一种功能性纳米纤维纱的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种功能性纳米纤维纱的制备方法，纳米纤维纱采用静电纺丝法制备，其接收装置为水浴接收，浴液为含有功能性纳米粒子的分散液。由于纳米纤维具有较高的表面自由能，当纤维沉积在浴液中时，纤维表面将吸附功能性纳米粒子，从而使其具有相应的功能性。该一步法加工技术将纳米纤维的制备和功能性后整理技术相结合，使纤维在成型的同时获得一定的功能性，缩减了功能性后整理的繁琐步骤，有利于减少功能性纱线的加工工序，达到提高生产效率、节能减排的效果。

A preparation method of functional nanofiber yarn

【技术实现步骤摘要】
一种功能性纳米纤维纱的制备方法
本专利技术属于纺织领域，具体涉及一种一步法制备功能性纳米纤维纱的加工技术。
技术介绍
近年来，制备功能性纳米纤维成为材料科学
内的一大热点。目前，通过在纺丝液或者纺丝母粒中添加功能性材料是制备功能性纤维的有效方法之一。制备功能性静电纺纳米纤维的方法一般有三种：其一是直接在纺丝液中添加功能性物质(CooperA,OldinskiR,MaH,etal.Chitosan-basednanofibrousmembranesforantibacterialfilterapplications[J].CarbohydratePolymers,2013,92(1)：254-259.)；其二是对纤维进行煅烧、表面处理、水热或气体-固体反应等后处理(PandimuruganR,ThambiduraiS.UVprotectionandantibacterialpropertiesofseaweedcappedZnOnanoparticlescoatedcottonfabrics[J].Internationaljournalofbiologicalmacromolecules,2017,105(Pt1)：788-795.)；其三是通过纳米纤维和功能性物质之间的静电力，范德华力、氢键或官能团之间的相互作用，间接将功能性物质附着在纤维表面或内部(LimMM,SultanaN.Invitrocytotoxicityandantibacterialactivityofsilver-coatedelectrospunpolycaprolactone/gelatinenanofibrousscaffolds[J].3Biotech,2016,6(2)：211.)。第一种方法在配置复合纺丝液的过程中，会发生溶质不互溶或者分散不均匀等问题，影响纺丝状态的稳定性；后两种方法功能性后整理繁琐，加工工序复杂。到目前为止，还未有研究者将静电纺丝技术与后整理技术结合起来，形成一种全新的一步法制备功能性纳米纤维纱的加工技术。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种功能性纳米纤维纱的制备方法，解决上述问题。本专利技术的技术方案是：一种功能性纳米纤维纱的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将功能性纳米粒子加入分散剂中，并混合均匀，获得第一混合物，此时，在所述第一混合物中，所述功能性纳米粒子表面被所述分散剂包裹，将所述第一混合物加入到平平加O水溶液中，形成第一浴液，将所述第一浴液在磁力搅拌器上搅拌、再进行超声处理，制备得到功能性纳米粒子分散液；(2)将纺丝液加入注射器中，通过流量泵控制所述纺丝液的流速，所述纺丝液通过分配器均匀的分配到各针头之间，并在高压电场的作用下形成纳米纤维，沉积到所述功能性纳米粒子分散液表面，此时所述功能性纳米粒子在所述纳米纤维沉积到所述功能性纳米粒子分散液后快速吸附于所述纳米纤维表面，形成功能性纳米纤维，在玻璃棒的引导作用下，所述功能性纳米纤维形成纳米纤维束依次通过导纱钩、烘干装置、导纱横移装置，通过卷绕装置将所述纳米纤维纱卷绕到筒子上，获得功能性纳米纤维纱。进一步的，步骤(1)中所述功能性纳米粒子为壳聚糖、纳米二氧化钛、纳米银、纳米铜或氧化铈中的任意一种，所述分散剂为司班-80、吐温-80、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种。进一步的，步骤(1)中所述平平加O水溶液的浓度为0.5wt％，所述第一浴液中分散剂的质量分数为0.1％～0.2％，功能性纳米粒子的质量分数为0.4％～0.6％。进一步的，步骤(1)中所述搅拌的时间为20min～30min，超声处理的时间为50min-90min钟。进一步的，步骤(2)中所述纺丝液为聚丙烯腈、聚酰胺、聚氨酯中的任意一种。进一步的，步骤(2)中所述纺丝液质量分数为8％～25％。进一步的，步骤(2)中所述纺丝液的流速为1ml/h～7ml/h。进一步的，步骤(2)中所述卷绕装置的直径为25mm，转速为25r/min～45r/min。进一步的，步骤(2)中在获得所述功能性纳米纤维纱，并且在纺丝状态达到稳定后，开启逆水浴循环系统，实现所述功能性纳米粒子分散液的循环流动，所述功能性纳米粒子分散液的流动方向与所述功能性纳米纤维纱的运动方向相反。进一步的，所述逆水浴循环系统的流速为15ml/min～35ml/min。本专利技术提供了一种功能性纳米纤维纱的制备方法，将功能性纳米材料分散在接收浴液中，当静电纺纤维沉积到浴液中时，会与浴液中的功能性物质接触并将其吸附在纤维表面，随后将纤维集束、干燥、卷绕，从而制备得到功能性纳米纤维纱，该方法具有以下优点：1、该一步法加工技术将纳米纤维的制备和功能性后整理技术相结合，使纤维在成型的同时获得一定的功能性；2、本专利技术缩减了功能性后整理的繁琐步骤，有利于减少功能性纱线的加工工序，达到提高生产效率、节能减排的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，图1为本专利技术的一种功能性纳米纤维纱的制备方法的工艺流程图。其中，1为烧杯、2为磁力搅拌器、3为注射器、4为分配器、5为高压电源、6为针头、7为烘干装置、8为导纱横移装置、9为卷绕装置、10为逆水浴循环系统、11为导纱钩。具体实施方式本专利技术公开了一种功能性纳米纤维纱的制备方法，将静电纺丝技术与功能性后整理工艺结合起来，使纳米纤维纱在成型的同时获得特殊的功能。将含功能性纳米材料的溶液注入水浴接收槽中，在静电纺丝过程中，当纳米纤维在浴液中沉积时，纤维表面能随机吸附一定数量的功能性纳米粒子，从而使纤维具备一定的功能。请参阅图1，图1为本专利技术的一种功能性纳米纤维纱的制备方法的工艺流程图。如图1所示，具体工艺步骤如下：(1)将功能性纳米粒子与分散剂混合均匀，加入到制备好的平平加O水溶液中，在磁力搅拌器上搅拌后对其进行超声处理，制备得到功能性纳米粒子分散液，随后将其倒入烧杯1中，在纺丝过程中，磁力搅拌器2一直处于工作状态。其中功能性纳米粒子包括壳聚糖、纳米二氧化钛、纳米银、纳米铜、氧化铈等。由于纳米粒子表面具有较高的自由能，当纳米粒子分散在浴液中时会产生团聚现象，在浴液中加入分散剂的作用是降低纳米粒子在浴液中的团聚现象，提高纳米粒子在浴液中的稳定性，分散剂包括司班-80、吐温-80、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等。(2)采用多针头静电纺丝装置制备纳米纤维纱，纺丝液为一定质量分数的聚合物溶液，如：聚丙烯腈、聚酰胺、聚氨酯等。接收浴液为步骤(1)制备得到的功能性纳米粒子分散液。将纺丝液加入注射器3中，通过流量泵控制纺丝液的流速，纺丝液通过分配器4均匀的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n(1)将功能性纳米粒子加入分散剂中，并混合均匀，获得第一混合物，此时，在所述第一混合物中，所述功能性纳米粒子表面被所述分散剂包裹，将所述第一混合物加入到平平加O水溶液中，形成第一浴液，将所述第一浴液在磁力搅拌器上搅拌、再进行超声处理，制备得到功能性纳米粒子分散液；/n(2)将纺丝液加入注射器中，通过流量泵控制所述纺丝液的流速，所述纺丝液通过分配器均匀的分配到各针头之间，并在高压电场的作用下形成纳米纤维，沉积到所述功能性纳米粒子分散液表面，此时所述功能性纳米粒子在所述纳米纤维沉积到所述功能性纳米粒子分散液后快速吸附于所述纳米纤维表面，形成功能性纳米纤维，在玻璃棒的引导作用下，所述功能性纳米纤维形成纳米纤维束依次通过导纱钩、烘干装置、导纱横移装置，通过卷绕装置将所述纳米纤维纱卷绕到筒子上，获得功能性纳米纤维纱。/n

【技术特征摘要】
1.一种功能性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将功能性纳米粒子加入分散剂中，并混合均匀，获得第一混合物，此时，在所述第一混合物中，所述功能性纳米粒子表面被所述分散剂包裹，将所述第一混合物加入到平平加O水溶液中，形成第一浴液，将所述第一浴液在磁力搅拌器上搅拌、再进行超声处理，制备得到功能性纳米粒子分散液；
(2)将纺丝液加入注射器中，通过流量泵控制所述纺丝液的流速，所述纺丝液通过分配器均匀的分配到各针头之间，并在高压电场的作用下形成纳米纤维，沉积到所述功能性纳米粒子分散液表面，此时所述功能性纳米粒子在所述纳米纤维沉积到所述功能性纳米粒子分散液后快速吸附于所述纳米纤维表面，形成功能性纳米纤维，在玻璃棒的引导作用下，所述功能性纳米纤维形成纳米纤维束依次通过导纱钩、烘干装置、导纱横移装置，通过卷绕装置将所述纳米纤维纱卷绕到筒子上，获得功能性纳米纤维纱。


2.根据权利要求1所述的一种功能性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述功能性纳米粒子为壳聚糖、纳米二氧化钛、纳米银、纳米铜或氧化铈中的任意一种，所述分散剂为司班-80、吐温-80、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种。


3.根据权利要求1所述的一种功能性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述平平加O水溶液的浓度为0.5wt％，所述第一浴液中分散剂的质量分数为0.1％～0.2％，功能性纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：江瑞，闫涛，潘志娟，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32