CN111621926A - 一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能纤维材料领域，公开了一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布。所述混纺无纺布由以下质量百分含量的组分混纺制成：石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维30％～60％，棉纤维10％～30％，竹炭纤维5％～10％，羊毛纤维10％～30％，低溶点纤维5％～20％。本发明采用人工合成的石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维与棉纤维、竹炭纤维、羊毛纤维进行混纺复合，能够结合锦纶纤维的耐磨性、吸湿性、透气性、染色性、弹性及弹性恢复性和动植物纤维的质感。并能整体提升其抗黄变性及耐氧化性，并赋予其健康、保健功能。

Description

一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布
技术领域
本发明属于功能纤维材料领域，具体涉及一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布。
背景技术
随着科学技术的不断发展，满足人们不同需要的纺织品纤维层出不穷，以满足消费者的需求，在人们的日常生活中起着越来越重要的作用。随着产业的不断发展，纺织品纤维布料的市场也在不断扩大，但是纤维布料大多都不具备对人体有益的功效，仅具备了遮挡的功能，效果较为单一。随着生活水平的不断提高，人们对生活中的必需品的需求也在不断提高，而单独使用的纤维在制成布料后往往无法满足当下人们的使用需求。因此对纤维材料附加健康保健功能以及通过合成纤维与动植物纤维混纺制备性能更优的无纺布材料成为本领域技术人员研究的方向。
锦纶是聚酰胺纤维的商品名称，俗称尼龙(Nylon)，是制备无纺布的主要原料之一。锦纶纤维具有良好的耐磨性、吸湿性、透气性、染色性、弹性及弹性恢复性。但是由于锦纶纤维主链上含有重复酰胺基团，其耐酸性及耐氧化性较差。且单纯由锦纶纤维制备的无纺布其手感无法与天然的动植物纤维媲美。动植物纤维虽然手感较好，但其制备无纺布的粘结性较差，耐酸性及耐氧化性也不好，因此如何通过合适的方法将锦纶纤维与天然动植物纤维的优点进行结合，并提高混纺产物的耐酸性及耐氧化性是本领域技术人员需要解决的技术问题。
另外，随着生活水平的提高，人们对纤维材料的要求也越来越高，除了需要具有原有的功能之外，还进一步开发了一系列具备健康保健功效的功能纤维。专利201510021118.7公开了一种负离子健康锦纶纤维，其由0.2-1.2wt％负离子添加剂和98.8-99.8wt％锦纶组成，所述负离子添加剂包含铽氧化物、3-氨基丙基三甲氧基硅烷和电气石。其在锦纶纤维中添加负离子添加剂后，负离子溶度净增明显。专利201510712775.6公开了一种抗菌尼龙及其制备方法，其将银离子与凹凸棒土复合，就可以使制备的凹凸棒土复合粉末尺寸减小，从而在塑料中达到更好的分散效果，以非常少的添加量就可以达到良好的抗菌效果。同时，凹凸棒土的纳米级分散，能进一步提高塑料的刚性。这种采用AgNO3和凹凸棒土复合制备出的新型抗菌剂(即凹凸棒土-纳米银复合无机粉末)，抗菌效率更高，大大降低了抗菌塑料的加工成本，并提高了材料的刚性。专利201811567761.X公开了一种可自主产生远红外线的尼龙纤维及其制备方法，通过在尼龙纤维切片中添加0.6％～5％的远红外纳米粉，从而制备得到可自主产生远红外线的尼龙纤维，克服了现有技术中尼龙纤维产品性能单一的问题，从而给尼龙纤维增加了保健作用。专利201910632296.1公开了一种远红外负离子锦纶弹力丝及其制备方法，通过加入产生远红外线和负离子的矿物粉末使得锦纶弹力丝具有远红外负离子功能。以上现有技术表明，其制备的健康保健功效的功能纤维均是在现有锦纶纤维的基础上，通过物理共混技术混合各种功能粒子，以达到相应的健康保健功效。但简单的物理共混均存在着相容性差及相应功效持久性差的缺陷。
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石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布。
本发明的另一目的在于提供上述石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，由以下质量百分含量的组分混纺制成：
Figure BDA0002518507820000021
所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维包括如下重量份的组分：锦纶85～99份，羧基化石墨烯0.4～4份，功能性纳米粒子0.5～10份，含羧基的硅烷偶联剂0.1～1份。
进一步地，所述功能性纳米粒子包括纳米负离子粉、纳米远红外粉、纳米抗菌防螨粉、纳米磁性粉、无机纳米除甲醛粉、无机纳米除异味粉、无机纳米抗辐射防紫外线粉中的至少一种。
进一步地，所述纳米负离子粉包括电气石负离子粉、天然蛋白石矿粉、二氧化钛纳米粒子中的至少一种；所述纳米远红外粉包括蛭石原矿石粉、麦饭石原矿石粉、远红外陶瓷粉、氧化锆纳米粉体、太极石粉体、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锰、纳米氧化钙中的至少一种；所述纳米抗菌防螨粉包括氧化镧纳米粉体、氧化锌纳米粉体、二氧化钛纳米粉体、沸石纳米粉体、二氧化硅纳米粉体、氧化铝纳米粉体、氧化铜纳米粉体、氧化镁纳米粉体、碘化银纳米粉体中的至少一种；所述纳米磁性粉包括灵磁石纳米粉体；所述无机纳米除甲醛粉包括纳米矿晶、纳米二氧化钛中的至少一种；所述无机纳米除异味粉包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米硅藻土中的至少一种；所述无机纳米抗辐射防紫外线粉包括纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化硅中的至少一种。
进一步地，所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维和低溶点纤维的纤维长度为32mm～71mm；所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维的纤度为0.5D～1.5D，低溶点纤维的纤度为2D～4D。
进一步地，所述低溶点纤维是指4080低熔点纤维。
进一步地，所述羧基化石墨烯和功能性纳米粒子的粒径范围为50～600nm。
进一步地，所述含羧基的硅烷偶联剂是指3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷。
上述石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维的制备：
将功能性纳米粒子与含羧基的硅烷偶联剂混合均匀，然后加入羧基化石墨烯和锦纶切片，通过挤出机混合挤出，得到石墨烯多功能抗酸氧化锦纶母粒；将所得石墨烯多功能抗酸氧化锦纶母粒与锦纶切片按比例充分混合后进行熔融纺丝，熔体采用纺丝机挤出，得到石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维；
(2)石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备：
分别将石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维、棉纤维、竹炭纤维、羊毛纤维和低溶点纤维经自动开包称重后送至变频针布开松机进行一次开松；然后将一次开松后的纤维料送至风力混合机中进行二次风混开松，得到混合纤维料；将混合纤维料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，然后送至热粘合机定型，得到所述石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布。
进一步地，步骤(1)中所述功能性纳米粒子与含羧基的硅烷偶联剂混合均匀在湿度为50％～90％的空气氛围条件下进行。
进一步地，步骤(1)中所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶母粒的制备过程中还加入阻燃剂、稳定剂、抗氧剂等常用功能组分。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明采用人工合成的石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维与植物纤维棉纤维、竹炭纤维，动物纤维羊毛纤维进行混纺复合，能够结合锦纶纤维的耐磨性、吸湿性、透气性、染色性、弹性及弹性恢复性和动植物纤维的质感。
(2)本发明将石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维、棉纤维、竹炭纤维、羊毛纤维和低溶点纤维经自动开包称重后送至变频针布开松机进行一次开松；然后将一次开松后的纤维料送至风力混合机中进行二次风混开松，可实现人造纤维与天然动植物纤维的良好混合；然后在低溶点纤维的作用下，通过物理碾压预黏连成纤维网和热粘合机定型，可实现人造纤维与天然动植物纤维的良好结合，所得无纺布强度高、质量好。
(3)本发明采用羧基化石墨烯和含羧基的硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子，第一可以改善无机功能性纳米粒子在有机锦纶纤维中的物理分散；第二，石墨烯和硅烷偶联剂上的羧基可以与锦纶纤维中的氨基反应，产生化学接枝效果，进一步提高石墨烯及功能性纳米粒子的分散稳定性；第三，羧基化石墨烯和羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子与锦纶纤维的化学接枝反应可抑制氨纶纤维易氧化黄变的问题，显著提升其抗黄变性及耐氧化性。
(4)本发明的石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布能够实现负离子、远红外、抗菌防螨、磁性、除甲醛、除异味、抗辐射防紫外线等健康、保健功能，帮助传统纺织制品企业转型升级。
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
本实施例的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，通过如下方法制备得到：
(1)石墨烯远红外抗酸氧化锦纶纤维的制备：
将28重量份远红外陶瓷粉(使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)与2重量份硅烷偶联剂3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷在湿度为50％～90％的空气氛围下在高速混合机中混合均匀，然后加入4重量份羧基化石墨烯(商业购买，使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)、65重量份锦纶纤维切片和1重量份热稳定剂季戊四醇硬酯酸酯充分搅拌分散均匀，再将混合物用双螺杆挤出机挤出得到石墨烯远红外抗酸氧化改性母粒。将20重量份所得石墨烯远红外抗酸氧化改性母粒与80重量份锦纶纤维切片混合后进行熔融纺丝，熔体采用纺丝机挤出，经由不同孔径的喷丝板出丝，得到石墨烯远红外抗酸氧化锦纶纤维。
(2)石墨烯远红外抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备：
分别按质量分数将50％的石墨烯远红外抗酸氧化锦纶纤维(短纤及中长纤32mm～51mm，纤度1.0D)、15％的棉纤维、10％的竹炭纤维、15％的羊毛纤维和10％的4080低溶点纤维(110℃，4D*51MM)经自动开包称重后送至变频针布开松机进行一次开松；然后将一次开松后的纤维料送至风力混合机中进行二次风混开松，得到混合纤维料；将混合纤维料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，然后送至热粘合机定型，得到所述石墨烯远红外抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布。
实施例2
本实施例的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，通过如下方法制备得到：
(1)石墨烯负离子抗酸氧化锦纶纤维的制备：
将18份电气石负离子粉(使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)与2份硅烷偶联剂3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷在湿度为50％～90％的空气氛围下在高速混合机中混合均匀，然后加入4重量份羧基化石墨烯(商业购买，使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)、75份锦纶纤维切片和1份热稳定剂季戊四醇硬酯酸酯充分搅拌分散均匀，再将混合物用双螺杆挤出机挤出得到石墨烯负离子抗酸氧化改性母粒。将30重量份所得负离子抗酸氧化改性母粒与70重量份锦纶纤维切片混合后进行熔融纺丝，熔体采用纺丝机挤出，经由不同孔径的喷丝板出丝，得到石墨烯负离子抗酸氧化锦纶纤维。
(2)石墨烯负离子抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备：
分别按质量分数将40％的石墨烯负离子抗酸氧化锦纶纤维(短纤32mm～38mm，纤度0.5D)、20％的棉纤维、5％的竹炭纤维、20％的羊毛纤维和15％的4080低溶点纤维(110℃，4D*51MM)经自动开包称重后送至变频针布开松机进行一次开松；然后将一次开松后的纤维料送至风力混合机中进行二次风混开松，得到混合纤维料；将混合纤维料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，然后送至热粘合机定型，得到所述石墨烯负离子抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布。
实施例3
本实施例的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，通过如下方法制备得到：
(1)石墨烯抗菌抗酸氧化锦纶纤维的制备：
将10份抗菌纳米氧化锌和纳米二氧化钛粉(使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)与1份硅烷偶联剂3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷在湿度为50％～90％的空气氛围下在高速混合机中混合均匀，然后加入6重量份羧基化石墨烯(商业购买，使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)、82份锦纶纤维切片和1份热稳定剂季戊四醇硬酯酸酯充分搅拌分散均匀，再将混合物用双螺杆挤出机挤出得到石墨烯抗菌抗酸氧化改性母粒。将40重量份所得石墨烯抗菌抗酸氧化改性母粒与60重量份锦纶纤维切片混合后进行熔融纺丝，熔体采用纺丝机挤出，经由不同孔径的喷丝板出丝，得到石墨烯抗菌抗酸氧化锦纶纤维。
(2)石墨烯抗菌抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备：
分别按质量分数将30％的石墨烯抗菌抗酸氧化锦纶纤维(短纤32mm～38mm，纤度0.5D)、20％的棉纤维、10％的竹炭纤维、20％的羊毛纤维和20％的4080低溶点纤维(110℃，4D*51MM)经自动开包称重后送至变频针布开松机进行一次开松；然后将一次开松后的纤维料送至风力混合机中进行二次风混开松，得到混合纤维料；将混合纤维料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，然后送至热粘合机定型，得到所述石墨烯抗菌抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布。
实施例4
本实施例的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，通过如下方法制备得到：
(1)石墨烯远红外抗菌抗酸氧化锦纶纤维的制备：
将15份远红外陶瓷粉和10份纳米氧化锌和纳米氧化铜粉(使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)与4份硅烷偶联剂3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷在湿度为50％～90％的空气氛围下在高速混合机中混合均匀，然后加入10重量份羧基化石墨烯(商业购买，使用前经高能球磨研磨至粒径为50～600nm)、60份锦纶纤维切片和1份热稳定剂季戊四醇硬酯酸酯充分搅拌分散均匀，再将混合物用双螺杆挤出机挤出得到石墨烯远红外抗菌抗酸氧化改性母粒。将25重量份所得石墨烯远红外抗菌抗酸氧化改性母粒与75重量份锦纶纤维切片混合后进行熔融纺丝，熔体采用纺丝机挤出，经由不同孔径的喷丝板出丝，得到石墨烯远红外抗菌抗酸氧化锦纶纤维。
(2)石墨烯远红外抗菌抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备：
分别按质量分数将60％的石墨烯远红外抗菌抗酸氧化锦纶纤维(短纤及中长纤32mm～51mm，纤度1.0D)、10％的棉纤维、10％的竹炭纤维、10％的羊毛纤维和10％的4080低溶点纤维(110℃，4D*51MM)经自动开包称重后送至变频针布开松机进行一次开松；然后将一次开松后的纤维料送至风力混合机中进行二次风混开松，得到混合纤维料；将混合纤维料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，然后送至热粘合机定型，得到所述石墨烯远红外抗菌抗酸氧化锦纶纤维与动植物纤维混纺无纺布。
对比例1
与实施例1相比，不加入硅烷偶联剂3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷和羧基化石墨烯，其余完全相同。
对比例2
与实施例1相比，采用甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷替代3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷，采用普通石墨烯替代羧基化石墨烯，其余完全相同。
对以上实施例及对比例所得混纺无纺布进行黄变色牢度测试：
将所得混纺无纺布剪取规定大小的长方形布料置于专用试验箱内，用遮光片遮住头尾部分，在50℃温度下，采用300W紫外灯管对暴露的布料进行规定时间照射(照射距离250mm)，并观测试样光照部位颜色的变化情况，按GB 250灰色样卡评定样品的变色程度，从而判定纺织品耐光黄变的能力。测试结果显示，本发明所得混纺无纺布(实施例1)相比未加入羧基硅烷偶联剂和羧基化石墨烯所得混纺无纺布(对比例1)，在同样的黄变程度下，光照时间增加了109％。相比加入甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和普通未改性石墨烯所得混纺无纺布(对比例2)，光照时间增加了84％。以上结果说明本发明采用含羧基的硅烷偶联剂和羧基化石墨烯，可以显著提高锦纶纤维的抗酸氧化性能，从而提升所得混纺无纺布的抗酸氧化性能。
以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，其特征在于由以下质量百分含量的组分混纺制成：
Figure FDA0002518507810000011
所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维包括如下重量份的组分：锦纶85～99份，羧基化石墨烯0.4～4份，功能性纳米粒子0.5～10份，含羧基的硅烷偶联剂0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，其特征在于：所述功能性纳米粒子包括纳米负离子粉、纳米远红外粉、纳米抗菌防螨粉、纳米磁性粉、无机纳米除甲醛粉、无机纳米除异味粉、无机纳米抗辐射防紫外线粉中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，其特征在于：所述纳米负离子粉包括电气石负离子粉、天然蛋白石矿粉、二氧化钛纳米粒子中的至少一种；所述纳米远红外粉包括蛭石原矿石粉、麦饭石原矿石粉、远红外陶瓷粉、氧化锆纳米粉体、太极石粉体、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锰、纳米氧化钙中的至少一种；所述纳米抗菌防螨粉包括氧化镧纳米粉体、氧化锌纳米粉体、二氧化钛纳米粉体、沸石纳米粉体、二氧化硅纳米粉体、氧化铝纳米粉体、氧化铜纳米粉体、氧化镁纳米粉体、碘化银纳米粉体中的至少一种；所述纳米磁性粉包括灵磁石纳米粉体；所述无机纳米除甲醛粉包括纳米矿晶、纳米二氧化钛中的至少一种；所述无机纳米除异味粉包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米硅藻土中的至少一种；所述无机纳米抗辐射防紫外线粉包括纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化硅中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，其特征在于：所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维和低溶点纤维的纤维长度为32mm～71mm；所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维的纤度为0.5D～1.5D，低溶点纤维的纤度为2D～4D。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，其特征在于：所述低溶点纤维是指4080低熔点纤维。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，其特征在于：所述羧基化石墨烯和功能性纳米粒子的粒径范围为50～600nm。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布，其特征在于：所述含羧基的硅烷偶联剂是指3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷。
8.权利要求1～7任一项所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维的制备：
将功能性纳米粒子与含羧基的硅烷偶联剂混合均匀，然后加入羧基化石墨烯和锦纶切片，通过挤出机混合挤出，得到石墨烯多功能抗酸氧化锦纶母粒；将所得石墨烯多功能抗酸氧化锦纶母粒与锦纶切片按比例充分混合后进行熔融纺丝，熔体采用纺丝机挤出，得到石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维；
(2)石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备：
分别将石墨烯多功能抗酸氧化锦纶纤维、棉纤维、竹炭纤维、羊毛纤维和低溶点纤维经自动开包称重后送至变频针布开松机进行一次开松；然后将一次开松后的纤维料送至风力混合机中进行二次风混开松，得到混合纤维料；将混合纤维料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，然后送至热粘合机定型，得到所述石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布。
9.根据权利要求8所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述功能性纳米粒子与含羧基的硅烷偶联剂混合均匀在湿度为50％～90％的空气氛围条件下进行。
10.根据权利要求8所述的一种石墨烯多功能合成纤维与动植物纤维混纺无纺布的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述石墨烯多功能抗酸氧化锦纶母粒的制备过程中还加入阻燃剂、稳定剂或抗氧剂功能组分。
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