原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法

2023-05-15 02:56:31

專利名稱：原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法
技術領域：
本發明屬於功能性纖維的製備技術領域，具體涉及通過原位聚合過程製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法。
背景技術：
隨著21世紀綠色能源、低碳經濟越來越深入人心，化學纖維的市場競爭也越來越激烈，眾多著名化纖企業加強了功能性纖維的研究與開發，化學改性、物理改性和分子設計等手段成為製備新型功能性纖維的新方法，原有化學纖維的光熱穩定性、抗靜電、導電性、 阻燃、吸溼性、蓬鬆性都有較大改進。竹子是一種可再生資源，其在高溫缺氧條件下熱解產物為竹焦油和竹炭，後者因具有高的電勢常被用作有效的吸附劑來吸溼除味。很多研究者都認為竹子是21世紀最受歡迎的生物資源之一，其吸附性能常被用作諸多研究的課題。以竹炭為負載基體，納米Ag 或T^2為抗菌材料製成的無機複合材料或將其與有機、無機纖維複合，製成的抗菌複合材料具有很好的抗菌性能，關於這方面的報導越來越多。竹炭纖維因秉承了竹炭的一系列優異性能，如超強的吸附功能，負離子發射功能， 紅外線發射功能，紫外線屏蔽功能等，而成為一種受到人們熱捧的舒適保健功能性紡織品， 在現今的紡織服裝行業中佔有越來越重要的位置，這加速了人們對竹炭纖維的開發和應用。竹炭纖維是選用微納米級竹炭粉通過特殊工藝加入切片或紡絲液中再經近似常規紡絲工藝紡出的纖維新品種，性能優良，具有可織造性，以其開發的紡織面料用途廣泛。國外對竹炭纖維的研究主要集中在日本，我國臺灣省一些紡織化纖企業也開展竹炭纖維及紡織品生產。目前見於報導的大都集中在竹炭粘膠纖維、竹炭滌綸纖維，生產方法也集中在共混改性、表面塗覆、直接粘附幾個方面，這就導致了竹炭在高聚物基體中分散不均或竹炭含量太低，造成紡絲斷頭多，製備連續穩定性差，纖維色度差異大，使用範圍存在一定的局限性。採用溼法紡絲法生產竹炭粘膠纖維亦有報導，雖然纖維生產時竹炭在纖維素中的分散比較均勻，但是由於粘膠纖維的強度較低且乾濕強度相差較大，纖維的伸長率低，定型穩定性差、耐用性大打折扣，限制了面料的應用。中國專利200310110113. 9、 200510102775. 0,200610037895. 1,200710013948. 0,200810033788. 0 等公開了採用溼法紡絲法生產竹炭粘膠纖維的方法，纖維生產時竹炭在纖維素中的分散比較均勻，但是由於粘膠纖維的強度較低且乾濕強度相差較大，纖維的伸長率低，定型穩定性差、耐用性大打折扣，這樣使面料的應用也受到很大的局限。中國專禾U 200510015840. 6,200610040491. 8、 200710190800. 4,200710023698. 9,200810062457. X,200910184330. X 公開了竹炭錦綸或竹炭滌綸纖維的製備方法，這些纖維在生產時竹炭在高聚物基體中的分散均勻性即使加入大量分散劑也難以解決，紡絲斷頭多，連續穩定性差，纖維色度差異大，使用範圍也有一定的局限性。聚醯胺纖維具有一系列優良性能，如耐磨性好，斷裂強度較高，回彈性和耐疲勞性優良，染色性好，但是其耐光性較差。聚醯胺纖維主要用於衣料服裝、產業、裝飾地毯三大領域。相對於用共混造粒先製備聚醯胺色母粒再熔融紡絲製備竹炭聚醯胺纖維來說，本發明使用原位聚合製備竹炭聚醯胺複合熔體再熔融紡絲，可避免竹炭在高聚物基體中分散不均、纖維色差較大等缺點，製備出的竹炭聚醯胺纖維吸溼性和耐光性也得到改善，因此，開發新型竹炭聚醯胺纖維具有現實意義。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是通過原位聚合解決竹炭在高聚物基體中的分散不均勻性問題，提供一種原料易得、並且能利用常規聚醯胺纖維工業紡絲方法、採用熔融紡絲製備新型竹炭聚醯胺複合纖維的方法。為了解決上述技術問題採用以下技術方案一種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟
步驟1 將兩種聚合單體、溶劑和竹炭改性納米微粉加入到不鏽鋼質聚合反應釜，進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾，得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽；
步驟2 將步驟1得到的複合66鹽配製成水溶液，加入到高壓釜內進行間歇或連續的熔融縮聚反應，得到竹炭聚醯胺複合熔體，經熔融紡絲機中熔體紡絲，得到初生絲纖維；
步驟3 將步驟2中得到的初生絲纖維經乾燥、上油、牽伸、定型後卷繞絡筒，得到竹炭聚醯胺複合纖維長絲或切斷得到短絲。所述步驟1中，兩種聚合單體分別為己二酸和己二胺，己二酸、己二胺之間的質量配比為56/44，以甲醇為溶劑，兩種聚合單體與竹炭納米改性微粉的合計總量與溶劑的質量配比為27 29/71 73，反應溫度控制在60 70°C。所述步驟2中，複合66鹽的水溶液的濃度為50% 60%，縮聚反應時加入己二酸和己內醯胺，己二酸與66鹽的質量配比控制在0. 5 0. 9/99. 1 99. 5，己內醯胺與66鹽的質量配比控制在2/98。所述步驟2中，複合66鹽在高壓釜內的縮聚分為預縮聚、常壓閃蒸、後縮聚三步進行，預縮聚料溫控制在210 215°C，壓力為1764 kPa ；常壓閃蒸溫度為，閃蒸時間 3 5 s;後縮聚在真空狀態下進行，溫度控制在275 ^0°C，縮聚時間為30 min，反應完成即可得竹炭聚醯胺複合熔體。所述步驟3中，初生絲纖維牽伸分三段牽伸，第一牽伸溫度為60°C，第二和第三伸溫度均為185°C，總拉伸比控制在5. 0 6. 0。所述步驟3中，其他參數控制為紡絲溫度305 310°C，風溫為20 M°C，風速為0. 3 0. 4米/秒，紡絲卷繞速度為2200 沈00米/分鐘。竹炭納米改性微粉為竹炭經過光觸媒材料納米TiA改性，納米TiA與竹炭質量配比為4 10/90 96，改性後竹炭納米改性微粉粒徑在20 500 nm，含水量不高於300 ppm0本發明的意義在於原位聚合能使竹炭納米改性微粉高度分散於高聚物基體中， 改善纖維製備的連續穩定性，使纖維加工性能優良，提高竹炭纖維的物理力學性能；採用光觸媒材料納米二氧化鈦改性的竹炭做功能性添加材料，不僅使纖維具有超強的吸附功能， 負離子發射功能，更由於納米TiO2的光催化性能，使得纖維具有抗菌除臭、分解有毒有害氣體的作用；製備的新型竹炭聚醯胺複合纖維蓬鬆性好，吸溼性得到改善，耐光性好，可以是短纖維，也可以是連續長絲纖維，擴大了竹炭纖維的應用範圍；竹炭聚醯胺複合纖維的製備可以採用一些常規的工藝設備，如普通聚醯胺纖維的聚合、紡絲、牽伸加工成型設備，降低了製造成本，適合於大批量工業化生產。
具體實施例方式實施例1 一種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟(1)計量稱取己二酸134. 4 Kg，溶劑甲醇537. 6 Kg，配製20%的己二酸甲醇溶液；己二胺105. 6 Kg，溶劑甲醇105. 6 Kg，配製50%的己二胺甲醇溶液；納米改性竹炭微粉6. 3 Kg，上述原料加入到不鏽鋼質聚合反應釜進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾， 得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽。(2)將步驟(1)中製備的複合66鹽配製成50%濃度的水溶液，加入0. 5%的己二酸和m的己內醯胺(以66鹽重量計)，置於高壓釜內進行縮聚反應。物料先在210 215°C， 1764 Ua條件下預縮聚，再進入常壓閃蒸，閃蒸溫度為^5°C，閃蒸時間3 5 s ；然後控制溫度為275 280°C進行後縮聚，縮聚時間為30min，反應完成即可得聚合物熔體。熔體經萃取、乾燥處理後送至紡絲機進行熔體紡絲，得到具有一定力學性能的竹炭聚醯胺複合纖維初生絲。(3)將步驟(2)中的初生絲經20 M °C乾燥後，進行60°C—段牽伸、185°C二段牽伸、185°C三段牽伸，總牽伸比控制在5. 0 6. 0 ；然後上油，定型後卷繞絡筒，卷繞速度為 2200米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為4. 63士0. 27 CN/ dtex0實施例2 —種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟(1)計量稱取己二酸134. 4 Kg，溶劑甲醇537. 6 Kg，配製20%的己二酸甲醇溶液；己二胺105. 6 Kg，溶劑甲醇105. 6 Kg，配製50%的己二胺甲醇溶液；納米改性竹炭微粉14. 7 Kg，上述原料加入到不鏽鋼質聚合反應釜進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾， 得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽。(2)將步驟(1)中製備的複合66鹽配製成50%濃度的水溶液，加入0. 5%的己二酸和1的己內醯胺(以66鹽重量計)，置於高壓釜內進行縮聚反應。物料先在210 215 °C, 1764 Ua條件下預縮聚，再進入常壓閃蒸，閃蒸溫度為觀5 °C，閃蒸時間3 5 s ；然後控制溫度為275 280°C進行後縮聚，縮聚時間為30min，反應完成即可得聚合物熔體。熔體經萃取、乾燥處理後送至紡絲機進行熔體紡絲，得到具有一定力學性能的竹炭聚醯胺複合纖維初生絲。(3)將步驟(2)中的初生絲經20 乾燥後，進行60°C—段牽伸、185 °C二段牽伸、185°C三段牽伸，總牽伸比控制在5. 0 6. 0 ；然後上油，定型後卷繞絡筒，卷繞速度為 2200米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為4. 40士0. 41 CN/ dtex0實施例3 —種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟(1)計量稱取己二酸161. 3 Kg，溶劑甲醇645. 2 Kg，配製20%的己二酸甲醇溶液；己二胺126. 7 Kg，溶劑甲醇126. 7 Kg，配製50%的己二胺甲醇溶液；納米改性竹炭微粉22. 7 Kg，上述原料加入到不鏽鋼質聚合反應釜進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾， 得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽。(2)將步驟(1)中製備的複合66鹽配製成50%濃度的水溶液，加入0. 5%的己二酸和m的己內醯胺(以66鹽重量計)，置於高壓釜內進行縮聚反應。物料先在210 215°C， 1764 Ua條件下預縮聚，再進入常壓閃蒸，閃蒸溫度為^5°C，閃蒸時間3 5 s ；然後控制溫度為275 280°C進行後縮聚，縮聚時間為30min，反應完成即可得聚合物熔體。熔體經萃取、乾燥處理後送至紡絲機進行熔體紡絲，得到具有一定力學性能的竹炭聚醯胺複合纖維初生絲。(3)將步驟(2)中的初生絲經20 乾燥後，進行60°C—段牽伸、185 °C二段牽伸、185 °C三段牽伸，總牽伸比控制在5. 0 6. 0 ；然後上油，定型後卷繞絡筒，卷繞速度為MOO米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為4. 64士0. 36 CN/ dtex0實施例4 一種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟(1)計量稱取己二酸188.2 Kg，溶劑甲醇752. 8 Kg，配製20%的己二酸甲醇溶液；己二胺147. 8 Kg，溶劑甲醇147. 8 Kg，配製50%的己二胺甲醇溶液；納米改性竹炭微粉44. 1 Kg，上述原料加入到不鏽鋼質聚合反應釜進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾， 得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽。(2)將步驟(1)中製備的複合66鹽配製成50%濃度的水溶液，加入0. 5%的己二酸和m的己內醯胺(以66鹽重量計)，置於高壓釜內進行縮聚反應。物料先在210 215°C， 1764 Ua條件下預縮聚，再進入常壓閃蒸，閃蒸溫度為^5°C，閃蒸時間3 5 s ；然後控制溫度為275 280°C進行後縮聚，縮聚時間為30min，反應完成即可得聚合物熔體。熔體經萃取、乾燥處理後送至紡絲機進行熔體紡絲，得到具有一定力學性能的竹炭聚醯胺複合纖維初生絲。(3)將步驟(2)中的初生絲經20 乾燥後，進行60°C—段牽伸、185 °C二段牽伸、185°C三段牽伸，總牽伸比控制在5. 0 6. 0 ；然後上油，定型後卷繞絡筒，卷繞速度為 2200米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為4. 16士0. 53 CN/ dtex0實施例5 —種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟(1)計量稱取己二酸201. 6 Kg，溶劑甲醇806. 4 Kg，配製20%的己二酸甲醇溶液；己二胺158. 4 Kg，溶劑甲醇158. 4 Kg，配製50%的己二胺甲醇溶液；納米改性竹炭微粉63 Kg，上述原料加入到不鏽鋼質聚合反應釜進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾，得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽。(2)將步驟(1)中製備的複合66鹽配製成50%濃度的水溶液，加入0. 5%的己二酸和m的己內醯胺(以66鹽重量計)，置於高壓釜內進行縮聚反應。物料先在210 215°C， 1764 Ua條件下預縮聚，再進入常壓閃蒸，閃蒸溫度為^5°C，閃蒸時間3 5 s ；然後控制溫度為275 280°C進行後縮聚，縮聚時間為30min，反應完成即可得聚合物熔體。熔體經萃取、乾燥處理後送至紡絲機進行熔體紡絲，得到具有一定力學性能的竹炭聚醯胺複合纖維初生絲。(3)將步驟(2)中的初生絲經20 乾燥後，進行60°C—段牽伸、185 °C二段
6牽伸、185°C三段牽伸，總牽伸比控制在5. 0 6. 0 ；然後上油，定型後卷繞絡筒，卷繞速度為 2200米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為3. 94士0. 53 CN/ dtex0實施例6: —種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟(1)將兩種聚合單體、溶劑和竹炭改性納米微粉加入到不鏽鋼質聚合反應釜，進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾，得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽; 兩種聚合單體分別為己二酸和己二胺，己二酸、己二胺之間的質量配比為56/44，以甲醇為溶劑，兩種聚合單體與竹炭納米改性微粉的合計總量與溶劑的質量配比為27 四/71 73,反應溫度控制在60 70°C。(2)將步驟1得到的複合66鹽配製成水溶液，複合66鹽的水溶液的濃度為50% 60%，將上述水溶液、己二酸和己內醯胺到高壓釜內進行間歇或連續的縮聚反應，縮聚分為預縮聚、常壓閃蒸、後縮聚三步進行，預縮聚料溫控制在210 215°C，壓力為1764 kPa ； 常壓閃蒸溫度為285°C，閃蒸時間3 5 s ；後縮聚在真空狀態下進行，溫度控制在275 280°C，縮聚時間為30 min，反應完成即可得竹炭聚醯胺複合熔體，經熔融紡絲機中熔體紡絲，得到初生絲纖維。縮聚反應時己二酸與66鹽的質量配比控制在0.5 0.9/99. 1 99. 5，己內醯胺與66鹽的質量配比控制在2/98。(3)將步驟2中得到的初生絲纖維經乾燥、上油、牽伸、定型後卷繞絡筒，得到竹炭聚醯胺複合纖維長絲或切斷得到短絲。初生絲纖維牽伸分三段牽伸，第一牽伸溫度為60°C， 第二和第三伸溫度均為185°C，總拉伸比控制在5.0 6.0。其他參數控制為紡絲溫度 305 310°C，風溫為20 ，風速為0. 3 0. 4米/秒，紡絲卷繞速度為2200 洸00 米/分鐘。所述竹炭納米改性微粉為竹炭經過光觸媒材料納米TiA改性，納米TiA與竹炭質量配比為4 10/90 96，改性後竹炭納米改性微粉粒徑在20 500 nm,含水量不高於 300 ppm0
權利要求
1.一種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，其特徵是包括如下步驟步驟1 將兩種聚合單體、溶劑和竹炭改性納米微粉加入到不鏽鋼質聚合反應釜，進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾，得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽；步驟2 將步驟1得到的複合66鹽配製成水溶液，加入到高壓釜內進行間歇或連續的縮聚反應，得到竹炭聚醯胺複合熔體，經熔融紡絲機中熔體紡絲，得到初生絲纖維；步驟3 將步驟2中得到的初生絲纖維經乾燥、上油、牽伸、定型後卷繞絡筒，得到竹炭聚醯胺複合纖維長絲或切斷得到短絲。
2.根據權利要求1所述的原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，其特徵是所述步驟1中，兩種聚合單體分別為己二酸和己二胺，己二酸、己二胺之間的質量配比為56/44， 以甲醇為溶劑，兩種聚合單體與竹炭納米改性微粉的合計總量與溶劑的質量配比為27 29/71 73，反應溫度控制在60 70°C。
3.根據權利要求2所述的原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，其特徵是所述步驟2中，複合66鹽的水溶液的濃度為50% 60%，縮聚反應時加入己二酸和己內醯胺，己二酸與66鹽的質量配比控制在0. 5 0. 9/99. 1 99. 5，己內醯胺與66鹽的質量配比控制在 2/98。
4.根據權利要求1所述的原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，其特徵是所述步驟2中，複合66鹽在高壓釜內的縮聚分為預縮聚、常壓閃蒸、後縮聚三步進行，預縮聚料溫控制在210 215°C，壓力為1764 kPa ；常壓閃蒸溫度為285°C，閃蒸時間3 5 s ；後縮聚在真空狀態下進行，溫度控制在275 280°C，縮聚時間為30 min，反應完成即可得竹炭聚醯胺複合熔體。
5.根據權利要求1所述的原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，其特徵是所述步驟3中，初生絲纖維牽伸分三段牽伸，第一牽伸溫度為60°C，第二和第三伸溫度均為 185°C，總拉伸比控制在5. 0 6. 0。
6.根據權利要求5所述的原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，其特徵是所述步驟3中，其他參數控制為紡絲溫度305 310°C，風溫為20 ，風速為0. 3 0. 4 米/秒，紡絲卷繞速度為2200 沈00米/分鐘。
7.根據權利要求2所述的原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，其特徵是竹炭納米改性微粉為竹炭經過光觸媒材料納米TiO2改性，納米TiA與竹炭質量配比為4 10/90 96，改性後竹炭納米改性微粉粒徑在20 500 nm，含水量不高於300 ppm。
全文摘要
一種原位聚合製備竹炭聚醯胺複合纖維的方法，包括如下步驟將兩種聚合單體、溶劑和竹炭改性納米微粉加入到不鏽鋼質聚合反應釜，進行中間反應，反應結束後冷卻、結晶，離心分離，洗滌、過濾，得到用於製備竹炭聚醯胺複合熔體的複合66鹽；將得到的複合66鹽配製成水溶液，加入到高壓釜內進行間歇或連續的熔融縮聚反應，得到竹炭聚醯胺複合熔體，經熔融紡絲機中熔體紡絲，得到初生絲纖維；將初生絲纖維經乾燥、上油、牽伸、定型後卷繞絡筒，得到竹炭聚醯胺複合纖維長絲或切斷得到短絲。位聚合能使竹炭納米改性微粉高度分散於高聚物基體中，改善纖維製備的連續穩定性，使纖維加工性能優良，提高竹炭纖維的物理力學性能。
文檔編號D01F6/90GK102409424SQ20111041466
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者張旺璽, 王志新, 王豔芝, 袁祖培 申請人:中原工學院