CN103710790A - 一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维及其制备方法 Download PDF

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刘龙敏
刘志麟
郑铮
吴铁城
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Abstract

本发明提供一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其特征在于:所述复合聚酯纤维包括A组分和B组分,A组分为不含石墨烯的聚酯,B组分为含重量比0.3-3.0%的石墨烯的聚酯。本发明还提供这种复合聚酯纤维的制备方法。本发明的复合聚酯纤维成本低、强度高,而且抗静电、抗菌性能好。

Description

一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学纤维加工领域,特别的涉及一种以石墨烯增强的复合聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
聚酯纤维产品因其吸湿性能较差,在干燥气候下容易积聚电荷形成静电,使穿着和使用时产生不适感,也使聚酯纤维在很多方面的应用受到限制,如电子领域、医疗领域等。为改善其抗静电性能,可采用加入导电物质的方式进行改性。一般合成纤维的体积电阻率在1015Ω·cm以上,而要使人体感觉舒适,不产生放电现象,纤维的体积电阻率应在1010Ω·cm以下。而随着人们对于服用纤维舒适性的要求的提高,结合抗菌性能的抗静电纤维得到了人们的认可。
传统抗静电、抗菌纤维的制备方法主要是采用纤维或织物涂层、镀膜的方法实现,如专利公开号CN103194891A“银系抗菌抗静电纤维的生产方法、银系抗菌抗静电纤维及其制备的服装”采用镀银的方法实现,而专利公开号CN101463560B“耐磨耗的抗静电纤维及制造方法和制造该纤维的组合物”是采用涂覆烷基磷酸酯盐的方法实现,这两种方法虽然效果显著,但耐水洗性能较差,不具有永久性。
近年来发现的石墨烯本质上是分离出来的单原子层平面石墨,是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,因其结构的特殊性具有其它物质不能比拟的特殊性能,特别是它的电阻率极低,电子移动速度极快,因而是一种导电性能极好的导体,如专利公开号CN102828267A“一种导电的高强度的石墨烯增强的聚合物纤维的制备方法”利用石墨烯的优异导电性能研制出了导电聚合物纤维。其次,它也是目前发现的强度最大的材料,可以作为纤维增强材料,如专利公开号CN102618955A“超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维制备方法及其应用”研制的超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维,其拉伸强度可达2.5GPa,在氮气中的热分解温度可达390℃,可作为轻质防弹复合材料。此外,石墨烯的导热性能极好、且对于抑制大肠杆菌的生长超级有效。
发明内容
本发明提供一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其目的是提供一种复合聚酯纤维,该复合聚酯纤维成本低、强度高,而且抗静电、抗菌性能好。
本发明还提供上述复合聚酯纤维的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其特征在于:所述复合聚酯纤维包括A组分和B组分,A组分为不含石墨烯的聚酯,B组分为含重量百分比0.3-3.0%的石墨烯的聚酯。
上述A组分和B组分的重量比为(60~90):(40~10)。
上述复合聚酯纤维结构为并列结构时,并列结构的一侧为A组分,另一侧为B组分。
上述复合聚酯纤维结构为皮芯结构时,皮芯结构的芯层为A组分,皮层为B组分。
上述复合聚酯纤维结构为偏芯结构时,偏芯结构的皮层为A组分,芯层为B组分。
一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维的制备方法,其特征在于:A:制备含重量比0.3-3.0%的石墨烯的聚酯作为B组分:
(1)将1~10重量份的石墨烯粉体与99~90重量份的乙二醇液体混合,并投入0.5~5重量份的分散剂,0.5~5重量份的偶联剂,搅拌研磨1~3小时;
(2)将步骤(1)得到的溶液进行超声波分散1~3小时,制成石墨烯分散均匀的石墨烯/乙二醇溶液;
(3)将精对苯二甲酸投入到上述步骤(2)得到的石墨烯/乙二醇溶液中并混合均匀,精对苯二甲酸投入比例为精对苯二甲酸:乙二醇的摩尔比1:1.05~1:1.3,并投入聚酯催化剂,搅拌均匀,形成浆料;
(4)将上述浆料按照聚酯生产工艺进行酯化聚合反应,生成聚酯熔体,并冷却造粒,制成含重量百分比0.3-3.0%的石墨烯的聚酯作为B组分;
B:复合纺丝工艺:
以不含石墨烯的聚酯作为A组分,将A、B组份分别结晶、干燥后,通过各自的螺杆和计量装备分别注入复合纺丝工艺各自的箱体中,取A组分和B组分的重量比为(60~90):(40~10),以复合纺丝工艺形成并列结构、皮芯结构或偏芯结构的复合聚酯纤维。
步骤(1)中石墨烯粉体的粒径范围500nm~2000nm。
步骤(1)中的分散剂是硅烷酯类或氨基硅烷酯类分散剂的一种或其混合物。
步骤(1)中的偶联剂是硅烷类偶联剂的一种或几种的混合物。
本发明的有益效果是:
1、在聚合过程中添加石墨烯材料,使石墨烯在聚酯基体材料中分散均匀,可纺性好;
2、因石墨烯导电性能极好,添加量少,且与不含石墨烯的聚酯制成复合结构纤维,大大减少成本;
3、导电材料与高分子纤维材料紧密结合在内部中,具有永久抗静电性;复合纤维的体积电阻率达到104~1010Ω·cm,体积电阻率的测定方法依据国标GB/T12703.4-2010;
4、因对大肠杆菌有抑制生长作用,制成的纤维有永久抗菌作用;对大肠杆菌的抑菌率达到95.00~99.99%,抗菌性能的评定方法依据美国标准AATCC100-2004;
5、因纤维的强度得到增强,使纤维性能更加优越;相对于同条件下普通聚酯粒子纯组分纤维强度可以提高0.2~1.0cN/dtex,纤维强度的测试方法依据国标GB/T14344-2008。
具体实施方式
实施例1
投入重量份(以下的“份”均为重量份)1份石墨烯粉体(石墨烯粉体的粒径范围500nm~2000nm)和99份乙二醇液体(乙二醇纯度≥99.9%)混合,投入1份的分散剂(分散剂为硅烷酯类或氨基硅烷酯类分散剂的一种或其混合物),1份的偶联剂(偶联剂可以是硅烷类偶联剂的一种或几种的混合物),搅拌均匀后研磨3小时,再用超声波分散3个小时,制成石墨烯分散均匀的石墨烯/乙二醇溶液,再将精对苯二甲酸按照(精对苯二甲酸:乙二醇)的摩尔比(1:1.12)的比例投入石墨烯/乙二醇溶液,搅拌0.5个小时以搅拌均匀,形成浆料,然后按照聚酯生产工艺,加温进行酯化和聚合反应,生成聚酯熔体,并冷却造粒,生成具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的聚酯粒子,该聚酯粒子的特性粘度为0.630dl/g,石墨烯在该聚酯粒子中的有效含量为0.3%(重量百分比)。
再将普通的不含石墨烯的聚酯粒子作为A组分,上述具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的含石墨烯0.3%的聚酯粒子作为B组分,将A、B组份分别结晶、干燥后,通过各自的螺杆和计量装备分别注入复合纺丝工艺各自的箱体中,取A、B组分按照60:40的比例进行复合纺丝,生成具有并列结构的复合纤维,并列结构的一侧是A组分,是普通的聚酯,另一侧为B组分,是具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的聚酯。
该复合纤维具有显著的抗静电作用,其电阻率可以达到109Ω·cm;而且具有持久的抗菌作用,其对大肠杆菌的抑菌率可达到97.0%。纤维强度比同等条件下的普通聚酯粒子纯组分纤维提高0.3cN/dtex。
实施例2
投入重量份3.5份石墨烯粉体(石墨烯粉体的粒径范围500nm~2000nm)和96.5份乙二醇液体(乙二醇纯度≥99.9%)混合,投入1份重的分散剂(分散剂为硅烷酯类或氨基硅烷酯类分散剂的一种或其混合物),1份重的偶联剂,搅拌均匀后研磨3小时,再用超声波分散3个小时,制成石墨烯分散均匀的石墨烯/乙二醇溶液,再将精对苯二甲酸按照(精对苯二甲酸:乙二醇)的摩尔比(1:1.15)的比例投入石墨烯/乙二醇溶液,搅拌0.5个小时以搅拌均匀,形成浆料,然后按照聚酯生产工艺,加温进行酯化和聚合反应,生成聚酯熔体,并冷却造粒,生成具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的聚酯粒子,该聚酯粒子的特性粘度为0.635dl/g,石墨烯在该聚酯粒子中的有效含量为1.0%(重量百分比)。
再将普通的不含石墨烯的聚酯粒子作为A组分,上述具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的含石墨烯1.0%的聚酯粒子作为B组分,将A、B组份分别结晶、干燥后,通过各自的螺杆和计量装备分别注入复合纺丝工艺各自的箱体中,A、B组分按照80:20的比例进行复合纺丝,生成具有皮芯结构的复合纤维,芯层是A组分,是普通的聚酯,皮层为B组分,是具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的聚酯。
该复合纤维具有显著的抗静电作用,其电阻率可以达到107Ω·cm;而且具有持久的抗菌作用,其对大肠杆菌的抑菌率可达到99.0%。纤维强度比同等条件下的普通聚酯粒子纯组分纤维提高0.5cN/dtex。
实施例3
投入重量份10份石墨烯粉体(石墨烯粉体的粒径范围500nm~2000nm)和90份乙二醇液体(乙二醇纯度≥99.9%)混合,投入3份重的分散促剂(分散剂为硅烷酯类或氨基硅烷酯类分散剂的一种或其混合物),3份重的偶联剂,搅拌均匀后研磨3小时,再用超声波分散3个小时,制成石墨烯分散均匀的石墨烯/乙二醇溶液,再将精对苯二甲酸按照(精对苯二甲酸:乙二醇)的摩尔比(1:1.15)的比例投入石墨烯/乙二醇溶液,搅拌0.5个小时以搅拌均匀,形成浆料,然后按照聚酯生产工艺,加温进行酯化和聚合反应,生成聚酯熔体,并冷却造粒,生成具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的聚酯粒子,该聚酯粒子的特性粘度为0.658dl/g,石墨烯在该聚酯粒子中的有效含量为3.0%(重量百分比)。
再将普通聚酯粒子作为A组分,上述具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的含石墨烯3.0%的聚酯粒子作为B组分,将A、B组份分别结晶、干燥后,通过各自的螺杆和计量装备分别注入复合纺丝工艺各自的箱体中,A、B组分按照重量比70:30的比例进行复合纺丝,生产具有偏芯结构的复合纤维,复合纤维芯层为普通的聚酯,皮层是具有抗静电、抗菌并具有纤维增强作用的聚酯。
该复合纤维具有显著的抗静电作用,其电阻率可以达到105Ω·cm;而且具有持久的抗菌作用,其对大肠杆菌的抑菌率可达到99.99%。纤维强度比同等条件下的普通聚酯粒子纯组分纤维提高0.8cN/dtex。
上述各实施例中工艺中B组分的聚酯粒子的特性粘度值为0.6~0.7dl/g,测试方法依据国标GB/T14190-1993。

Claims (9)

1.一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其特征在于:所述复合聚酯纤维包括A组分和B组分,A组分为不含石墨烯的聚酯,B组分为含重量百分比0.3-3.0%的石墨烯的聚酯。
2.如权利要求1所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其特征在于:上述A组分和B组分的重量比为(60~90):(40~10)。
3.如权利要求1所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其特征在于:上述复合聚酯纤维结构为并列结构时,并列结构的一侧为A组分,另一侧为B组分。
4.如权利要求1所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其特征在于:上述复合聚酯纤维结构为皮芯结构时,皮芯结构的芯层为A组分,皮层为B组分。
5.如权利要求1所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维,其特征在于:上述复合聚酯纤维结构为偏芯结构时,偏芯结构的皮层为A组分,芯层为B组分。
6.如权利要求1所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维的制备方法,其特征在于:
A:制备含重量比0.3-3.0%的石墨烯的聚酯作为B组分:
(1)将1~10重量份的石墨烯粉体与99~90重量份的乙二醇液体混合,并投入0.5~5重量份的分散剂,0.5~5重量份的偶联剂,搅拌研磨1~3小时;
(2)将步骤(1)得到的溶液进行超声波分散1~3小时,制成石墨烯分散均匀的石墨烯/乙二醇溶液;
(3)将精对苯二甲酸投入到上述步骤(2)得到的石墨烯/乙二醇溶液中并混合均匀,精对苯二甲酸投入比例为精对苯二甲酸:乙二醇的摩尔比1:1.05~1:1.3,并投入聚酯催化剂,搅拌均匀,形成浆料;
(4)将上述浆料按照聚酯生产工艺进行酯化聚合反应,生成聚酯熔体,并冷却造粒,制成含重量百分比0.3-3.0%的石墨烯的聚酯作为B组分;
B:复合纺丝工艺:
以不含石墨烯的聚酯作为A组分,将A、B组份分别结晶、干燥后,通过各自的螺杆和计量装备分别注入复合纺丝工艺各自的箱体中,取A组分和B组分的重量比为(60~90):(40~10),以复合纺丝工艺形成并列结构、皮芯结构或偏芯结构的复合聚酯纤维。
7.如权利要求6所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中石墨烯粉体的粒径范围500nm~2000nm。
8.如权利要求6所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维的制备方法,其特征在于:步骤(1)中的分散剂是硅烷酯类或氨基硅烷酯类分散剂的一种或其混合物。
9.如权利要求6所述的一种抗静电、抗菌、石墨烯增强的复合聚酯纤维的制备方法,其特征在于:步骤(1)中的偶联剂是硅烷类偶联剂的一种或几种的混合物。
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