CN118422397A - 一种涤纶纱线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涤纶纱线及其制备方法，属于涤纶纱线技术领域。本发明制得的涤纶纱线使用聚酯切片作为基体，在改性后，将得到的改性聚酯纤维与多种其他纤维并合，制成熟条，在粗纱机上进行牵伸和加捻，再在细纱机上进一步牵伸加捻，绕卷、最终合并，制成涤纶纱线。本发明的优点在于：制得的纱线舒适度高，吸湿性能好；同时，通过对改性聚酯纤维，赋予了涤纶纱线显著的抗菌性和抗静电性能，并且抗菌性能更加长久与稳定，因此，本发明制得的涤纶纱线具有稳定高效的吸湿性、抗菌性和抗静电性能并且舒适度高，在涤纶纱线技术领域具备重要应用价值。

Description

一种涤纶纱线及其制备方法

技术领域

本发明属于涤纶纱线技术领域，具体地，涉及一种涤纶纱线及其制备方法。

背景技术

涤纶也叫聚酯纤维，是一种由有机二元酸和二元醇通过化学缩聚制成的合成纤维，是三大合成纤维工艺最简单价格也最便宜的一种，具有强度高、耐磨、弹性好、不易变形、耐腐蚀、耐光、耐化学性好、易洗快干等优点，在民用纺织品领域(如衣料、床上用品、装饰布等)和工业纤维品领域(如过滤材料、绝缘材料、轮胎帘子线等)都有非常广泛的应用。

随着现代科技的进步及人们生活水平的提高，社会对于纺织面料的功能性要求越来越高，而传统的涤纶纱线抗静电性较差，在加工成面料和面料的使用过程中受到摩擦、挤压等物理作用会产生静电现象，静电易吸附空气中的尘埃微粒，而尘埃含有多种病毒、细菌及其他对人体有害物质，且静电现象容易引起局部释放小火花，产生令人刺痒不适的电击感。此外，在炎热的夏季人们在活动后，容易出汗，普通的涤纶纱线亲水性较差，吸湿能力弱，出汗后不易排出，长期使用后会有闷热感，降低穿着的舒适度，而且潮湿条件下更易滋生细菌，严重限制了涤纶纱线的应用领域。

目前常常添加抗静电剂和抗菌剂以提高涤纶纱线的性能，但是常规的抗静电剂和抗菌剂与涤纶的相容性较差，多次洗涤后容易脱落，导致性能丧失，难以长期使用，综上，亟需发明一种具有抗菌抗静电性能并且性能长久稳定的涤纶纱线，以满足涤纶纱线技术领域的更高需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种涤纶纱线及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种涤纶纱线的制备方法，包括以下步骤：

A1、将聚酯切片置于真空干燥箱中，干燥12h，取出后与改性碳纳米管和二氧化锗混合，加入双螺杆挤出机中，熔融共混纺丝得到初生纤维，经过拉伸得到改性聚酯纤维；

A2、将改性聚酯纤维、羊毛纤维、棉花纤维并条机上并合，制成熟条，在粗纱机上进行牵伸和加捻，再在细纱机上进一步牵伸加捻，绕卷、最终合并制成涤纶纱线。

进一步地，步骤A1中各原料按照重量份数计如下：80-100份聚酯切片、10-20份改性碳纳米管、0.1-0.3份二氧化锗。

进一步地，步骤A2中各原料按照重量份数计如下：70-80份改性聚酯纤维、20-30份羊毛纤维、30-40份棉花纤维。

使用聚酯切片作为基体，赋予了纱线优异的力学性能和耐磨耐腐蚀行，并且易洗快干；将棉花纤维和羊毛纤维作为混纺原料，赋予了纱线优良的舒适度和吸湿性能。

进一步地，所述改性碳纳米管通过以下步骤制得：

S1、在装有搅拌装置三口烧瓶中将二乙烯三胺、甲氧基聚乙二醇醛基(mPEG-CHO)、哌啶(缩合剂)和吡啶搅拌混合均匀，控制反应温度为40℃，保温反应6h，反应完成后，自然冷却，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用甲醇/乙酸乙酯的混合溶剂，二者的体积比为2:7)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体1；二乙烯三胺、甲氧基聚乙二醇醛基、哌啶、吡啶的用量之比为12.6g:0.1mol:15mL:100mL；

在缩合剂的作用下，二乙烯三胺上的氨基与甲氧基聚乙二醇醛基上的醛基发生缩合，形成亚胺基(C＝N席夫碱结构)，并通过控制二者的摩尔比接近1:1且二乙烯三胺略微过量，使二乙烯三胺上只有一个氨基参与到反应，得到中间体1；具体反应过程如下所示：

S2、在装有搅拌装置的三口烧瓶中，将羧基化碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)混合，磁力搅拌2h，使羧基化碳纳米管分散均匀，再依次加入中间体1、二环己基碳二亚胺(DCC，脱水剂)和4-二甲氨基吡啶(DMAP，催化剂)，搅拌均匀后，置于45℃水浴中超声2h，再撤去水浴在室温下磁力搅拌8h，反应完成，抽滤，用无水乙醇洗涤2-3次，干燥，研磨，得到中间体2；羧基化碳纳米管、N,N-二甲基甲酰胺、中间体1、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶的用量之比为10g:100mL:20g:25g:0.3g；

在脱水剂与催化剂的作用下，羧基化碳纳米管表面的-COOH与中间体1上的-NH₂发生酰胺化反应，在碳纳米管表面接枝有机分子，得到中间体2；具体反应过程如下所示：

S3、氮气保护下，在装有搅拌装置的三口烧瓶中将中间体2与N,N-二甲基甲酰胺混合，磁力搅拌45min后，加入6-氯-1-己醇和碳酸钾，控制反应温度为75℃，搅拌反应8h，反应完成，抽滤，用无水乙醇洗涤，干燥，研磨，得到中间体3；中间体2、N,N-二甲基甲酰胺、6-氯-1-己醇、碳酸钾的用量之比为10g:100mL:15g:8g；

中间体2与6-氯-1-己醇发生亲核取代，碳酸钾除去反应生成的氯化氢，得到中间体3；中间体3结构如下所示：

S4、在装有搅拌装置的三口烧瓶中将中间体3和碘甲烷混合搅拌均匀，超声分散20min，控制反应温度在80℃，反应6h，反应完成，减压蒸馏，无水乙醇洗涤，冷却干燥，得到改性碳纳米管；中间体3、碘甲烷的用量之比为10g:100mL；

中间体3上叔氨基与碘甲烷发生烷基化反应，得到改性碳纳米管(季铵化产物)；改性碳纳米管的结构如下所示：

制得的改性碳纳米管通过化学键合作用接枝有机分子链，即在其表面形成一层有机层，能够大幅改善碳纳米管与基体的界面相容性，减轻了碳纳米管的团聚现象，从而促进改性碳纳米管在基体中均匀分散，充分发挥了碳纳米管的抗静电性能，还能对基体起到增强作用；不仅如此，碳纳米管接枝有机分子链，可以有效防止有机分子的迁移和渗出，保证各项性能的持久性；另外，有机分子链上含有羟基、聚乙二醇、季铵盐、席夫碱结构，其中羟基不仅能在熔融纺丝过程中，与聚酯分子链产生化学键合作用，提高与基体的相互作用力，使有机分子链在漂洗时不易脱落，提高性能持久性；引入亲水链聚乙二醇结构，能大幅提升基体的亲水性能，并且聚乙二醇属于柔性链段还能进一步提升基体的力学性能；引入季铵盐离子凭借其所带正电荷与负电荷的菌体之间会产生强的静电相互作用，对菌体会产生强烈的吸附作用，有效的提升了基体的抗菌性与抗静电性能；最后，席夫碱结构可以与细菌蛋白质和酶相互作用，使细菌核苷酸和氨基酸合成受阻，与季铵盐离子起到协效作用，显著提升了基体的抗菌性能。

进一步地，所述羧基化碳纳米管通过如下步骤制备：

将碳纳米管置于锥形瓶中，然后加入混酸，于60℃水浴中超声处理5h，待混合物冷却至室温后加入去离子水稀释，离心、并用无水乙醇和去离子水依次洗涤3-4次，干燥，研磨，得到羧基化碳纳米管；混酸为质量分数98％的浓硫酸与质量分数为38.5％的浓盐酸按照体积比4:1复配得到的混合物；碳纳米管、混酸的用量之比为1g:100mL；

通过强酸对碳纳米管进行超声剪切和氧化处理，可以在碳纳米管侧壁和顶端引入一定数量的羧基活性基团，为后续化学反应奠定反应位点。

本发明的有益效果：

1、本发明使用聚酯切片作为基体，并在改性后与棉花纤维和羊毛纤维混纺制得的涤纶纱线，制得的纱线力学性能优异，舒适度高，吸湿性能好；

2、制得的改性碳纳米管，相比普通的碳纳米管，团聚现象明显减轻，抗静电性能充分发挥；还能进一步增强纱线的吸湿性和力学强度，赋予了纱线显著的抗菌性和抗静电性能，并且性能长久稳定；

因此，本发明制得的涤纶纱线具有稳定高效的吸湿性、抗菌性和抗静电性能，并且力学强度和舒适度高，在涤纶纱线技术领域具备重要应用价值。

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

制备羧基化碳纳米管：

将20g碳纳米管置于锥形瓶中，然后加入2000mL浓硫酸(质量分数98％)与浓盐酸(质量分数为38.5％)按照体积比4:1复配得到的混酸，于60℃水浴中超声处理5h，待混合物冷却至室温后加入去离子水稀释，离心、并用无水乙醇和去离子水依次洗涤4次，干燥，研磨，得到羧基化碳纳米管。

实施例2

制备改性碳纳米管：

S1、在装有搅拌装置三口烧瓶中将12.6g二乙烯三胺、50g甲氧基聚乙二醇醛基(分子量500)、15mL哌啶和100mL吡啶搅拌混合均匀，控制反应温度为40℃，保温反应6h，反应完成后，自然冷却，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用甲醇/乙酸乙酯的混合溶剂，二者的体积比为2:7)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体1；

S2、在装有搅拌装置的三口烧瓶中，将10g羧基化碳纳米管与100mLDMF混合，磁力搅拌2h，使羧基化碳纳米管分散均匀，再依次加入20g中间体1、25gDCC和0.3gDMAP，搅拌均匀后，置于45℃水浴中超声2h，再撤去水浴在室温下磁力搅拌8h，反应完成，抽滤，用无水乙醇洗涤2-3次，干燥，研磨，得到中间体2；

S3、氮气保护下，在装有搅拌装置的三口烧瓶中将10g中间体2与100mLDMF混合，磁力搅拌45min后，加入15g6-氯-1-己醇和8g碳酸钾，控制反应温度为75℃，搅拌反应8h，反应完成，抽滤，用无水乙醇洗涤，干燥，研磨，得到中间体3；

S4、在装有搅拌装置的三口烧瓶中将10g中间体3和100mL碘甲烷混合搅拌均匀，超声分散20min，控制反应温度在80℃，反应6h，反应完成，减压蒸馏，无水乙醇洗涤，冷却干燥，得到改性碳纳米管。

实施例3

制备改性碳纳米管：

S1、在装有搅拌装置三口烧瓶中将25.2g二乙烯三胺、100g甲氧基聚乙二醇醛基(分子量500)、30mL哌啶和200mL吡啶搅拌混合均匀，控制反应温度为40℃，保温反应6h，反应完成后，自然冷却，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用甲醇/乙酸乙酯的混合溶剂，二者的体积比为2:7)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体1；

S2、在装有搅拌装置的三口烧瓶中，将20g羧基化碳纳米管与200mLDMF混合，磁力搅拌2h，使羧基化碳纳米管分散均匀，再依次加入40g中间体1、50gDCC和0.6gDMAP，搅拌均匀后，置于45℃水浴中超声2h，再撤去水浴在室温下磁力搅拌8h，反应完成，抽滤，用无水乙醇洗涤2-3次，干燥，研磨，得到中间体2；

S3、氮气保护下，在装有搅拌装置的三口烧瓶中将20g中间体2与200mLDMF混合，磁力搅拌45min后，加入30g6-氯-1-己醇和16g碳酸钾，控制反应温度为75℃，搅拌反应8h，反应完成，抽滤，用无水乙醇洗涤，干燥，研磨，得到中间体3；

S4、在装有搅拌装置的三口烧瓶中将20g中间体3和200mL碘甲烷混合搅拌均匀，超声分散20min，控制反应温度在80℃，反应6h，反应完成，减压蒸馏，无水乙醇洗涤，冷却干燥，得到改性碳纳米管。

实施例4

A1、将80g聚酯切片置于真空干燥箱中，干燥12h，取出后与10g由实施例2制得的改性碳纳米管和0.1g二氧化锗混合，加入双螺杆挤出机中，熔融共混纺丝得到初生纤维，经过拉伸得到改性聚酯纤维；

A2、将70g改性聚酯纤维、20g羊毛纤维、30g棉花纤维并条机上并合，制成熟条，在粗纱机上进行牵伸和加捻，再在细纱机上进一步牵伸加捻，绕卷、最终合并制成涤纶纱线。

实施例5

A1、将90g聚酯切片置于真空干燥箱中，干燥12h，取出后与15g由实施例3制得的改性碳纳米管和0.2g二氧化锗混合，加入双螺杆挤出机中，熔融共混纺丝得到初生纤维，经过拉伸得到改性聚酯纤维；

A2、将75g改性聚酯纤维、25g羊毛纤维、35g棉花纤维并条机上并合，制成熟条，在粗纱机上进行牵伸和加捻，再在细纱机上进一步牵伸加捻，绕卷、最终合并制成涤纶纱线。

实施例6

A1、将100g聚酯切片置于真空干燥箱中，干燥12h，取出后与20g由实施例3制得的改性碳纳米管和0.3g二氧化锗混合，加入双螺杆挤出机中，熔融共混纺丝得到初生纤维，经过拉伸得到改性聚酯纤维；

A2、将80g改性聚酯纤维、30g羊毛纤维、40g棉花纤维并条机上并合，制成熟条，在粗纱机上进行牵伸和加捻，再在细纱机上进一步牵伸加捻，绕卷、最终合并制成涤纶纱线。

对比例1

使用同等质量的普通碳纳米管替换实施例6中的改性碳纳米管，其余步骤与实施例6相同。

对比例2

A1、将100g聚酯切片置于真空干燥箱中，干燥12h，取出后与12g纤维抗菌整理剂(北京凯泰新世纪生物技术有限公司生产，型号CTB-DL)、8g抗静电剂(东莞太洋新材料科技有限公司生产，型号TY-XS023)和0.3g二氧化锗混合，加入双螺杆挤出机中，熔融共混纺丝得到初生纤维，经过拉伸得到改性聚酯纤维；

A2、将80g改性聚酯纤维、30g羊毛纤维、40g棉花纤维并条机上并合，制成熟条，在粗纱机上进行牵伸和加捻，再在细纱机上进一步牵伸加捻，绕卷、最终合并制成涤纶纱线。

对实施例4-6和对比例1-2制得的纱线采用国家标准GB/T14344-93《合成纤维长丝及变形丝断裂强力及断裂伸长试验方法》测定断裂伸长率；

对实施例4-6和对比例1-2获得的涤纶纱线，使用大圆机纬编方法制成面料，根据不同的测试标准裁剪成测试样品，进行如下性能测试：

采用国家标准GB/T 12703.2-2009《纺织品静电测试方法第2部分：电荷面密度》测定面料的电荷面密度(uC/m²)，从而测试抗静电性能(电荷面密度越小，抗静电性能越好)；

采用国家标准GB/T 21655.1-2008《纺织品吸湿速干性的评定第1部分：单项组合试验法》测定吸水率；

采用国家标准GB/T 20944.2-2007《纺织品抗菌性能的评价-第2部分：吸收法》测定大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率；

将试样水洗30次前后，采用相同标准，测定抗静电性能和抑菌率；

测得结果如下表所示：

由上表可知，本发明实施例制得的涤纶纱线其吸湿性、抗菌性和抗静电性和力学性能都高于对比例，并且性能长久稳定，水洗不易丧失性能，在涤纶纱线技术领域具备重要应用价值。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种涤纶纱线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将聚酯切片干燥后与改性碳纳米管和二氧化锗混合，加入双螺杆挤出机中，熔融共混纺丝，再经过拉伸得到改性聚酯纤维；将改性聚酯纤维、羊毛纤维、棉花纤维并条机上并合，制成熟条，在粗纱机上进行牵伸和加捻，再在细纱机上进一步牵伸加捻，绕卷、最终合并，制成涤纶纱线；

其中，改性碳纳米管通过以下步骤制得：

S1、将二乙烯三胺、甲氧基聚乙二醇醛基、哌啶和吡啶搅拌混合均匀，40℃下反应6h，反应完成后，自然冷却，旋蒸，柱层析提纯，旋蒸，得到中间体1；

S2、将羧基化碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌2h，依次加入中间体1、二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶，搅拌均匀后，置于45℃水浴中超声2h，再撤去水浴在室温下磁力搅拌8h，反应完成，抽滤，洗涤，干燥，研磨，得到中间体2；

S3、氮气保护下，将中间体2与N,N-二甲基甲酰胺混合，磁力搅拌45min后，加入6-氯-1-己醇和碳酸钾，75℃下搅拌反应8h，反应完成，抽滤，洗涤，干燥，研磨，得到中间体3；

S4、将中间体3和碘甲烷混合搅拌均匀，超声分散20min，80℃下反应6h，反应完成，减压蒸馏，洗涤，冷却干燥，得到改性碳纳米管。

2.根据权利要求1所述的一种涤纶纱线的制备方法，其特征在于，步骤S1中二乙烯三胺、甲氧基聚乙二醇醛基、哌啶、吡啶的用量之比为12.6g:0.1mol:15mL:100mL。

3.根据权利要求1所述的一种涤纶纱线的制备方法，其特征在于，步骤S2中羧基化碳纳米管、N,N-二甲基甲酰胺、中间体1、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶的用量之比为10g:100mL:20g:25g:0.3g。

4.根据权利要求1所述的一种涤纶纱线的制备方法，其特征在于，步骤S3中中间体2、N,N-二甲基甲酰胺、6-氯-1-己醇、碳酸钾的用量之比为10g:100mL:15g:8g。

5.根据权利要求1所述的一种涤纶纱线的制备方法，其特征在于，步骤S4中中间体3、碘甲烷的用量之比为10g:100mL。

6.根据权利要求1所述的一种涤纶纱线的制备方法，其特征在于，步骤A1中各原料按照重量份数计如下：80-100份聚酯切片、10-20份改性碳纳米管、0.1-0.3份二氧化锗。

7.根据权利要求1所述的一种涤纶纱线的制备方法，其特征在于，步骤A2中各原料按照重量份数计如下：70-80份改性聚酯纤维、20-30份羊毛纤维、30-40份棉花纤维。

8.一种涤纶纱线，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的方法制备而成。