CN113774521A - 一种海岛型纳米复合纤维及其制备方法 - Google Patents

一种海岛型纳米复合纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化学纤维技术领域，具体公开了一种海岛型纳米复合纤维的制备方法。该制备方法包括以下步骤：1)将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合后进行熔融共混，制得岛相功能母粒，其中，熔融共混过程在超声场中进行；2)将岛相功能母粒与海组分混合后进行熔融共混纺丝，得到海岛型纳米复合纤维。本发明将功能性纳米粒和纳米贝壳粉加入到海岛纤维中，并辅以超声作用，使得纤维具有一些特殊的功能，如抗菌、防螨、蓄热保暖等效果，也可使得纤维具有远红外、释放负离子等功效。同时，本发明还能提高纤维的机械强度，从而提高成品面料的机械性能。同时，本发明中的海岛型纳米复合纤维制得的织物手感柔软，使用舒适。

Description

一种海岛型纳米复合纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学纤维技术领域，特别是涉及一种海岛型纳米复合纤维及其制备方法。
背景技术
海岛纤维，又称为超共轭纤维、基质原纤型纤维，是将两种热力学非相容性高聚物按一定比例进行共混纺丝或复合纺丝，制得的具有海、岛(连续相为海，分散相为岛)结构的双组分纤维。海岛纤维溶去海组分后可获得超细纤维，而去除岛组分后则可得到呈蜂窝结构的多孔中空纤维。
海岛纤维的纤度小，可使织物手感柔软、滑爽，在舒适性方面具有明显的优势，可获得具有高密性、吸湿性、拒水性、独特美观性和时装风格性的织物。是以，由海岛纤维制成的面料越来越受到消费者的喜爱。
但随着人们对纺织品的要求越来越高，对纺织品的功能性也提出了更高要求，要求纺织品除了舒适性以外，还能具有抗菌、防螨、蓄热保暖的效果，或具有远红外、释放负离子等功效。因此，目前已经尝试向海岛纤维中添加功能性纳米粒制成功能性海岛纤维，以使得纤维具有相应的功能。然而，由于海岛纤维属于超细纤维，其机械性能较差，而功能性纳米粒的加入将会使得纤维的机械性能进一步下降，因此，亟需一种能够提高功能性海岛纤维(加入功能性纳米粒后的海岛纤维)的机械性能的制备方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种海岛型纳米复合纤维及其制备方法，用于解决现有技术中功能性海岛纤维的机械性能差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种海岛型纳米复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、岛相功能母粒的制备：将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合后进行熔融共混，制得岛相功能母粒，其中，熔融共混过程在超声场中进行；
S2、复合纤维的制备：将步骤S1中的岛相功能母粒与海组分混合后进行熔融共混纺丝，得到海岛型纳米复合纤维。
可选地，还包括以下步骤：
S3、纤维后处理：将步骤S2中的海岛型纳米复合纤维进行上油、拉伸、卷曲和干燥定型，得到成品纤维。
可选地，在步骤S1中，超声波功率为150～170W。
可选地，在步骤S1和步骤S2中，所述岛组分选自聚酯、聚酰胺以及聚丙烯腈中的一种，所述海组分选自水溶性聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯以及丙烯酸酯共聚物中的一种。
可选地，在步骤S1中，所述功能性纳米粒选自纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米高岭土、纳米氧化锆、纳米负离子粉、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米磷酸锆银、纳米金属银粉、纳米金属铜粉以及耐高温性纳米微胶囊中的一种。
可选地，在步骤S1中，所述功能性纳米粒和纳米贝壳粉的粒径为20～100nm。
可选地，在步骤S1中，功能性纳米粒的质量为岛组分质量的8～10％，纳米贝壳粉的质量为岛组分质量的3～5％。
可选地，在步骤S2中，岛相功能母粒与海组分的质量比为3:2～2.5。
可选地，在步骤S1中，纳米贝壳粉经偶联剂改性处理后再与岛组分、功能性纳米粒混合，所述纳米贝壳粉的改性处理步骤如下：将偶联剂投加至稀释剂中稀释均匀得到混合液，将初始纳米贝壳粉投加至高速搅拌机中，再将混合液喷洒至初始纳米贝壳粉上，60～80℃下搅拌80～90min，后取出干燥，即得改性处理后的纳米贝壳粉。
可选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
可选地，所述偶联剂的质量为初始纳米贝壳粉质量的1.5～2.5％，偶联剂与稀释剂的用量比为1g:2～3mL。
可选地，干燥的温度为105～110℃，干燥的时长为1.5～2h。
可选地，在步骤S1中，将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合时，混入纳米级生物牙齿粉末。
可选地，所述功能性纳米粒的质量为岛组分质量的8～10％，纳米贝壳粉和纳米级生物牙齿粉末的质量之和为岛组分质量的3～5％。
可选地，所述纳米级生物牙齿粉末的粒径为20～100nm。
本发明还提供一种由上述制备方法得到的海岛型纳米复合纤维。
如上所述，本发明的一种海岛型纳米复合纤维及其制备方法，具有以下有益效果：本发明通过将功能性纳米粒和纳米贝壳粉与岛组分混合熔融共混后得到岛相功能母粒，再将岛相功能母粒与海组分混合熔融共混纺丝，得到具有特殊功能的海岛型纳米复合纤维。
并且，由于纳米贝壳粉是一种天然的有机无机杂化材料，具有独特的交叉层状结构，其具有普通碳酸钙无法比拟的断裂韧性和强度，因此，纳米贝壳粉混入岛组分中制得岛相功能母粒，从而提高成品纤维的机械强度。但由于功能性纳米粒和纳米贝壳粉的表面能较大，容易发生团聚，而本发明中，功能性纳米粒和纳米贝壳粉与岛组分的熔融共混过程在超声场中进行，如此，在超声作用下，功能性纳米粒和纳米贝壳粉能够均匀地分散在岛组分中，很好地解决团聚问题，进一步提高成品纤维的机械强度。
同时，本发明中的海岛型纳米复合纤维制得的织物手感柔软，使用舒适。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供一种海岛型纳米复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、岛相功能母粒的制备：将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合后通过双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融共混的温度达270～275℃，制得岛相功能母粒。其中，熔融共混过程在超声场中进行，超声波功率为150～170W。其中，功能性纳米粒的质量为岛组分质量的8～10％，纳米贝壳粉的质量为岛组分质量的3～5％。
其中，岛组分选自聚酯、聚酰胺以及聚丙烯腈中的一种。功能性纳米粒和纳米贝壳粉的粒径为20～100nm。功能性纳米粒包括但不限于：纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米高岭土、纳米氧化锆、纳米负离子粉、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米磷酸锆银、纳米金属银粉、纳米金属铜粉以及耐高温性纳米微胶囊等。
S2、复合纤维的制备：将步骤S1中的岛相功能母粒与海组分混合后通过双螺杆挤出机进行熔融共混纺丝，得到海岛型纳米复合纤维。其中，岛相功能母粒与海组分的质量比为3:2～2.5；熔融共混的温度达272～285℃。
其中，海组分选自水溶性聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯以及丙烯酸酯共聚物中的一种。
S3、纤维后处理：将步骤S2中的海岛型纳米复合纤维进行上油、拉伸、卷曲和干燥定型，得到成品纤维。
在本发明的另一实施例中，步骤S1中，纳米贝壳粉经偶联剂改性处理后再与岛组分、功能性纳米粒混合，所述纳米贝壳粉的改性处理步骤如下：将偶联剂投加至稀释剂中稀释均匀得到混合液，将初始纳米贝壳粉投加至高速搅拌机中，再将混合液喷洒至初始纳米贝壳粉上，60～80℃下搅拌80～90min，后取出干燥，即得改性处理后的纳米贝壳粉。
其中，偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂，稀释剂为醇和水；偶联剂的质量为初始纳米贝壳粉质量的1.5～2.5％，偶联剂与稀释剂的用量比为1g:2～3mL；干燥的温度为105～110℃，干燥的时长为1.5～2h。
在本发明的另一实施例中，步骤S1中，将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合时，混入纳米级生物牙齿粉末，功能性纳米粒的质量为岛组分质量的8～10％，纳米贝壳粉和纳米级生物牙齿粉末的质量之和为岛组分质量的3～5％，纳米贝壳粉与纳米生物牙齿粉末的质量比为1～3:1。其中，纳米级生物牙齿粉末源自小鼠门牙，将小鼠门牙进行粉碎磨粉，纳米级生物牙齿粉末的粒径为20～100nm。
下面具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
一种海岛型纳米复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、岛相功能母粒的制备：将PET母粒(岛组分)在120℃的条件下烘干至PET母粒的含水率在0.4％以下，同时，将纳米氧化硅(功能性纳米粒，粒径为20～100nm)和纳米贝壳粉(粒径为20～100nm)在80℃烘干2h。后将纳米氧化硅、纳米贝壳粉和PET母粒混合后通过双螺杆挤出机混合挤出(双螺杆挤出机的熔融共混温度达270℃)，经冷却、造粒后得到岛相功能母粒。其中，双螺杆挤出机位于超声场中，超声场的超声波功率为150W。其中，纳米氧化硅的质量为PET母粒质量的8％，纳米贝壳粉的质量为PET母粒质量的3％。
S2、复合纤维的制备：将水溶性聚酯(海组分)在120℃的条件下烘干5h，然后将步骤S1中的岛相功能母粒和上述水溶性聚酯按照质量比3:2在双螺杆挤出机上进行熔融共混纺丝(双螺杆挤出机的熔融共混的温度达280℃)，得到海岛型纳米复合纤维。
S3、纤维后处理：将步骤S2中的海岛型纳米复合纤维进行上油、拉伸、卷曲和干燥定型，得到成品纤维。实施例1得到的成品纤维具有抗菌功能。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：在步骤S1中，超声场的超声波功率为170W，纳米氧化硅的质量为PET母粒质量的10％，纳米贝壳粉的质量为PET母粒质量的5％。
实施例3
本实施例与实施例2的不同之处在于：在步骤S2中，岛相功能母粒和水溶性聚酯的质量比为3:2.5。
实施例4
本实施例与实施例2的不同之处在于：在步骤S1中，功能性纳米粒为纳米负离子粉。实施例4得到的成品纤维具有释放负离子的功能。
实施例5
本实施例与实施例2的不同之处在于：在步骤S1中，纳米贝壳粉经偶联剂改性处理后再与岛组分、功能性纳米粒混合。纳米贝壳粉的改性处理步骤如下：将偶联剂投加至稀释剂中稀释均匀得到混合液，其中，稀释剂为乙醇和水，混合液组份为：20wt％硅烷偶联剂、72wt％乙醇，8wt％水；将初始纳米贝壳粉投加至高速搅拌机中，再将混合液喷洒至初始纳米贝壳粉上(硅烷偶联剂的质量为初始纳米贝壳粉质量的2％)，80℃下搅拌85min，后取出干燥(温度为110℃，时长为2h)，即得改性处理后的纳米贝壳粉。
实施例6
本实施例与实施例2的不同之处在于：在步骤S1中，将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合时，混入纳米级生物牙齿粉末(粒径为20～100nm)，本实施例中的纳米级生物牙齿粉末源自小鼠门牙。纳米贝壳粉和纳米级生物牙齿粉末的质量之和为PET母粒质量的5％，且纳米贝壳粉与纳米级生物牙齿粉末的质量比为1:1。
实施例7
本对比例与实施例2的不同之处在于：在步骤S1中，超声场的超声波功率为140W。
实施例8
本对比例与实施例2的不同之处在于：在步骤S1中，超声场的超声波功率为180W。
实施例9
本对比例与实施例2的不同之处在于：在步骤S1中，使用纳米级生物牙齿粉末替换纳米贝壳粉。
对比例1
本对比例与实施例2的不同之处在于：本对比例未加入纳米贝壳粉。
对比例2
本对比例与实施例2的不同之处在于：本对比例未采用超声场。
实验例
按照“GB/T 14337-2008化学纤维短纤维拉伸性能试验方法”针对实施例1～9以及对比例1～2中得到的成品纤维进行机械性能测试，结果见表1。
表1机械性能测试结果表
Figure BDA0003322293570000061
由表1可知，实施例1～8的平均断裂强度均大于对比例1和对比例2的平均断裂强度，其中，实施例2的平均断裂强度为5.34cN/dtex，对比例1的平均断裂强度为4.73cN/dtex，对比例2的平均断裂强度为5.19cN/dtex，实施例2的平均断裂强度相较于对比例1而言提高了12.9％，相较于对比例2而言提高了2.9％，因此，本发明中，通过纳米贝壳粉能够有效提高成品纤维的机械强度，而且，在超声作用下，功能性纳米粒和纳米贝壳粉在岛组分中均匀分散，从而进一步提高成品纤维的机械强度，更有利于纤维的机械加工。
对比实施例2和实施例5，实施例5的平均断裂强度比实施例2的平均断裂强度高0.18cN/dtex，这说明，初始纳米贝壳粉经偶联剂改性后，其表面能下降，能够更好地分散在岛组分中，进一步提高纳米贝壳粉的分散性，从而提高成品纤维的机械强度。
对比实施例2、实施例6和实施例9，实施例6的平均断裂强度比实施例2的平均断裂强度高0.12cN/dtex，实施例6的平均断裂强度比实施例9的平均断裂强度高0.22cN/dtex，这说明，在纳米级生物牙齿粉末与纳米贝壳粉的共同作用下，海岛纤维机械性能的提升程度，高于纳米贝壳粉单独使用时海岛纤维机械性能的提升程度。
综上所述，本发明通过添加功能性纳米粒，使制得的海岛型纳米复合纤维获得对应的特殊功能，例如抗菌、释放负离子等，并利用超声以及纳米贝壳粉或经偶联剂改性处理后的纳米贝壳粉提高海岛型纳米复合纤维的机械强度。并且，本发明中，将纳米贝壳粉和纳米级生物牙齿粉末复合使用，进一步提高了海岛型纳米复合纤维的机械强度，更有利于海岛型纳米复合纤维的机械加工。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、岛相功能母粒的制备：将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合后进行熔融共混，制得岛相功能母粒，其中，熔融共混过程在超声场中进行；
S2、复合纤维的制备：将步骤S1中的岛相功能母粒与海组分混合后进行熔融共混纺丝，得到海岛型纳米复合纤维。
2.根据权利要求1所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S3、纤维后处理：将步骤S2中的海岛型纳米复合纤维进行上油、拉伸、卷曲和干燥定型，得到成品纤维。
3.根据权利要求1所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，超声波功率为150～170W；
和/或，在步骤S1和步骤S2中，所述岛组分选自聚酯、聚酰胺以及聚丙烯腈中的一种，所述海组分选自水溶性聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯以及丙烯酸酯共聚物中的一种；
和/或，在步骤S1中，所述功能性纳米粒选自纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米高岭土、纳米氧化锆、纳米负离子粉、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米磷酸锆银、纳米金属银粉、纳米金属铜粉以及耐高温性纳米微胶囊中的一种；
和/或，在步骤S1中，所述功能性纳米粒和纳米贝壳粉的粒径为20～100nm。
4.根据权利要求3所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，功能性纳米粒的质量为岛组分质量的8～10％，纳米贝壳粉的质量为岛组分质量的3～5％。
5.根据权利要求1所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，岛相功能母粒与海组分的质量比为3:2～2.5。
6.根据权利要求1所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，纳米贝壳粉经偶联剂改性处理后再与岛组分、功能性纳米粒混合，所述纳米贝壳粉的改性处理步骤如下：将偶联剂投加至稀释剂中稀释均匀得到混合液，将初始纳米贝壳粉投加至高速搅拌机中，再将混合液喷洒至初始纳米贝壳粉上，60～80℃下搅拌80～90min，后取出干燥，即得改性处理后的纳米贝壳粉。
7.根据权利要求6所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂；
和/或，所述偶联剂的质量为初始纳米贝壳粉质量的1.5～2.5％，偶联剂与稀释剂的用量比为1g:2～3mL；
和/或，干燥的温度为105～110℃，干燥的时长为1.5～2h。
8.根据权利要求1或6所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，将岛组分、功能性纳米粒和纳米贝壳粉混合时，混入纳米级生物牙齿粉末。
9.根据权利要求8所述的海岛型纳米复合纤维的制备方法，其特征在于：所述功能性纳米粒的质量为岛组分质量的8～10％，纳米贝壳粉和纳米级生物牙齿粉末的质量之和为岛组分质量的3～5％；
和/或，所述纳米级生物牙齿粉末的粒径为20～100nm。
10.权利要求1至9任一项所述的制备方法制得的海岛型纳米复合纤维。
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