤纶织物I、实施例1-2所提供的黑色涤纶织物A1-A2、实施例3-7 所提供的碳化锆改性黑色布料A3-A7以及对比例1提供的碳化锆改性布料 A8用于浓盐水的蒸发，测试各自对浓盐水的蒸发速率，具体的测试方法为：将布料悬挂起来，四周都可有空气流过，保持温度不变，固定风速，采用循环泵将浓盐水从下方抽到布料上部，使浓盐水均匀流下，定时称重剩余浓盐水的重量，计算蒸发效率，蒸发速率的计算方法为起始时浓盐水重量m0减去结束时浓盐水重量m1，然后差值除以蒸发时间t，再除以布料的面积s，即
u＝(m0-m1)/(t×s)
测试结果如表2所示。
表2
织物或布料 蒸发速率，kg/m<sup>2</sup>h 色牢度
A1 0.85 4
A2 0.92 4
A3 1.05 4
A4 1.04 4
A5 1.02 4
A6 0.98 4
A7 1.12 4
A8 0.90 --
涤纶织物I 0.66 --
如表2所示，本发明实施例1-8所提供碳化锆改性布料相对于未经改性的涤纶织物I而言，用于含盐废水处理时，能够显著提高浓盐水蒸发时的蒸发效率。
更进一步地，由实施例3-6可以看出，采用碳化锆对经高温染色制得黑色织物进行改性得到布料能够对浓盐水的蒸发速率进一步提供。
而采用本发明特定的涤纶织物代替现有技术中的涤纶织物，能够进一步提高浓盐水蒸发时的蒸发效率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳化锆改性布料，其中，所述布料包含碳化锆、整理剂和织物，其中，以织物的重量为基准，所述碳化锆的含量为1-30wt％；所述整理剂的含量为1-25wt％。
2.根据权利要求1所述的碳化锆改性布料，其中，以织物的重量为基准，所述碳化锆的含量为1-15wt％；所述整理剂的含量为1-20wt％。
3.根据权利要求1或2所述的碳化锆改性布料，其中，所述织物选自涤纶、锦纶、晴纶、维纶、丙纶、氯纶中的至少一种，优选为涤纶；
优选地，所述整理剂选自聚氨酯、淀粉、蛋白质、糊精、动物胶、虫胶、皮胶、松香、水玻璃、丁基橡胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、硅酮聚苯乙烯、聚丙烯酸酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，优选为聚氨酯；
更优选地，聚氨酯的重均分子量为1000-50000，优选为1000-6000；
优选地，所述碳化锆的粒径为50nm-80μm，优选为50-300nm；
优选地，所述织物为黑色织物，更优选为黑色涤纶织物。
4.根据权利要求3所述的碳化锆改性布料，其中，所述黑色织物采用以下方法制得：
采用包含黑色分散染料的染液对织物进行高温高压染色，洗涤、干燥即得黑色织物；
其中，所述染液的pH值为5-6；所述织物与所述染液的质量体积比为1：(1-25)g/L；染液的浓度为2-6％owf。
5.根据权利要求4所述的碳化锆改性布料，其中，所述高温高压染色的过程为：
从室温以第一升温速率升温至第一温度，在第一温度下进行保温处理；然后以第一降温速率降温至第二温度；
优选地，所述第一升温速率为1-5℃/min，优选为1-2℃/min；
优选地，所述第一温度为110-150℃，优选为120-130℃；
优选地，所述保温处理的时间为30-90min，优选为45-60min；
优选地，所述第一降温速率为1-5℃/min，优选为2-3℃/min；
优选地，所述第二温度为60-80℃，优选为65-70℃；
优选地，染色的压力为2-4atm，优选为2-3atm。
6.根据权利要求4或5所述的碳化锆改性布料，其中，所述黑色分散染料选自分散黑E-SNB300％、分散黑ECO300％、分散黑ECT300％、分散黑H-BL300％和分散黑E-E300％中的至少一种；
优选地，所述织物与所述染液的质量体积比为1：(2-20)g/L；
优选地，所述染料的浓度为3-5％owf；
优选地，采用醋酸和/或磷酸二氢铵调节染液的pH值。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的碳化锆改性布料，其中，所述织物采用以下织造工艺制得：
(a)将纤维进行纺织得到单纱；
(b)将所述单纱进行加捻得到合股线；
(c)将所述合股线进行编织得到织物；
其中，所述单纱的线密度为20-40tex，优选为25-35tex；所述单纱的捻度为360-520捻/m，优选为400-430捻/m；所述单纱的断裂强度至少为500cN；所述单纱的3mm毛羽数量为120根/10m以下；所述单纱的纱线条干CV值为12％以下。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的碳化锆改性布料的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
(1)将整理剂溶解于溶剂中，得到整理剂溶液，并将碳化锆加入整理剂溶液中得到改性溶液；
(2)将织物浸渍在改性溶液中，经压辊机浸压后，进行干燥，得到碳化锆改性布料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮、乙酸乙酯和甲苯中的至少一种；
优选地，所述方法包括多次重复进行浸渍和浸压，更优选地，至少重复30次；
优选地，所述干燥的条件包括：干燥温度10-130℃，优选为50-70℃；干燥时间为3-12h，优选为3-5h；
优选地，所述方法还包括对碳化锆改性布料进行清洗、烘干的步骤。
10.一种权利要求1-7中任意一项所述的碳化锆改性布料在含盐废水处理中的应用。
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