一种阻燃防静电锦纶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃防静电锦纶及其制备方法，通过选择特定DBP值的炭黑以特定比例与碳纳米管、石墨烯复配，形成了纳米复合结构，具有良好的导电性。再将其与己内酰胺进行原位共聚、熔融纺丝后，可制备兼具阻燃性和防静电性的复合锦纶纤维。本发明专利技术在仅添加微量碳纳米管(

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃防静电锦纶及其制备方法
本专利技术属于纤维领域，尤其涉及一种阻燃防静电锦纶及其制备方法。
技术介绍
日常生活中，两种不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电现象，这是由于一个物体失去一定电荷后带正电，而另一个物体得到电荷带负电，这些电荷难以简单中和，便会逐渐累积形成静电。日常生活中形成静电的最主要途径是摩擦、感应和传导三种。静电本身是一种非常常见的现象，但是当静电在积累并剧烈释放时，极易引发电路击穿、信息干扰、火灾、电击等现象，轻则使人体产生不适，增大灰尘吸附而使环境变脏，重则干扰电磁信号，引发头晕、头痛，击穿电子元器件，甚至引发爆炸和火灾。消除静电的主要方法是提高材料的电导率，使多余电荷从物体表面传递出去或中和。目前常用的导电添加剂包括金属纤维、碳纤维、复合导电纤维、导电高分子、纳米碳颗粒等，从性价比角度考虑，炭黑这种具有多孔纳米碳结构的导电材料是最具竞争力的防静电添加材料。已有许多研究和报道证实炭黑可以有效提升高分子材料的防静电效果，然而，单一添加炭黑往往需要较高的添加量(大于5％)才能实现效果，而在这样大的添加量下，复合材料的力学性能很可能收到影响，并且由于炭黑团簇体的存在，将复合材料加工成纤维和薄膜等材料存在产品均一性差、强度低等缺陷。相比传统碳材料，纳米碳材料具有更小的微观尺寸，不仅具有高导电导热等特性，而且分散性好，能在聚合物等体系中更好分散，形成导电网络，从而达到提升导电性、导热性、力学强度等效果。其中，碳纳米管和石墨烯是今年来最受关注的明星材料。碳纳米管是一种一维纳米碳材料，在沿纳米管方向电子可以快速运动，形成一维导电通路，因此将碳纳米管沿同一方向排列形成的碳纳米管纤维具有高强度、高电导率的特性，被认为是下一代电输送材料的最佳选择。同时，将碳纳米管分散于聚合物基体中，一维碳纳米管可通过搭接、缠结等形式形成三维网络结构，从而有效提升聚合物基体的电导率。然而，由于碳纳米管比表面积大，具有超高的长径比，并且未修饰的碳纳米管之间具有强烈的范德华力作用，使得碳纳米管互相缠结，难以分离，形成团状或束状聚集体，从而呈现出较差的分散效果，制约了其性能的充分发挥。石墨烯是一种二维纳米碳材料，具有超高理论电导率和导热率，被视为可与碳纳米管匹敌的新兴材料。相比于线性的碳纳米管，二维石墨烯片更容易形成三维网络，从而实现高电导率。将石墨烯与碳纳米管相结合，可充分利用两者的优点，石墨烯促进导电网络的形成，碳纳米管依附于石墨烯表面提升石墨烯片的电导率和强度，从而实现协同效应。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术不足，提供一种阻燃防静电锦纶及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种阻燃防静电锦纶，至少包括接枝有尼龙6分子的碳纳米管、接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，碳纳米管附着于石墨烯片表面，纳米炭黑附着于碳纳米管和石墨烯的表面；纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3～6倍(质量比)，纳米炭黑、碳纳米管和石墨烯的质量比为1.2～2.8:0.024～0.096:0.032～0.16，碳纳米管和石墨烯在锦纶中的质量含量分别为0.024％～0.096％和0.032％～0.16％。进一步地，所述单层石墨烯片内的缺陷位点处富集低DBP值纳米炭黑，碳纳米管表面的缺陷位点处富集低DBP值纳米炭黑。进一步地，所述高DBP值纳米炭黑的DBP值为360～400，低DBP值纳米炭黑的DBP值为200～280。一种阻燃防静电锦纶的制备方法，包括以下步骤：(1)将3质量份羧化碳纳米管的水分散液、4质量份氧化石墨烯的水分散液、0.05-0.3质量份分子量调节剂加入100质量份的己内酰胺熔体中，在80℃下高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述羧化碳纳米管的碳氧比为2.5～6，羧化碳纳米管水分散液的质量浓度为1％～4％。所述氧化石墨烯的碳氧比为2～5，氧化石墨烯水分散液的质量浓度为1％～5％；(2)将低DBP值纳米炭黑和高DBP值纳米炭黑按3～6:1的比例混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行分散，其中混合纳米炭黑总重为1.2～2.8质量份；(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液在缩聚反应釜中升温至250-270℃，在0.1-0.5MPa下反应3小时；然后在真空下反应4小时，得到聚合物熔体；最后将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合尼龙切片；(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，得到防静电复合锦纶。熔体温度为250-320℃，连续纺丝速度为1000-4000米/分钟，牵伸倍数为4-6倍。进一步地，所述步骤(2)的高DBP值纳米炭黑的DBP值为360～400，低DBP值纳米炭黑的DBP值为200～280。本专利技术的有益效果在于：(1)巧妙利用了具有不同结构度纳米炭黑。首先，由于炭黑处于纳米级尺寸，在己内酰胺熔体中，炭黑会选择性富集于碳纳米管和石墨烯的表面，如图1，2所示的纳米结构。其次，低DBP值炭黑具有低结构度，即结构偏致密，多孔结构偏少，能修补羧化碳纳米管和氧化石墨烯表面的缺陷，提升羧化碳纳米管和氧化石墨烯的本征电导率，而高DBP值的炭黑具有更为伸展的微结构，空隙发达，在贴附于羧化碳纳米管表面时会向外伸展，有助于界面电荷传递和导电网络的形成。本专利技术通过反复调整羧化碳纳米管、氧化石墨烯、高DBP炭黑和低DBP炭黑的配比，发现在特定配比下具有不同结构度的纳米炭黑、羧化碳纳米管和氧化石墨烯能产生意想不到的协同效应，最终实现复合纤维的防静电效果(表1)。(2)纳米炭黑均匀贴附于羧化碳纳米管和氧化石墨烯表面，借助氧化石墨烯表面丰富的含氧官能团在己内酰胺熔体中均匀分散，如图2所示。在原位聚合过程中，己内酰胺与氧化石墨烯和羧化碳纳米管表面的含氧官能团发生共价接枝反应，有四点好处：1、防止了羧化碳纳米管之间的缠结，使得羧化碳纳米管更加均匀分散；2、提升了石墨烯的分散度，阻止了石墨烯片间的堆叠；3、共价接枝的存在使得相界面上的电荷转移和传热更为容易，也有利于电导率的降低和热量传输；4、共价接枝有利于复合纤维的连续化制备，即使在高速纺丝下仍保持高连续性和高稳定性，产品质量好。(3)碳纳米管、石墨烯和炭黑通过共聚形式均匀分散在尼龙6基体内部，并形成导电网络，即使经过长期使用和水洗仍可保持电导率不衰减，具有高耐用性。由于有效形成了碳网络，复合材料的阻燃性显著提升，可用于阻燃织物和服装之中。(4)碳纳米管、石墨烯和炭黑的加入还能赋予锦纶纤维原本没有的性能，如远红外发射、抗菌、防紫外等。(5)纤维中碳纳米管含量在0.096％以下，石墨烯含量在0.16％以下，纳米炭黑总添加量仅为1.2～2.8％，整体添加量显著低于市场同类产品和报道值，成本低，易于工业化生产。综上，利用本方法得到的复合纤维制备简单，防静电性能和阻燃性能优异，耐用性好，成本低廉，相比传统纤维具有显著优势，具有广阔的市场前景和应用价值。附图说明图1为复合纤维的微观结构示意图，其中1为碳纳米管，2为石墨烯片，3为接枝在碳纳米管上的尼龙6分子，4为接枝在石墨烯片上的尼龙6分子，5为游离的尼龙6分子。图2为石墨烯和碳纳米管表面放大后的结构示意图，其中1为石墨烯或碳纳米管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃防静电锦纶，其特征在于，至少包括接枝有尼龙6分子的碳纳米管、接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，碳纳米管附着于石墨烯片表面，纳米炭黑附着于碳纳米管和石墨烯的表面；纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3～6倍(质量比)，纳米炭黑、碳纳米管和石墨烯的质量比为1.2～2.8:0.024～0.096:0.032～0.16，碳纳米管和石墨烯在锦纶中的质量含量分别为0.024％～0.096％和0.032％～0.16％。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃防静电锦纶，其特征在于，至少包括接枝有尼龙6分子的碳纳米管、接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，碳纳米管附着于石墨烯片表面，纳米炭黑附着于碳纳米管和石墨烯的表面；纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3～6倍(质量比)，纳米炭黑、碳纳米管和石墨烯的质量比为1.2～2.8:0.024～0.096:0.032～0.16，碳纳米管和石墨烯在锦纶中的质量含量分别为0.024％～0.096％和0.032％～0.16％。2.根据权利要求1所述的锦纶，其特征在于，所述单层石墨烯片内的缺陷位点处富集低DBP值纳米炭黑，碳纳米管表面的缺陷位点处富集低DBP值纳米炭黑。3.根据权利要求1所述的锦纶，其特征在于，所述高DBP值纳米炭黑的DBP值为360～400，低DBP值纳米炭黑的DBP值为200～280。4.一种阻燃防静电锦纶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将3质量份羧化碳纳米管的水分散液、4质量份氧化石墨烯的水分散液、0.05-0.3质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琛，韩燚，高超，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33