一种石墨烯多功能氨纶纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能纤维材料领域，公开了一种石墨烯多功能氨纶纤维及其制备方法。所述石墨烯多功能氨纶纤维由氨纶切片与石墨烯多功能氨纶母粒通过熔融混纺制备得到；所述石墨烯多功能氨纶母粒包括如下重量份的组分：氨纶切片60～92份，羧基化石墨烯3～35份，羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子5～37份。本发明专利技术采用羧基化石墨烯和羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子，可以改善石墨烯和功能性纳米粒子在氨纶纤维中的分散接枝稳定性，从而保证相应的健康功能效果如负离子、远红外、抗菌防螨、磁性、除甲醛、除异味、抗辐射防紫外线等功能的稳定发挥，且可显著提升氨纶纤维的抗氧化黄变性。

A kind of graphene multifunctional spandex fiber and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯多功能氨纶纤维及其制备方法
本专利技术属于功能纤维材料领域，具体涉及一种石墨烯多功能氨纶纤维及其制备方法。
技术介绍
氨纶是我们生活中常用的纤维品种，最突出的特点就是良好的弹性，且具有纤度低、弹性模量大(断裂伸长可达400％-800％)、比重小等优势。氨纶能与羊毛、棉、涤纶、腈纶、粘胶等纺织纤维混纺，制成的织物手感柔软、富有弹性、穿着舒适，被广泛使用在健身服、游泳衣、牛仔裤、紧身裤、内衣、连体衣、贴身内衣中。由于氨纶分子链上含有大量的氨基等反应性基团，在高温定形或储存过程中容易发生降解、氧化、黄变，影响成品，特别是荧光增白面料及浅色面料的品质。因此，需要对氨纶纤维进行改性。氨纶的改性主要分为两类：①对氨纶自身进行改性：扩链剂、多元醇、异氰酸酯等；②对氨纶进行复合材料改性：添加功能助剂等，改善纤维表面的惰性。专利200710015259.3公开了一种耐高温高弹性氨纶纤维及其制备方法。通过改变聚合原料配比、扩链剂和终止剂的的类型和组成，扩链反应形式、添加剂的类型和配比等来提高氨纶纤维的耐高温。专利201910674756.7公开了一种具有持久耐老化性能氨纶的制备方法。采用化学改性方法，从本质上改变软硬段成分种类，掺入部分改性的功能性基团，分别在在聚氨酯链软段中引入端羟基氢化聚丁二烯，在硬段中引入降冰片烷二异氰酸酯，所得氨纶纤维具有优异的光稳定性、耐热性、耐黄变性、耐候性等。上述方法虽然可以改善氨纶纤维的稳定性、耐热性、耐黄变性等，但需要从源头上对氨纶纤维的分子链进行设计，成本较高，时效性不佳。<br>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201710101365.7公开了一种石墨烯-氨纶复合纤维的制备方法，将干燥后的氨纶切片与石墨烯进行高速预混，加入偶联剂，然后经过混炼机或密炼机进行混合、双螺杆挤出机造粒，制得石墨烯-氨纶母粒；所述石墨烯-氨纶母粒经熔融纺丝，制得所述石墨烯-氨纶复合纤维。所得复合纤维的断裂强度和断裂伸长率得到了显著的提高。专利201710842735.2公开了一种生物质石墨烯-氨纶复合纤维的制备方法，通过石墨烯和氨纶丝原液的混合，然后采用溶液纺丝的方法，制备得到生物质石墨烯-氨纶复合纤维。所得复合纤维具有极好的伸缩性能、导电性、抗菌抑菌、抗紫外线和远红外保暖性。专利201210078915.5公开了一种抗菌氨纶纤维及其制备方法，通过加入纳米银赋予氨纶纤维抗菌效果。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氨纶纤维的基础上，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。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种石墨烯多功能氨纶纤维。本专利技术的另一目的在于提供上述石墨烯多功能氨纶纤维的制备方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种石墨烯多功能氨纶纤维，由氨纶切片与石墨烯多功能氨纶母粒通过熔融混纺制备得到；所述石墨烯多功能氨纶母粒包括如下重量份的组分：氨纶切片60～92份，羧基化石墨烯3～35份，羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子5～37份。进一步地，所述氨纶切片与石墨烯多功能氨纶母粒的质量份比例为氨纶切片60～90份，石墨烯多功能氨纶母粒10～40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。但不局限于上述功能性纳米粒子。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，所述羧基化石墨烯和羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子的粒径范围为50～600nm。进一步地，所述羧基硅烷偶联剂是指3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷。进一步地，所述石墨烯多功能氨纶母粒中还包括阻燃剂、稳定剂、抗氧剂等常用功能组分。一种石墨烯多功能氨纶纤维的制备方法，包括如下步骤：(1)羧基化石墨烯的制备：将石墨烯加入到高能球磨机中，以氢氧化钠为研磨助剂进行高能球磨表面处理，产物水洗至中性后与氯乙酸在水溶液中反应，洗涤、干燥，得到羧基化石墨烯；(2)羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子的制备：将功能性纳米粒子分散到异丙醇溶剂中，然后滴加羧基硅烷偶联剂进行表面改性，得到羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子；(3)将羧基化石墨烯及羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子与氨纶切片通过挤出机混合挤出，得到石墨烯及功能改性氨纶母粒；(4)石墨烯多功能氨纶纤维的制备：将所得石墨烯及功能改性氨纶母粒与氨纶切片按比例充分混合后进行熔融共混纺丝，得到石墨烯多功能氨纶纤维。进一步地，步骤(1)中所述氢氧化钠的加入量为石墨烯质量的0.05％～5％。进一步地，步骤(1)中所述高能球磨表面处理的时间为0.5～12h。进一步地，步骤(2)中所述羧基硅烷偶联剂的加入量为功能性纳米粒子质量的0.05％～3％。本专利技术的原理为：本专利技术采用羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子，可以改善无机功能性纳米粒子在有机氨纶纤维中的物理分散效果，使得纳米粒子更均匀地分散在基体中，并有效防止纳米粒子在后续操作中发生团聚，更好地发挥纳米粒子的功能作用。另外羧基化石墨烯和硅烷偶联剂中的羧基可以与氨纶纤维中的氨基发生化学接枝反应，一方面化学接枝反应相比简单物理共混，其作用力更强，石墨烯及功能性纳米粒子的分散效果及稳定性更好；另一方面，化学接枝产生了交联效果，将功能性纳米粒子锚定在交联网络内，降低了功能性纳米粒子对氨纶纤维力学性能产生的不利影响，且石墨烯的补强效果得到了良好的发挥；再一方面，化学接枝反应消耗掉了氨纶纤维分子链中部分氨基，抑制了氨纶纤维易酸水解及氧化黄变的问题，显著提升其品质。值得注意的是，本专利技术更优选使用3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂，这是因为氨纶纤维需要足够的极性基团(硬段上的聚氨酯基团)保持其良好的酸性染色性，氨基过分的消耗会影响其染色、固色效果，而3-[3-羧基烯丙酰胺基]丙基三乙氧基硅烷作为偶联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯多功能氨纶纤维，其特征在于：所述石墨烯多功能氨纶纤维由氨纶切片与石墨烯多功能氨纶母粒通过熔融混纺制备得到；所述石墨烯多功能氨纶母粒包括如下重量份的组分：氨纶切片60～92份，羧基化石墨烯3～35份，羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子5～37份。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯多功能氨纶纤维，其特征在于：所述石墨烯多功能氨纶纤维由氨纶切片与石墨烯多功能氨纶母粒通过熔融混纺制备得到；所述石墨烯多功能氨纶母粒包括如下重量份的组分：氨纶切片60～92份，羧基化石墨烯3～35份，羧基硅烷偶联剂改性的功能性纳米粒子5～37份。


2.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能氨纶纤维，其特征在于：所述氨纶切片与石墨烯多功能氨纶母粒的质量份比例为氨纶切片60～90份，石墨烯多功能氨纶母粒10～40份。


3.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能氨纶纤维，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。


4.根据权利要求3所述的一种石墨烯多功能氨纶纤维，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。


5.根据权利要求1所述的一种石墨烯多功能氨纶纤维，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗湘军，黄蕊烨，邓细利，黄钊维，钟敏丽，
申请(专利权)人：广州市中诚新型材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44