CN109161982A - 一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及新型纤维加工技术领域，公开了一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，使用耐酸碱高分子纤维材料纺织而成；该纤维材料由以下重量份的原料制成：壳聚糖10‑15份、缩水甘油酯类环氧树脂60‑75份、碳纳米管2‑3份、纳米二氧化钛15‑18份；本申请制备的面料强度高，耐酸碱性好，而且本申请的制备方法制备的材料对颜色具有很好的分散和附着效果，易着色而且着色稳定性高。
Description
技术领域
本发明主要涉及新型特种纤维加工技术领域，尤其涉及一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料。
背景技术
化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料，经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有纺织性能的纤维。化学纤维种类繁多，使用量巨大，但是，在一些特殊的领域，如化工厂、特种设备中使用的工作服，面料往往需要具有较高的强度及耐酸碱性能，目前常用的耐腐蚀纤维多为含氟类纤维或者无机纤维，含氟类纤维成本高、生产原料具有毒性，而无机纤维使用高温拉丝，能耗较高。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料。
一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，使用耐酸碱高分子纤维材料纺织而成；
所述耐酸碱高分子纤维材料由以下重量份的原料制成：壳聚糖10-15份、缩水甘油酯类环氧树脂60-75份、碳纳米管2-3份、纳米二氧化钛15-18份；
所述碳纳米管经过以下处理后使用：a、将碳纳米管与使用2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡，浸泡过程中不断搅拌，然后使用去离子水水洗至中性；
b、将水洗后的碳纳米管使用1mol/L的乙酸溶液浸泡，浸泡过程中，使用超声波震荡处理15-20min，在50℃烘干，然后制备处理液；处理液按重量计由以下成分制成：硅烷偶联剂1份、硝酸钇0.08份、偏磷酸钠2.2份、冰醋酸1.2份、水50份，混合搅拌20min，得到处理液，取碳纳米管10份加入上述处理液中，使用超声波处理20-30min，然后将混合液使用真空旋转蒸发器蒸干，得到预处理碳纳米管。经由于碳纳米管具有多孔结构，再加入处理液后，能够对处理液中的成分具有良好的分散剂吸附作用，溶液中冰醋酸也能够通过氢键等化学键及吸附作用吸附在孔隙表面，提升碳纳米管与极性或者非极性物质的络合能力。
所述缩水甘油酯类环氧树脂为对苯二甲酸二缩水甘油酯，环氧值为0.4-0.45mol/100g。
所述壳聚糖经过改性处理，将壳聚糖加入壳聚糖重量3~4倍量的***钠溶液中，***钠溶液浓度为40~45mg/L，逐渐加热至55~60℃，搅拌均匀后置于真空旋转蒸发仪中，温度55~60℃，转速为23~25转/分钟，真空度为-0.08~-0.1MPa，同时进行紫外线间歇式照射，保温处理40~50分钟，促进硒与壳聚糖氨基结合，取出，冷冻干燥至无水分，得改性壳聚糖，去除多余的水分，使块状壳聚糖粉末化，增加壳聚糖氨基与硒的结合能力，增加改性壳聚糖的稳定性，增加壳聚糖的柔韧性和粘结性，也可以显著提升处理过程壳聚糖与碳纳米管混合分散的效果及连接的强度，在纤维中的分散性及相容性也显著提升，提升纤维的耐腐蚀性和强度。
所述耐酸碱高分子纤维材料制备方法包括以下步骤：
（1）、原料混合：将改性壳聚糖和预处理碳纳米管混合，混合物能增加纤维的强度及耐酸碱性，使纤维处于高温时不会发生分解或碳化，能够保持纤维的形状，加入改性壳聚糖重量62~64%的去离子水，使用超声波震荡20min，加入纳米二氧化钛，混合均匀，加入缩水甘油酯类环氧树脂和缩水甘油酯类环氧树脂重量1倍的无水乙醇，加热至50~55℃后，保温搅拌30~40分钟，脱泡，得纺丝原液；
（2）、纺丝水洗：将纺丝原液送入纺丝机进行湿法纺丝，凝固浴为碱性乙醇溶液，取出纺丝后经去离子水冲洗至中性，得初生纤维；确保纤维的纤度，利于制作，
（3）干燥：将初生纤维置于烘箱内进行干燥，温度为23~25℃，紫外线强度为1500μW/cm2，得高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料。能够增加纤维的柔顺性和纤维强度。
所述的紫外线间歇式照射，照射强度为2200μW/cm2，照射10min，停止15min。
所述步骤（2）的碱性乙醇溶液，向体积分数为68~72%的酒精溶液中加入2mol/L氢氧化钠溶液，调节至酒精溶液的pH为9.4~9.8。
所述步骤（2）中的湿法纺丝，喷丝速度5~7m/min，凝固浴温度10~25℃，拉伸浴温度45~50℃，牵伸速度4~5m/min。
纤维纤度为85-110dtex。
本申请中的纤维可以用于制备管道防腐布、特种工作服、耐酸碱手套等。
本发明的优点是：本发明提供的高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，向壳聚糖中加入***钠溶液，逐渐加热后进行真空旋转，并进行紫外线间歇式照射，促进硒与壳聚糖氨基结合，最后进行冷冻干燥，去除多余的水分，使块状壳聚糖粉末化，增加壳聚糖氨基与硒的结合能力，增加改性壳聚糖的稳定性，增加壳聚糖的柔韧性和粘结性，；将改性壳聚糖和碳纳米管混合，增加纤维的阻燃性能，使纤维处于200℃时不会发生燃烧、分解或碳化，能够保持不发生明显的形变，碳纳米管经过改性，其分散效果及与壳聚糖结合的性能明显提升，碳纳米管的多孔结构能够与改性壳聚糖紧密连接，能够起到显著的增强作用，避免使用过程中壳聚糖或者碳纳米管从纤维中溶出，提高补强的效果，再加入环氧树脂后进行保温搅拌，使纺丝原液充分溶胀，提高纺丝均匀性，加入的环氧树脂为缩水甘油酯类环氧树脂，缩水甘油酯类环氧树脂能够与改性壳聚糖及预处理碳纳米管紧密交联，增加纤维的强度，避免在使用过程断裂，延长纤维的使用寿命；湿纺时调整纺丝参数，确保纤维的纤度，利于制作；干燥时进行低温烘干，并伴随紫外线照射，能够增加纤维的纤维强度，本申请制备的面料强度高，耐酸碱性好，而且本申请的制备方法制备的材料对颜色具有很好的分散和附着效果，易着色而且着色稳定性高。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明。
实施例1
一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，使用耐酸碱高分子纤维材料纺织而成；纤维材料由以下重量份的原料制成：壳聚糖12份、缩水甘油酯类环氧树脂68份、碳纳米管2.2份、纳米二氧化钛16.5份；
所述碳纳米管经过以下处理后使用：a、将碳纳米管与使用2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡，浸泡过程中不断搅拌，然后使用去离子水水洗至中性；
b、将水洗后的碳纳米管使用1mol/L的乙酸溶液浸泡，浸泡过程中，使用超声波震荡处理15-20min，在50℃烘干，然后制备处理液；处理液按重量计由以下成分制成：硅烷偶联剂1份、硝酸钇0.08份、偏磷酸钠2.2份、冰醋酸1.2份、水50份，混合搅拌20min，得到处理液，取碳纳米管10份加入上述处理液中，使用超声波处理20-30min，然后将混合液使用真空旋转蒸发器蒸干，得到预处理碳纳米管。
所述缩水甘油酯类环氧树脂为对苯二甲酸二缩水甘油酯，环氧值为0.42mol/100g。
所述壳聚糖经过改性处理，将壳聚糖加入壳聚糖重量3~4倍量的***钠溶液中，***钠溶液浓度为40mg/L，逐渐加热至55~60℃，搅拌均匀后置于真空旋转蒸发仪中，温度55~60℃，转速为23~25转/分钟，真空度为-0.08~-0.1MPa，同时进行紫外线间歇式照射，保温处理40~50分钟，取出，冷冻干燥至无水分，得改性壳聚糖。
所述耐酸碱高分子纤维材料制备方法包括以下步骤：
（1）、原料混合：将改性壳聚糖和预处理碳纳米管混合，加入改性壳聚糖重量62%的去离子水，使用超声波震荡20min，加入纳米二氧化钛，混合均匀，加入缩水甘油酯类环氧树脂和缩水甘油酯类环氧树脂重量1倍的无水乙醇，加热至50~55℃后，保温搅拌40分钟，脱泡，得纺丝原液；
（2）、纺丝水洗：将纺丝原液送入纺丝机进行湿法纺丝，凝固浴为碱性乙醇溶液，取出纺丝后经去离子水冲洗至中性，得初生纤维；
（3）干燥：将初生纤维置于烘箱内进行干燥，温度为23~25℃，紫外线强度为1500μW/cm2，得高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料。
所述的紫外线间歇式照射，照射强度为2200μW/cm2，照射10min，停止15min。
所述步骤（2）的碱性乙醇溶液，向体积分数为68~72%的酒精溶液中加入2mol/L氢氧化钠溶液，调节至酒精溶液的pH为9.4~9.8。
所述步骤（2）中的湿法纺丝，喷丝速度5~7m/min，凝固浴温度10~25℃，拉伸浴温度45~50℃，牵伸速度4~5m/min。
纤度为85-110dtex。
实施例2
一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，由以下重量份的原料制成：壳聚糖15份、缩水甘油酯类环氧树脂65份、碳纳米管2份、纳米二氧化钛16份；其他方法同实施例1。
实施例3
与实施例1相比，不对碳纳米管进行改性处理。
实施例4
与实施例1相比，不对壳聚糖进行改性处理。
实施例5
原料与实施例1一致，但是制备方法使用常规湿法纺丝方法。
实验1
验证实施例和对比例制备的纤维在酸或者碱液处理过后的力学性能：
对比例1
不使用壳聚糖，其他原料及方法同实施例1。
对比例2
不使用纳米二氧化钛，其他原料及方法同实施例1。
对比例3
不使用碳纳米管，其他原料及方法同实施例1。
对比例4
不使用纳米二氧化钛和碳纳米管。
分别取实施例和对比例的纤维适量，根据“纤维强度检测技术与仪器，朱根峰等”的方法，使用YG029-I全自动单纱强力仪检测纤维的干强（cN/dtex）、湿强（cN/dtex）及酸碱处理后的强度，每组重复检测5次，结果取平均值，实施例和对比例纤维的力学性能见表1。
表1
注：测试前，分别将纤维使用蒸馏水、2mol/L的氢氧化钠溶液和2mol/L的盐酸溶液处理30min，然后烘干。
由表1可知，使用本申请方法制备的纤维的强度高，而且耐酸碱腐蚀性显著提升，在使用酸碱溶液处理后，纤维依然可以保持很高的强度。
实验2
为了验证不同的制备方法对纤维性能的影响，设置以下对比实验，并测试材料的力学性能。
对比例5
步骤（1）原料处理时中不进行保温处理，其他原料及方法同实施例1。
对比例6
纺丝方法使用熔体纺丝，其他步骤与实施例1一致。
对比例7
凝固浴使用乙醇溶液，不使用碱性乙醇溶液，其他步骤与实施例1一致。
结果如表2：
表2：
由表2可知，使用本申请的制备方法制成的纤维强度更大，在对本申请工艺参数调整后，所制备的纤维性能显著下降，说明本申请的工艺参数较优。
实验3
实施例和对比例纤维的阻燃性能：
按GB/T5455-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》测定其极限氧指数LOI（%），并用UL94标准检测各组纤维的阻燃等级，并分别取各组的纤维10g进行燃烧，统计各组纤维变形或燃烧时的临界温度，每个试验重复3次，结果取平均值，实施例和对比例纤维的阻燃性能见表2。
表3：实施例和对比例纤维的阻燃性能
注：“—”表示不阻燃。
从表3的结果表明，实施例的高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，极限氧指数和临界温度明显优于对比例，阻燃等级明显较高，说明本发明提供的高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料具有很好的阻燃性能。
实施例和对比例纤维的染色性能：
分别取实施例和对比例的纤维10g置于100g活性染料染色浴液，加热至45℃，保温30分钟，观察各组纤维的上色情况，结果：
实施例1、实施例2、实施例5上色效果最好，上色深、均匀，而且使用2mol/L的氢氧化钠溶液处理30min后不褪色；
实施例3、4上色效果次之，上色较深，基本均匀，而且使用2mol/L的氢氧化钠溶液处理30min后轻微褪色；
其他对比例中的纤维上色均匀性相对较差，易褪色。
显然，本申请制备的面料能够适用于制备在酸、碱环境下工作的工作服。
Claims (7)
1.一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，其特征在于，使用耐酸碱高分子纤维材料纺织而成；
所述耐酸碱高分子纤维材料由以下重量份的原料制成：壳聚糖10-15份、缩水甘油酯类环氧树脂60-75份、碳纳米管2-3份、纳米二氧化钛15-18份；
所述碳纳米管经过以下处理后使用：a、将碳纳米管与使用2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡，浸泡过程中不断搅拌，然后使用去离子水水洗至中性；
b、将水洗后的碳纳米管使用1mol/L的乙酸溶液浸泡，浸泡过程中，使用超声波震荡处理15-20min，在50℃烘干，然后制备处理液；处理液按重量计由以下成分制成：硅烷偶联剂1份、硝酸钇0.08份、偏磷酸钠2.2份、冰醋酸1.2份、水50份，混合搅拌20min，得到处理液，取碳纳米管10份加入上述处理液中，使用超声波处理20-30min，然后将混合液使用真空旋转蒸发器蒸干，得到预处理碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，其特征在于，所述缩水甘油酯类环氧树脂为对苯二甲酸二缩水甘油酯，环氧值为0.4-0.45mol/100g。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，其特征在于，所述壳聚糖经过改性处理，将壳聚糖加入壳聚糖重量3~4倍量的***钠溶液中，***钠溶液浓度为40~45mg/L，逐渐加热至55~60℃，搅拌均匀后置于真空旋转蒸发仪中，温度55~60℃，转速为23~25转/分钟，真空度为-0.08~-0.1MPa，同时进行紫外线间歇式照射，保温处理40~50分钟，取出，冷冻干燥至无水分，得改性壳聚糖。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，其特征在于，所述耐酸碱高分子纤维材料制备方法包括以下步骤：
（1）、原料混合：将改性壳聚糖和预处理碳纳米管混合，加入改性壳聚糖重量62~64%的去离子水，使用超声波震荡20min，加入纳米二氧化钛，混合均匀，加入缩水甘油酯类环氧树脂和缩水甘油酯类环氧树脂重量1倍的无水乙醇，加热至50~55℃后，保温搅拌30~40分钟，脱泡，得纺丝原液；
（2）、纺丝水洗：将纺丝原液送入纺丝机进行湿法纺丝，凝固浴为碱性乙醇溶液，取出纺丝后经去离子水冲洗至中性，得初生纤维；
（3）干燥：将初生纤维置于烘箱内进行干燥，温度为23~25℃，紫外线强度为1500μW/cm2，得高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料。
5.根据权利要求3所述的一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，其特征在于，所述的紫外线间歇式照射，照射强度为2200μW/cm2，照射10min，停止15min。
6.根据权利要求4所述的一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，其特征在于，所述步骤（2）的碱性乙醇溶液，向体积分数为68~72%的酒精溶液中加入2mol/L氢氧化钠溶液，调节至酒精溶液的pH为9.4~9.8。
7.根据权利要求4所述的一种高强度耐酸碱腐蚀的纺织面料，其特征在于，所述步骤（2）中的湿法纺丝，喷丝速度5~7m/min，凝固浴温度10~25℃，拉伸浴温度45~50℃，牵伸速度4~5m/min。
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