CN116837474A - 一种复合除醛多功能纤维及芯片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功能纤维材料技术领域，公开了一种复合除醛多功能纤维及芯片制造方法。将四甲基环四硅氧烷、脂肪酸乙烯酯和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷加入到有机溶剂中搅拌加热反应，得到改性聚硅氧烷增强剂；将所得改性聚硅氧烷增强剂与复合多功能除醛粉体材料和纤维基体经混合纺丝；或将改性聚硅氧烷增强剂与复合多功能除醛粉体材料和纤维基体经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基体经混合纺丝，得到复合除醛多功能纤维。本发明通过具有特定环状结构及梳型长链烷基酯改性的聚硅氧烷对功能纤维材料进行增强改性，可以显著提高纤维材料的柔软性、力学性能和耐老化性能。
Description
技术领域
本发明属于功能纤维材料技术领域，具体涉及一种复合除醛多功能纤维及芯片制造方法。
背景技术
除醛纤维是将除醛材料与纤维材料复合制成，其常规制备方法有混入法和后处理法。混入法是采用除醛材料(如纳米多孔炭、纳米硅藻土、纳米矿晶粉、纳米光触媒粉等)经由共混纺丝方法生产；后处理法是采用除醛整理剂(如光触媒溶液或其它甲醛清除剂溶液等)，经染整后整理加工生产。混入法因其制备工艺简单、效果稳定持久而得到广泛应用。
另外，根据人们对于纤维材料功能性的不同要求，开发相应具有抗菌、抗病毒、远红外、负离子等健康保健功效的纤维材料也日渐受到人们的关注。
如专利CN 106364124 A公开了一种抗菌除醛复合纤维膜的制备方法，将硅藻土/多孔碳加入到无水乙醇中搅拌混合，然后滴加偶联剂搅拌反应，过滤后烘干得到除甲醛材料。再将上述除甲醛材料与聚合物、抗氧剂、增塑剂充分混合，利用熔体静电纺丝技术纺丝，制得除甲醛复合纤维。专利CN 114000285 A公开了一种强力吸收分解甲醛的高分子除醛纤维及其制备方法，由高分子纤维材料基层和强力吸收分解甲醛层构成，其中，强力吸收分解甲醛层内含有植物提取液、光触媒和活性炭，因此该高分子除醛纤维能够从植物修复、光催化修复和物理修复多重方面对甲醛进行强力吸收分解，由该高分子纤维材料纺织而成的纺织品具有良好的除醛效果。
然而，混入法普遍存在的技术问题是功能材料的添加对纤维强度及耐用性产生不利影响，通过加入增强材料可以克服这一方面的缺陷。在我们的前期专利CN 115928248 A中，通过采用特定的改性硅橡胶增强粒子对纤维基体进行增强，可以显著提高纤维材料的力学性能和耐老化性能。但该技术为了克服硅橡胶材料与纤维材料相容性较差的缺陷，需严格控制工艺条件使改性硅橡胶增强粒子以无黏连分散形态的纳米粒子，对于制备工艺及成型设备要求较高。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种复合除醛多功能纤维的制造方法。本发明通过具有特定环状结构及梳型长链烷基酯改性的聚硅氧烷对功能纤维材料进行增强改性，可以显著提高纤维材料的柔软性、力学性能和耐老化性能。同时由于本发明的改性聚硅氧烷引入的环状结构及梳型长链烷基酯均有利于聚硅氧烷链在纤维基体材料的中的伸展，无需预先制备成分散形态的纳米粒子，能通过直接熔融混合的方式与纤维基材形成良好结合，显著增强改性效果。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的复合除醛多功能纤维。
本发明的再一目的在于提供一种复合除醛多功能芯片的制造方法。
本发明的又一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的复合除醛多功能芯片。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种复合除醛多功能纤维的制造方法，包括如下制备步骤：
(1)改性聚硅氧烷增强剂的制备：将四甲基环四硅氧烷(D4H)、脂肪酸乙烯酯(FAVEs)和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(VPS)加入到有机溶剂中搅拌溶解均匀，然后升温至70～90℃，加入氯铂酸催化剂搅拌反应，反应结束后真空去除溶剂及低沸物，得到改性聚硅氧烷增强剂；
(2)多功能纤维的制备：将步骤(1)所得改性聚硅氧烷增强剂、复合多功能除醛粉体材料与纤维基体经混合纺丝；或将改性聚硅氧烷增强剂、复合多功能除醛粉体材料与纤维基体经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基体经混合纺丝，得到复合除醛多功能纤维。
进一步地，步骤(1)中所述脂肪酸乙烯酯优选脂肪酸的碳链长度为8～22的脂肪酸乙烯酯。其分子式为CH2＝CHOC(O)CnH2n+1，n＝7～21。
进一步地，步骤(1)中所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的数均分子量优选为500～5000。其分子式为CH2＝CH2SiO(CH3)2[SiO(CH3)2]nSiO(CH3)2CH2＝CH2。
进一步地，步骤(1)中所述有机溶剂优选为乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇、环己烷中的一种或两种以上的混合溶剂。
进一步地，步骤(1)中所述四甲基环四硅氧烷、脂肪酸乙烯酯和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的摩尔比D4H：FAVEs：VPS＝1:1.6～2:1～1.2。在上述反应比例条件下，其理论反应式如下所示：
上述结构的改性聚硅氧烷增强剂具有环状聚硅氧烷及梳型长链烷基酯的线性结构，其有助于聚硅氧烷链在纤维基体材料的中的伸展和分散，显著增强改性效果。
进一步地，步骤(2)中所述复合多功能除醛粉体材料包括粒径＜1μm的纳米多孔炭、纳米硅藻土、纳米矿晶粉、纳米光触媒粉中的至少一种。
进一步地，步骤(2)中所述复合除醛多功能纤维中改性聚硅氧烷增强剂的加入量为纤维基体质量的0.2％～8％，复合多功能除醛粉体材料的加入量为纤维基体质量的0.5％～8％；所述功能母粒中，改性聚硅氧烷增强剂的加入量为纤维基体质量的1％～20％，复合多功能除醛粉体材料的加入量为纤维基体质量的5％～30％。
进一步地，步骤(2)中所述纤维基体为聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇、聚乳酸或醋酸纤维素；所述混合纺丝包括熔融共混纺丝或溶液共混纺丝。
进一步地，步骤(2)中所述混合纺丝或混合制粒过程还加入无机抗菌防霉材料、中药抗病毒材料、无机远红外材料、无机负离子材料中的至少一种。所述无机抗菌防霉材料包括纳米氧化银粉、纳米氧化锌粉、纳米氧化铜粉中的至少一种；所述中药抗病毒材料包括含有抗病毒中药成分的干燥颗粒或负载颗粒；所述无机远红外材料包括远红外陶瓷粉、蛭石原矿石粉、麦饭石原矿石粉中的至少一种；所述无机负离子材料包括电气石负离子粉、天然蛋白石矿粉中的至少一种。
一种复合除醛多功能纤维，通过上述方法制备得到。
一种复合除醛多功能芯片的制造方法，包括如下制备步骤：
将复合除醛多功能纤维与普通纤维，或将复合除醛多功能纤维、普通纤维与粘合原料经开松后送至梳理机中梳理成网，干燥定型，裁剪，得到复合除醛多功能芯片；所述粘合原料为低熔点纤维或胶水粘合物；所述普通纤维为天然植物纤维、动物纤维或人工合成纤维中的至少一种。
一种复合除醛多功能芯片，通过上述方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用具有特定环状结构及梳型长链烷基酯改性的聚硅氧烷对功能纤维材料进行增强改性，可以显著提高纤维材料的柔软性、力学性能和耐老化性能。
(2)本发明的改性聚硅氧烷增强剂相比硅橡胶改性粒子具有显著改善的热塑性，其可以直接通过熔融混合的方式与纤维基材形成良好结合，显著增强改性效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种复合除醛消臭多功能聚酯纤维的制造方法，包括如下制备步骤：
(1)改性聚硅氧烷增强剂的制备：将四甲基环四硅氧烷(D4H)、月桂酸乙烯酯(FAVEs-12)和平均分子量为1000的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(VPS-1000)按摩尔比为D4H：FAVEs-12：VPS-1000＝1:2:1加入到乙醇和环己烷的混合溶剂中搅拌溶解均匀，然后升温至80～90℃，加入氯铂酸异丙醇溶液催化剂搅拌反应3h，反应结束后真空去除溶剂及低沸物，得到白色蜡状改性聚硅氧烷增强剂，其熔点测试结果为89℃。
(2)多功能纤维的制备：将步骤(1)所得改性聚硅氧烷增强剂、无机除醛消臭粉体材料(粒径＜1μm的纳米多孔炭与纳米光触媒粉按质量比为2:1的混合)与聚酯切片按质量比为4:4:92经挤出机熔融共混纺丝，得到复合除醛消臭多功能聚酯纤维。
对本实施例所得产品的除醛消臭性能(消臭性能测试依据GB/T33610.2-2017，测试气体为氨气；除醛性能测试参考消臭性能测试，将测试气体由氨气替换为甲醛)、柔软性(参考ZB W04003-87《织物挺度测试方法斜面悬臂法》进行测试；硬挺度越小，织物的柔软性越好)、力学强度(ISO 5079-1995)和抗老化性能(AATCC186-2009，UV-A型荧光灯，辐照强度0.77W/m2，辐照时间720h，相对湿度65±2％)进行测试，并以未加入改性聚硅氧烷增强剂所得除醛消臭多功能聚酯纤维作为对照组。结果如下表1所示。
表1
由表1结果可见，本发明通过特定的改性聚硅氧烷增强剂对多功能聚酯纤维进行增强，可以显著提高纤维材料的柔软性、力学强度和抗老化性能，且对纤维材料的除醛消臭性能无明显不良影响。
实施例2
本实施例的一种复合除醛消臭抗菌多功能聚酯纤维的制造方法，包括如下制备步骤：
(1)改性聚硅氧烷增强剂的制备：将四甲基环四硅氧烷(D4H)、硬脂酸乙烯酯(FAVEs-18)和平均分子量为2000的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(VPS-2000)按摩尔比为D4H：FAVEs-18：VPS-2000＝1:1.6:1.2加入到乙醇和环己烷的混合溶剂中搅拌溶解均匀，然后升温至80～90℃，加入氯铂酸异丙醇溶液催化剂搅拌反应3h，反应结束后真空去除溶剂及低沸物，得到白色蜡状改性聚硅氧烷增强剂，其熔点测试结果为96℃。
(2)多功能纤维的制备：将步骤(1)所得改性聚硅氧烷增强剂、无机除醛消臭粉体材料(粒径＜1μm的纳米多孔炭与纳米光触媒粉按质量比为2:1的混合)、无机抗菌防霉材料(纳米氧化银粉与纳米氧化锌粉按质量比为1:1的混合)与聚酯切片按质量比为3:3:2:92经挤出机熔融共混纺丝，得到复合除醛消臭抗菌多功能聚酯纤维。
本实施例所得复合除醛消臭抗菌多功能聚酯纤维性能测试结果显示除醛率为80％，消臭率为72％，抗菌率为99％(依照“GB/T 20944.3-2008振荡法”；测试菌为金黄色葡萄球菌)，防霉等级为0级(GB/T 24346-2009)。柔软性测试结果显示硬挺度为1.60cm。力学强度性能测试结果显示断裂强度为7.6cN/dtex，断裂伸长率为50％。抗老化性能测试结果显示强度保持率为94.7％，伸长率保持率为98.0％。而未加入改性聚硅氧烷增强剂所得除醛消臭抗菌多功能聚酯纤维性能测试结果显示除醛率为81％，消臭率为73％，抗菌率为99％，防霉等级为0级。柔软性测试结果显示硬挺度为3.87cm。力学强度性能测试结果显示断裂强度为4.6cN/dtex，断裂伸长率为27％。抗老化性能测试结果显示强度保持率为69.6％，伸长率保持率为59.3％。
由以上结果可见，本发明通过特定的改性聚硅氧烷增强剂对多功能聚酯纤维进行增强，可以显著提高纤维材料的柔软性、力学强度和抗老化性能，且对纤维材料的除醛消臭性能和抗菌防霉性能无明显不良影响。
对比例1
本对比例与实施例1相比，D4H：FAVEs-12：VPS-1000＝2:6:1，其余相同。所得改性聚硅氧烷增强剂的熔点测试结果为48℃。
本对比例所得复合除醛消臭多功能聚酯纤维的柔软性测试结果显示硬挺度为3.02cm。力学强度性能测试结果显示断裂强度为5.1cN/dtex，断裂伸长率为34％。抗老化性能测试结果显示强度保持率为72.5％，伸长率保持率为70.6％。
由本对比例与实施例1的比较结果可以看出，改性聚硅氧烷增强剂中长链聚硅氧烷链段过少对纤维材料的柔软性、力学强度和抗老化性能的改善作用有限。
对比例2
本对比例与实施例1相比，D4H：FAVEs-12：VPS-1000＝1:0.8:1.6，其余相同。所得改性聚硅氧烷增强剂无法完全加热熔融。
本对比例所得复合除醛消臭多功能聚酯纤维的柔软性测试结果显示硬挺度为2.76cm。力学强度性能测试结果显示断裂强度为5.9cN/dtex，断裂伸长率为40％。抗老化性能测试结果显示强度保持率为81.4％，伸长率保持率为80.0％。
由本对比例与实施例1的比较结果可以看出，改性聚硅氧烷增强剂制备过程中FAVEs加入量过少而VPS加入量过多会导致增强效果的降低。其原因在于FAVEs加入量过少而VPS加入量过多会导致改性聚硅氧烷增强剂存在部分交联，塑性降低，其在纤维基材中的分散性降低。
对比例3
本对比例与实施例1相比，采用常规市购长链烷基改性硅蜡(熔点56℃)替代改性聚硅氧烷增强剂，其余相同。
本对比例所得复合除醛消臭多功能聚酯纤维的柔软性测试结果显示硬挺度为2.53cm。力学强度性能测试结果显示断裂强度为5.7cN/dtex，断裂伸长率为38％。抗老化性能测试结果显示强度保持率为80.7％，伸长率保持率为78.9％。
由本对比例与实施例1的比较结果可以看出，采用不含有环状结构的普通烷基改性硅蜡替代本发明的改性聚硅氧烷增强剂会导致增强效果的降低。其原因在于普通烷基改性硅蜡其烃链分布不均，且其长链聚硅氧烷链在纤维基材中不能有效伸展，聚硅氧烷链存在明显的集聚缠绕倾向，导致增强效果的降低。
实施例3
本实施例的一种复合除醛消臭多功能芯片的制造方法，包括如下制备步骤：
将实施例1所得复合除醛消臭多功能纤维与普通竹炭纤维和4080低熔点纤维经开松后送至梳理机中梳理成网，收集后经物理碾压预黏连成纤维网，然后送至热粘合机干燥定型，裁剪，得到复合除醛多功能芯片。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合除醛多功能纤维的制造方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)改性聚硅氧烷增强剂的制备：将四甲基环四硅氧烷、脂肪酸乙烯酯和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷加入到有机溶剂中搅拌溶解均匀，然后升温至70～90℃，加入氯铂酸催化剂搅拌反应，反应结束后真空去除溶剂及低沸物，得到改性聚硅氧烷增强剂；
(2)多功能纤维的制备：将步骤(1)所得改性聚硅氧烷增强剂与复合多功能除醛粉体材料和纤维基体经混合纺丝；或将改性聚硅氧烷增强剂与复合多功能除醛粉体材料和纤维基体经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基体经混合纺丝，得到复合除醛多功能纤维。
2.根据权利要求1所述的一种复合除醛多功能纤维的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述脂肪酸乙烯酯为脂肪酸的碳链长度为8～22的脂肪酸乙烯酯；所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的数均分子量为500～5000；所述有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇、环己烷中的一种或两种以上的混合溶剂。
3.根据权利要求1所述的一种复合除醛多功能纤维的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述四甲基环四硅氧烷、脂肪酸乙烯酯和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的摩尔比为1:1.6～2:1～1.2。
4.根据权利要求1所述的一种复合除醛多功能纤维的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述复合多功能除醛粉体材料包括粒径＜1μm的纳米多孔炭、纳米硅藻土、纳米矿晶粉、纳米光触媒粉中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种复合除醛多功能纤维的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述复合除醛多功能纤维中改性聚硅氧烷增强剂的加入量为纤维基体质量的0.2％～8％，复合多功能除醛粉体材料的加入量为纤维基体质量的0.5％～8％；所述功能母粒中，改性聚硅氧烷增强剂的加入量为纤维基体质量的1％～20％，复合多功能除醛粉体材料的加入量为纤维基体质量的5％～30％。
6.根据权利要求1所述的一种复合除醛多功能纤维的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述纤维基体为聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇、聚乳酸或醋酸纤维素；所述混合纺丝包括熔融共混纺丝或溶液共混纺丝。
7.根据权利要求1所述的一种复合除醛多功能纤维的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述混合纺丝或混合制粒过程还加入无机抗菌防霉材料、中药抗病毒材料、无机远红外材料、无机负离子材料中的至少一种；所述无机抗菌防霉材料包括纳米氧化银粉、纳米氧化锌粉、纳米氧化铜粉中的至少一种；所述中药抗病毒材料包括含有抗病毒中药成分的干燥颗粒或负载颗粒；所述无机远红外材料包括远红外陶瓷粉、蛭石原矿石粉、麦饭石原矿石粉中的至少一种；所述无机负离子材料包括电气石负离子粉、天然蛋白石矿粉中的至少一种。
8.一种复合除醛多功能纤维，其特征在于，通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.一种复合除醛多功能芯片的制造方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
将权利要求8所述的复合除醛多功能纤维与普通纤维，或将复合除醛多功能纤维与普通纤维和粘合原料经开松后送至梳理机中梳理成网，干燥定型，裁剪，得到复合除醛多功能芯片；所述粘合原料为低熔点纤维或胶水粘合物；所述普通纤维为天然植物纤维、动物纤维或人工合成纤维中的至少一种。
10.一种复合除醛多功能芯片，其特征在于，通过权利要求9所述的方法制备得到。
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