CN112281241A - 多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维及其制备方法，属于功能高分子材料技术领域，该多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维包括氟化石墨烯母粒和聚酰胺6切片；氟化石墨烯母粒包括氟化石墨烯粉体、助剂和聚酰胺6切片；该多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维制备方法。先将氟化石墨烯粉体、助剂和聚酰胺6切片共混制成氟化石墨烯母粒，再将氟化石墨烯母粒与聚酰胺6切片，熔融混合后挤出，进行纺丝。该制备方法能够克服锦纶6纤维、石墨烯/锦纶6纤维抗紫外性能的问题，同时还能够克服石墨烯/锦纶6纤维颜色单一、暗沉的问题，且所得成品还同时具有优异的抗菌性、除臭功能和远红外发射性能。
Description
技术领域
本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维及其制备方法。
背景技术
锦纶6纤维具有良好的染色性、强度高、光泽优、悬垂性良好等特点，其耐磨性好，居所有纤维之首，同时具有良好的耐蛀、耐腐蚀性能，且耐用性极佳。锦纶织物属轻型织物，在合成纤维织物中仅列于丙纶、腈纶织物之后，适合制作夏季皮肤衣、冬季服装、登山服等。然而，由于锦纶高分子中存在着一定比例的氨基基团，其抗紫外性能比涤纶差，具体表现在服用过程中易发生黄变，尤其是夏天穿的皮肤衣、丝袜、紧身衣和体育用品，提高锦纶6纤维的耐晒和抗紫外功能显得尤为重要。并且，随着人们生活水平的日渐提高，人们对于衣物品质的要求也越来越高，如具有抗菌、除臭等各种附加功能的纺织品备受人们青睐，对锦纶6纤维进行多功能化改性有利于扩大其市场。
石墨烯具有优异的物理性能，添加少量的石墨烯制成的石墨烯/高分子纳米复合材料在力学强度、保健功能等方面的性能得到了大幅度地提高，石墨烯的应用拓宽了高分子复合材料的应用领域。石墨烯这种低添加量高增强效果的特性也引起了人们对石墨烯在高分子材料领域中的研究与应用的极大兴趣。尽管石墨烯/锦纶6纤维的某些性能得到了大幅度提升，但添加少量的石墨烯后，高分子复合材料便呈现较深的颜色，经过后续染整也难以得到色彩艳丽的效果，导致了石墨烯/锦纶6纳米复合材料织物的颜色单一、暗沉，在一定程度上限制了其应用市场。此外，单层石墨烯对全波段光照均匀吸收2.3％，没有抗紫外性能。色彩暗沉以及缺失抗紫外性能这两个缺点影响了石墨烯在锦纶纤维中的应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种色浅且具有良好抗紫外线性能的多功能锦纶6纤维。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，按重量份计，包括3-6份的氟化石墨烯母粒和94-97份的聚酰胺6切片；所述氟化石墨烯母粒，按重量份计，包括20-30份的氟化石墨烯粉体、5-10份的助剂和60-75重量份的聚酰胺6切片。
本发明采用的另一种技术方案为：一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，将3-6份的氟化石墨烯母粒和94-97份的聚酰胺6切片，熔融混合后挤出，熔体经计量泵精确计量，进入纺丝组件，经喷丝板喷出形成丝束，再经单体抽吸、侧吹风冷却、集束上油、预网络、拉伸定型、主网络，然后卷绕成形，得到多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维；
所述氟化石墨烯母粒由氟化石墨烯粉体、助剂和聚酰胺6切片制备得到。
本发明的有益效果在于：本发明的提供的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，利用接枝有氟原子的改性石墨烯—氟化石墨烯制成母粒，再与聚酰胺6切片共混制成纤维，不仅能够克服锦纶6纤维、石墨烯/锦纶6纤维抗紫外性能的问题，同时还能够克服石墨烯/锦纶6纤维颜色单一、暗沉的问题，得到了抗紫外性能强且具有光泽的白色纤维，且可用于制备不同色彩的纤维或布料，得到的纤维制成的布料同时还具有除臭功能和远红外发射性能；
本发明的提供的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，利用氟化石墨烯为原料制成锦纶6纤维，所得成品色浅，利于染整，且具有良好抗紫外线性能、除臭性能和远红外发射性能。
附图说明
图1所示为本发明具体实施方式的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法制备得到的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明的一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，按重量份计，包括3-6份的氟化石墨烯母粒和94-97份的聚酰胺6切片；所述氟化石墨烯母粒，按重量份计，包括20-30份的氟化石墨烯粉体、5-10份的助剂和60-75重量份的聚酰胺6切片。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明的提供的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，利用接枝有氟原子的改性石墨烯—氟化石墨烯制成母粒，在一定配比范围内再与聚酰胺6切片共混制成纤维，氟化石墨烯能够均匀地分散于高分子基体中，避免了纺丝喷头堵塞，利用氟化石墨烯对聚酰胺6进行改性与增强，不仅能够克服锦纶6纤维、石墨烯/锦纶6纤维抗紫外性能的问题，同时还能够克服石墨烯/锦纶6纤维颜色单一、暗沉的问题，得到了抗紫外性能强且具有光泽的白色纤维，且可用于制备不同色彩的纤维或布料，得到的纤维制成的布料同时还具有除臭功能和远红外发射性能，显著拓宽了所得产品的应用领域。
进一步的，所述助剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙和低分子蜡中的一种或多种。
进一步的，所述氟化石墨烯通过物理剥离法制备得到，所述氟化石墨烯的氟碳比大于等于1。
本发明的一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，将3-6份的氟化石墨烯母粒和94-97份的聚酰胺6切片，熔融混合后挤出，熔体经计量泵精确计量，进入纺丝组件，经喷丝板喷出形成丝束，再经单体抽吸、侧吹风冷却、集束上油、预网络、拉伸定型、主网络，然后卷绕成形，得到多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维；
所述氟化石墨烯母粒由氟化石墨烯粉体、助剂和聚酰胺6切片制备得到。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明的提供的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，利用氟化石墨烯为原料制成锦纶6纤维，所得成品色浅，利于染整，且具有良好抗紫外线性能、除臭性能和远红外发射性能。
进一步的，所述氟化石墨烯母粒的制备方法为：按重量份计，将20-30份的氟化石墨烯、5-10份的助剂和60-75份的聚酰胺6切片混合均匀后，经熔融、混炼、挤出、水冷、切粒、干燥，得到氟化石墨烯母粒。
进一步的，所述助剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙和低分子蜡中的一种或多种。
进一步的，所述氟化石墨烯为接枝有氟原子的石墨烯，所述氟化石墨烯通过物理剥离法制备得到，所述氟化石墨烯的氟碳比大于等于1。
氟化石墨烯随其中含氟量的差异而具有不同特性，只有氟碳比不小于1的才具有良好的化学稳定性，才能稳定生产，不发生断丝，才能制备得到白色的且具有多种性能的锦纶6纤维。
进一步的，所述熔融的温度为258-260℃。
进一步的，所述侧吹风冷却的条件为：温度22-23℃、相对湿度65-68％、风速0.43-0.53m/s。
进一步的，所述卷绕成形的速度为4800-4860m/min。
从上述描述可知，通过上述工艺参数优化，制备多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，纺况良好，纤维质量上等。
实施例1：
多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，由97kg的聚酰胺6切片和3kg的氟化石墨烯母粒制备得到；
所述氟化石墨烯母粒由20kg的氟化石墨烯粉体、5kg的硬脂酸镁和低分子蜡的混合物(硬脂酸镁：低分子蜡＝3：7(质量比))和75kg的聚酰胺6切片制备得到。
实施例2：
多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，由95kg的聚酰胺6切片和5kg的氟化石墨烯母粒制备得到；
所述氟化石墨烯母粒，由30kg的氟化石墨烯粉体、10kg的硬脂酸钙和低分子蜡的混合物(硬脂酸钙：低分子蜡＝5：5)和60kg的聚酰胺6切片制备得到。
实施例3：
多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，由96kg的聚酰胺6切片和4kg的氟化石墨烯母粒制备得到；
所述氟化石墨烯母粒，由25kg的氟化石墨烯粉体、8kg的硬脂酸镁和低分子蜡的混合物(硬脂酸镁：低分子蜡＝4：6(质量比))和67kg的聚酰胺6切片制备得到。
实施例4：
多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将20kg的氟化石墨烯粉体、5kg的硬脂酸镁和低分子蜡的混合物(硬脂酸镁：低分子蜡＝3：7(质量比))和75kg的聚酰胺6切片混合均匀后，经熔融、混炼、挤出、水冷、切粒、干燥，制得氟化石墨烯母粒；
步骤2：利用母粒在线添加装置，将95kg的聚酰胺6切片和5kg步骤1所得氟化石墨烯母粒在259℃的温度下熔融混合后挤出，熔体经计量泵精确计量，进入纺丝组件，经喷丝板喷出形成丝束，经单体抽吸，经冷却温度为22℃、湿度为65％、风速为0.53m/s的侧吹风冷却，经油嘴上油集束，所用油剂为8％的锦纶油剂，经过预网络器、拉伸定型、主网络器、导丝盘，卷绕成形，生产速度为4800m/min，获得多孔细旦氟化石墨烯/锦纶6纤维(40D/12F)。
将所得多孔细旦氟化石墨烯/锦纶6纤维(40D/12F)按照国家标准纺织成织物，测试其防紫外线性能，实验结果为该织物的UPF紫外性防护系数＞50，UVA平均透射比为2.62％。
实施例5：
多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将30kg的氟化石墨烯粉体、10kg的硬脂酸钙和低分子蜡的混合物(硬脂酸钙：低分子蜡＝5：5(质量比))和60kg的聚酰胺6切片混合均匀后，经熔融、混炼、挤出、水冷、切粒、干燥，得到氟化石墨烯母粒；
步骤2：利用母粒在线添加装置，将97kg的聚酰胺6半光切片和3kg步骤1所得氟化石墨烯母粒在258℃的温度下熔融混合后挤出，熔体经计量泵精确计量，进入纺丝组件，经喷丝板喷出形成丝束，经单体抽吸，经冷却温度为22.5℃、湿度为68％、风速为0.48m/s的侧吹风冷却，经油嘴上油集束，所用油剂为8％的锦纶油剂，经过预网络器、拉伸定型、主网络器、导丝盘，卷绕成形，生产速度为4860m/min，获得多孔细旦氟化石墨烯/锦纶6纤维(50D/48F)。
将所得多孔细旦氟化石墨烯/锦纶6纤维(50D/48F)按照国家标准纺织成织物，测试其防紫外线性能，实验结果为该织物的UPF紫外性防护系数＞50，UVA平均透射比为2.16％。
实施例6：
多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将25kg的氟化石墨烯粉体、8kg的硬脂酸镁和低分子蜡(硬脂酸镁：低分子蜡＝4：6(质量比))的混合物和67kg的聚酰胺6切片混合均匀后，经熔融、混炼、挤出、水冷、切粒、干燥，得到氟化石墨烯母粒；
步骤2：利用母粒在线添加装置，将94kg聚酰胺6半光切片和6kg步骤1所得氟化石墨烯母粒在260℃的温度下熔融混合后挤出，熔体经计量泵精确计量，进入纺丝组件，经喷丝板喷出形成丝束，经单体抽吸，经冷却温度为23.0℃、湿度为65％、风速为0.43m/s的侧吹风冷却，经油嘴上油集束，所用油剂为8％的锦纶油剂，经过预网络器、拉伸定型、主网络器、导丝盘，卷绕成形，生产速度为4800m/min，获得白色的多孔细旦氟化石墨烯/锦纶6纤维(12D/5F)，成品见图1。
将所得多孔细旦氟化石墨烯/锦纶6纤维(12D/5F)按照国家标准纺织成织物，测试其防紫外线性能，实验结果为该织物的UPF紫外性防护系数＞50，UVA平均透射比为4.41％。
对比例1：
对比例1与实施例6相较，区别仅在于采用普通的石墨烯粉体制成石墨烯母粒，再用于纺丝。
对比例2：
对比例2与实施例6相较，区别仅在于不制备氟化石墨烯母粒，也不添加氟化石墨烯母粒，直接采用和聚酰胺6半光切片进行纺丝。
对比例3：
对比例3与实施例6相较，区别仅在于采用同等质量的氧化石墨烯粉体代替氟化石墨烯母粒，制成石墨烯母粒，再用于纺丝。
将实施例4-6和对比例1-3所得纤维用于制备面料，对所得面料进行测试，结果见表1所示。
表1
| 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 大肠杆菌抑菌率(％) | 94 | 97 | 96 | 91 | 17 | 93 |
| 醋酸异味成分浓度减少率(％) | 99.1 | 99.6 | 97.3 | 88.2 | 14.4 | 96.4 |
| 远红外辐射温升(℃) | 1.7 | 2.0 | 1.5 | 1.5 | 1.2 | 1.5 |
| UVA平均透射比(％) | 2.62 | 2.16 | 4.41 | 5.65 | 7.33 | 5.86 |
| UPF紫外性防护系数 | ＞50 | ＞50 | ＞50 | ＞40 | ＜40 | ＞40 |
| 丝饼颜色 | 白色 | 白色 | 白色 | 黑色 | 白色 | 黑色 |
综上所述，本发明提供的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，利用接枝有氟原子的改性石墨烯—氟化石墨烯制成母粒，再与聚酰胺6切片共混制成纤维，不仅能够克服锦纶6纤维、石墨烯/锦纶6纤维抗紫外性能的问题，同时还能够克服石墨烯/锦纶6纤维颜色单一、暗沉的问题，得到了抗紫外性能强且具有光泽的白色纤维，且可用于制备不同色彩的纤维或布料，得到的纤维制成的布料同时还具有除臭功能和远红外发射性能；
本发明的提供的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，利用氟化石墨烯为原料制成锦纶6纤维，所得成品色浅，利于染整，且具有良好抗紫外线性能、除臭性能和远红外发射性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，其特征在于，按重量份计，包括3-6份的氟化石墨烯母粒和94-97份的聚酰胺6切片；所述氟化石墨烯母粒，按重量份计，包括20-30份的氟化石墨烯粉体、5-10份的助剂和60-75重量份的聚酰胺6切片。
2.根据权利要求1所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，其特征在于，所述助剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙和低分子蜡中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维，其特征在于，所述氟化石墨烯通过物理剥离法制备得到，所述氟化石墨烯的氟碳比大于等于1。
4.一种多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份计，将3-6份的氟化石墨烯母粒和94-97份的聚酰胺6切片，熔融混合后挤出，熔体经计量泵精确计量，进入纺丝组件，经喷丝板喷出形成丝束，再经单体抽吸、侧吹风冷却、集束上油、预网络、拉伸定型、主网络，然后卷绕成形，得到多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维；
所述氟化石墨烯母粒由氟化石墨烯粉体、助剂和聚酰胺6切片制备得到。
5.根据权利要求4所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，其特征在于，所述氟化石墨烯母粒的制备方法为：按重量份计，将20-30份的氟化石墨烯、5-10份的助剂和60-75份的聚酰胺6切片混合均匀后，经熔融、混炼、挤出、水冷、切粒、干燥，得到氟化石墨烯母粒。
6.根据权利要求4所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，其特征在于，所述助剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙和低分子蜡中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，其特征在于，所述氟化石墨烯为接枝有氟原子的石墨烯，所述氟化石墨烯通过物理剥离法制备得到，所述氟化石墨烯的氟碳比大于等于1。
8.根据权利要求4所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为258-260℃。
9.根据权利要求4所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，其特征在于，所述侧吹风冷却的条件为：温度22-23℃、相对湿度65-68％、风速0.43-0.53m/s。
10.根据权利要求4所述的多功能白色氟化石墨烯/锦纶6纤维的制备方法，其特征在于，所述卷绕成形的速度为4800-4860m/min。
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