CN116516511A - 基于废旧纺织品制备的弹性纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于废旧纺织品制备的弹性纤维及其制备方法,属于废旧纺织品回收利用技术领域,包括如下制备步骤:废旧纺织品的预处理;纤维素酶处理得液体与固体聚氨酯;对固体聚氨酯进行水洗,干燥,熔融纺丝,得聚氨酯弹性纤维;所述熔融纺丝具体包括以下步骤:造粒、切片干燥、熔融挤出、冷却、集束、上改性油剂、卷绕;所述改性油剂,按重量百分比计,包括如下组分:1‑10%改性氧化石墨烯、50‑62%矿物油、10‑20%二甲基硅油、19‑40%改性硅油、2‑8%抗静电剂,1‑5%分散剂。本发明通过提高了废旧纺织品的利用率,并对熔融纺丝的油剂进行改性,提高了弹性纤维丝的抗摩减摩性能,拓展了废旧纺织品的高附加值利用。
Description
技术领域
本发明属于废旧纺织品回收利用技术领域,具体涉及基于废旧纺织品制备的弹性纤维及其制备方法。
背景技术
弹性纤维作为一种“朝阳产业”因可赋予人体良好的接触感,在服装的穿着舒适性、蓬松保暖等方面扮演着不可替代的角色,所以在纺织行业中占据着稳固的地位。
聚氨酯弹性纤维(氨纶)是指以聚氨基甲酸酯为主要成分的一种嵌段共聚物制成的纤维,它的弹性来自其分子结构由“软”和“硬”链段组成的嵌段共聚物网络结构,硬段由异氰酸酯与二胺化合物反应形成软段由长链二羟基化合物(聚醚二醇或聚酯二醇)组成,聚氨酯弹性纤维是弹性纤维中最早开发且应用最广,生产技术最为成熟的品种。聚氨酯弹性纤维的用量取决于纺织品的类型和成品用途,以保证获得最佳性能和美学特性,含量少的仅需2%的聚氨酯弹性纤维就足以改善纺织品质量,为纺织品提供了生动性、悬垂性和保形性。
废旧纺织品品种繁多,目前对其回收处理技术中绝大部分采用就地填埋或焚烧处理,而废旧纺织品社会存量巨大,这种情况下,既浪费资源又对环境造成污染。因此,提高废旧纺织品的利用率及拓展其高附加值利用,研发一种基于废旧纺织品制备的聚氨酯弹性纤维及其制备方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供基于废旧纺织品制备的弹性纤维及其制备方法,以解决以下技术问题:提高废旧纺织品的利用率及拓展其高附加值利用,减少环境污染。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,包括如下制备步骤:
步骤一、废旧纺织品的预处理:对废旧纺织品进行粉碎处理,得预处理后的废旧纺织品;
步骤二、纤维素酶处理:将预处理后的废旧纺织品、纤维素酶与水混合,30-70℃下搅拌降解70-72h后,超滤分离得纤维素酶与固液混合物,纤维素酶可重复利用,再对固液混合物进行固液分离,得液体与固体聚氨酯,液体含纤维素降解产物,用于糖发酵生产相关产品;
步骤三、对固体聚氨酯进行水洗,干燥,熔融纺丝,得聚氨酯弹性纤维。
作为本发明的进一步方案,所述废旧纺织品为未染色或去除了染料的废旧棉与聚氨酯弹性纤维混纺的纺织品。
作为本发明的进一步方案,所述粉碎处理的平均粉碎粒径为1-2mm。
作为本发明的进一步方案,步骤二所述废旧纺织品、纤维素酶与水的质量比为0.01-0.5:0.01-0.1:1。
作为本发明的进一步方案,步骤三所述熔融纺丝具体包括以下步骤:造粒、切片干燥、熔融挤出、冷却、集束、上改性油剂、卷绕。
作为本发明的进一步方案,所述改性油剂包括如下步骤制备:将按重量百分比计的如下组分:1-10%改性氧化石墨烯、50-62%矿物油、10-20%二甲基硅油、19-40%改性硅油、2-8%抗静电剂、1-5%分散剂混合即得改性油剂。
所述改性硅油为分子量为500-3000的高碳烷基硅油;
所述抗静电剂为烷基磷酸酯盐,具有抗静电性与平滑性能,分子式为R4OPO3M2、(R4O)2PO2M中任意一种,式中R4为碳数8-20的烷基;M为钠元素、钾元素中任意一种;
所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或油醇聚氧乙烯醚。
作为本发明的进一步方案,所述改性氧化石墨烯包括如下步骤制备:
步骤一、向500-600mg氧化石墨烯中加入100mLDMF(二甲基甲酰胺),搅拌混合1-1.2h,得混合液A;
步骤二、向780-800mgEDC[N-乙基-N′-(二甲基氨基)丙基碳化二亚胺盐酸盐]中加入50-55mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤一的混合液A,搅拌2-2.5h,得混合液B;
步骤三、向460-500mgNHS(N-羟基丁二酰亚胺)中加入50-55mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤二的混合液B,搅拌2-2.5h,得混合液C.
步骤四、向2.1-2.2g油胺中加入100mL三氯甲烷,搅拌溶解后,加入步骤三的混合液C,搅拌1-1.5h后用孔径为0.22μmPVDF膜抽滤、石油醚清洗3次、无水乙醇清洗3次、80℃下干燥10-12h,得改性氧化石墨烯。
基于废旧纺织品制备的弹性纤维,通过上述制备方法得到。
本发明的有益效果:
本发明以NHS为活化剂,活化氧化石墨烯表面的羧基后,使用油胺与活化后的氧化石墨烯进行酰胺化反应,从而在氧化石墨烯表面接枝上了长链脂肪烃,使得有更多的长链分子连接在氧化石墨烯片层的表面及边缘,而分子亲油端则背离氧化石墨烯表面,制得的改性氧化石墨烯可稳定分散于油剂中。
本发明首先通过纤维素处理,对废旧纺织品中的纤维素纤维进行选择性回收,提高废旧纺织品的利用率,再通过对分离得到的固体聚氨酯进行水洗,干燥,熔融纺丝制得聚氨酯弹性纤维,通过对熔融纺丝操作上油步骤中油剂进行改性,在油剂中加入改性氧化石墨烯,改性氧化石墨烯能够在弹性纤维丝表面形成吸附膜,还可以填充到摩痕低凹处,以提高弹性纤维丝的抗摩减摩性能,改性氧化石墨烯率先吸附在弹性纤维丝表面,增加了弹性纤维丝的比表面积,以利于改性油剂在弹性纤维丝表面快速有效地铺展,并且吸附在弹性纤维丝上的改性氧化石墨烯又构成一层隔离层,能够防止矿物油、二甲基硅油等浸入丝内部,起到减少断丝、粘连的作用,拓展了废旧纺织品的高附加值利用。
综上所述,本发明基于废旧纺织品制备的弹性纤维提高了废旧纺织品的利用率并拓展了高附加值利用,同时对废旧纺织品的充分利用减少了环境污染。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
改性氧化石墨烯包括如下步骤制备:
步骤一、向500mg氧化石墨烯中加入100mLDMF,搅拌混合1h,得混合液A;
步骤二、向780mgEDC中加入50mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤一的混合液A,搅拌2h,得混合液B;
步骤三、向460mgNHS中加入50mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤二的混合液B,搅拌2h,得混合液C.
步骤四、向2.1g油胺中加入100mL三氯甲烷,搅拌溶解后,加入步骤三的混合液C,搅拌1h后用孔径为0.22μmPVDF膜抽滤、石油醚清洗3次、无水乙醇清洗3次、80℃下干燥10h,得改性氧化石墨烯。
实施例2
改性氧化石墨烯包括如下步骤制备:
步骤一、向600mg氧化石墨烯中加入100mLDMF,搅拌混合1.2h,得混合液A;
步骤二、向800mgEDC中加入55mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤一的混合液A,搅拌2.5h,得混合液B;
步骤三、向500mgNHS中加入55mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤二的混合液B,搅拌2.5h,得混合液C.
步骤四、向2.2g油胺中加入100mL三氯甲烷,搅拌溶解后,加入步骤三的混合液C,搅拌1.5h后用孔径为0.22μmPVDF膜抽滤、石油醚清洗3次、无水乙醇清洗3次、80℃下干燥12h,得改性氧化石墨烯。
实施例3
所述改性油剂,包括如下步骤制备:
将按重量百分比计的1%实施例1制得的改性氧化石墨烯、50%矿物油、10%二甲基硅油、19%分子量为500的高碳烷基硅油、2%(C8H18)4OPO3Na2,1%脂肪醇聚氧乙烯醚混合即得改性油剂。
实施例4
所述改性油剂,包括如下步骤制备:
将按重量百分比计的10%实施例2制得的改性氧化石墨烯、62%矿物油、20%二甲基硅油、40%分子量为3000的高碳烷基硅油、8%(C20H42)4OPO3K2,5%油醇聚氧乙烯醚混合即得改性油剂。
实施例5
所述改性油剂,包括如下步骤制备:
将按重量百分比计的10%实施例1制得的改性氧化石墨烯、62%矿物油、20%二甲基硅油、40%分子量为3000的高碳烷基硅油、8%(C20H42)4OPO3K2,5%油醇聚氧乙烯醚混合即得改性油剂。
对比例1
所述改性油剂,包括如下步骤制备:
将按重量百分比计的1%嵌段聚醚硅油、50%矿物油、10%二甲基硅油、19%分子量为500的高碳烷基硅油、2%(C8H18)4OPO3Na2,1%脂肪醇聚氧乙烯醚混合即得改性油剂。
实施例6
基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,包括如下制备步骤:
步骤一、废旧纺织品(未染色的废旧棉与聚氨酯弹性纤维混纺的纺织品)的预处理:对废旧纺织品进行粉碎处理(平均粉碎粒径为1-2mm),得预处理后的废旧纺织品;
步骤二、纤维素酶处理:将预处理后的废旧纺织品、纤维素酶与水按质量比0.01:0.01:1混合,30℃下搅拌降解70h后,超滤分离得纤维素酶与固液混合物,再对固液混合物进行固液分离,得液体与固体聚氨酯;
步骤三、对固体聚氨酯进行水洗,干燥,熔融纺丝,得聚氨酯弹性纤维;所述熔融纺丝具体包括以下步骤:造粒、切片干燥、熔融挤出、冷却、集束、上实施例3制得的改性油剂、卷绕。
实施例7
基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,包括如下制备步骤:
步骤一、废旧纺织品(未染色的废旧棉与聚氨酯弹性纤维混纺的纺织品)的预处理:对废旧纺织品进行粉碎处理(平均粉碎粒径为1-2mm),得预处理后的废旧纺织品;
步骤二、纤维素酶处理:将预处理后的废旧纺织品、纤维素酶与水按质量比0.5:0.1:1混合,370℃下搅拌降解72h后,超滤分离得纤维素酶与固液混合物,再对固液混合物进行固液分离,得液体与固体聚氨酯;
步骤三、对固体聚氨酯进行水洗,干燥,熔融纺丝,得聚氨酯弹性纤维;所述熔融纺丝具体包括以下步骤:造粒、切片干燥、熔融挤出、冷却、集束、上实施例4制得的改性油剂、卷绕。
实施例8
基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,包括如下制备步骤:
步骤一、废旧纺织品(未染色的废旧棉与聚氨酯弹性纤维混纺的纺织品)的预处理:对废旧纺织品进行粉碎处理(平均粉碎粒径为1-2mm),得预处理后的废旧纺织品;
步骤二、纤维素酶处理:将预处理后的废旧纺织品、纤维素酶与水按质量比0.01:0.01:1混合,30℃下搅拌降解70h后,超滤分离得纤维素酶与固液混合物,再对固液混合物进行固液分离,得液体与固体聚氨酯;
步骤三、对固体聚氨酯进行水洗,干燥,熔融纺丝,得聚氨酯弹性纤维;所述熔融纺丝具体包括以下步骤:造粒、切片干燥、熔融挤出、冷却、集束、上实施例5制得的改性油剂、卷绕。
对比例2
本对比例与实施例6相比仅将“实施例3制得的改性油剂”替换为“对比例1制得的改性油剂”,其余步骤与参数均相同。
对实施例6-8和对比例2制得的弹性纤维进行如下性能测试:
(1)稳定性测试:对待测弹性纤维取长10cm三个段落并且用色笔标识距离后放入沸水中(100℃),10mi n后取出晾干,5mi n后量度其收缩后的长度。根据下式计算其沸水收缩率(标准率为10-15%):
沸水收缩率(%)=(10cm-收缩后的长度)/10×100%;
(2)弹性回复率测试:对待测弹性纤维取长10cm三个段落并且用色笔标识距离后,将待测弹性纤维头尾接合,放在单纱强力机上测试,拉伸速度为50cm/mi n。首先将待测弹性纤维分别伸长100%、150%、200%、250%、300%拉伸3次,然后第4次根据下式计算其弹性回复率:
弹性回复率(%)=(10cm-第4次拉伸后长度)/10X100%。
(3)动摩擦系数:使用Y151型纤维摩擦系数测定仪测试并根据下式计算摩擦系数:
μ=0.733lgT/(T-P);
式中,μ为动摩擦系数,T为纤维张力(cN),P为扭力天平读数(cN);
结果如表1所示:
表1
项目 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 对比例2 |
沸水收缩率(%) | 11.4 | 11.8 | 10.6 | 11.2 |
弹性回复率(%) | 92.8 | 91.9 | 92.4 | 91.4 |
动摩擦系数 | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 1.3 |
由表1可以看出,实施例6-8制备的弹性纤维满足弹性纤维纺织的性能要求,且实施例6-8制备的弹性纤维相对于对比例2制备的弹性纤维具有更低的动摩擦系数,更强的抗摩减摩性能。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,其特征在于,包括如下制备步骤:
步骤一、废旧纺织品的预处理:对废旧纺织品进行粉碎处理,得预处理后的废旧纺织品;
步骤二、纤维素酶处理:将预处理后的废旧纺织品、纤维素酶与水混合,30-70℃下搅拌降解70-72h后,超滤分离得纤维素酶与固液混合物,再对固液混合物进行固液分离,得液体与固体聚氨酯;
步骤三、对固体聚氨酯进行水洗,干燥,熔融纺丝,得聚氨酯弹性纤维;所述熔融纺丝具体包括以下步骤:造粒、切片干燥、熔融挤出、冷却、集束、上改性油剂、卷绕;
所述改性油剂,包括如下步骤制备:将按重量百分比计的如下组分:1-10%改性氧化石墨烯、50-62%矿物油、10-20%二甲基硅油、19-40%改性硅油、2-8%抗静电剂、1-5%分散剂混合即得改性油剂。
2.根据权利要求1所述的基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,其特征在于,所述废旧纺织品为未染色或去除了染料的废旧棉与聚氨酯弹性纤维混纺的纺织品。
3.根据权利要求1所述的基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,其特征在于,所述废旧纺织品、纤维素酶与水的质量比为0.01-0.5:0.01-0.1:1。
4.根据权利要求1所述的基于废旧纺织品制备的弹性纤维的制备方法,其特征在于,所述改性氧化石墨烯包括如下步骤制备:
步骤一、向500-600mg氧化石墨烯中加入100mLDMF,搅拌混合1-1.2h,得混合液A;
步骤二、向780-800mgEDC中加入50-55mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤一的混合液A,搅拌2-2.5h,得混合液B;
步骤三、向460-500mgNHS中加入50-55mLDMF,搅拌溶解后,加入步骤二的混合液B,搅拌2-2.5h,得混合液C.
步骤四、向2.1-2.2g油胺中加入100mL三氯甲烷,搅拌溶解后,加入步骤三的混合液C,搅拌1-1.5h后用孔径为0.22μmPVDF膜抽滤、石油醚清洗3次、无水乙醇清洗3次、80℃下干燥10-12h,得改性氧化石墨烯。
5.基于废旧纺织品制备的弹性纤维,其特征在于,由权利要求1-4任意一项所述制备方法制备得到。
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