一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法，属于纤维新材料技术领域。本发明专利技术的一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法是将聚合物长丝经过功能纳米粒子表面的蛋白化改性、共混溶液的制备、聚合物长丝表面复合共混溶液的形成与厚度的控制、聚合物长丝表面复合共混溶液的相转化初步成型、聚合物长丝表面复合共混溶液的热固化成型得到表面复合功能纳米粒子的聚合物长丝。本发明专利技术的制备方法可将碳纳米管、石墨烯、炭黑、二氧化钛、二氧化锌、铁粒子、四氧化三铁、三氧化二铝、银粒子等纳米粒子复合在聚合物长丝的表面，复合后的聚合物长丝具有良好的力学性能和功能性。本发明专利技术的制备方法操作简单，无需特殊设备，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于纤维新材料
。本专利技术的是将聚合物长丝经过功能纳米粒子表面的蛋白化改性、共混溶液的制备、聚合物长丝表面复合共混溶液的形成与厚度的控制、聚合物长丝表面复合共混溶液的相转化初步成型、聚合物长丝表面复合共混溶液的热固化成型得到表面复合功能纳米粒子的聚合物长丝。本专利技术的制备方法可将碳纳米管、石墨烯、炭黑、二氧化钛、二氧化锌、铁粒子、四氧化三铁、三氧化二铝、银粒子等纳米粒子复合在聚合物长丝的表面，复合后的聚合物长丝具有良好的力学性能和功能性。本专利技术的制备方法操作简单，无需特殊设备，易于实现工业化生产。【专利说明】
本专利技术涉及，属于纤维新材料
。
技术介绍
功能长丝是一种附加值高、功能性突出、用途广泛的新型材料。然而，功能长丝的制备技术较为复杂，设备要求高，工序繁杂，需要较高水平的技术人员。我国在功能长丝领域落后于发达国家，不仅体现在工程技术和设备上，更体现在功能长丝制备方法的创新上，导致在一些高科技尖端
受制于国外。因此，发展功能长丝的新型制备方法和技术手段具有重要的战略意义和经济价值。功能纳米粒子是指具有单一或多种功能性的纳米粒子，包括碳纳米管、石墨烯、炭黑、二氧化钛、二氧化锌、铁粒子、四氧化三铁、三氧化二铝、银粒子等等。这些功能纳米粒子具有导电、导磁、抗菌、抗紫外、自催化、隔热等多种功能。目前，将功能纳米粒子与聚合物进行共混纺丝制备功能长丝是最为常见的方法和技术，共混纺丝包括湿法共混纺丝和熔融共混纺丝。湿法共混纺丝主要针对聚乙烯醇基产品，但由于聚乙烯醇本身的环保、降解和湿热稳定性等问题，其规模化应用受到极大的限制。熔融共混纺丝主要针对涤纶、锦纶、丙纶或乙纶基产品，由于熔融共混纺丝工艺简单、占地小，采用该方法制备的功能长丝已经有商品在市场上销售，但是采用该方法制备功能长丝也遇到了如下几个的问题:一、功能纳米粒子的分散性问题，功能纳米粒子由于其纳米尺寸效应，导致其在熔融共混纺丝过程中不易分散，不仅影响产品的性能，还增加了加工设备的损耗；二、功能纳米粒子的包覆性问题，在熔融共混纺丝过程中，功能纳米粒子容易被聚合物基体包覆，导致共混长丝无法体现出功能纳米粒子的功能性，如:抗菌性、导电性等；三、功能纳米粒子的填充量较低，较低的填充量无法实现功能长丝功能性能的最大化，而较高的填充量势必影响聚合物长丝的力学性能，导致其不具备使用价值。这些问题导致熔融共混纺丝方法制备的功能长丝无法在其功能性上实现进一步的提升，需要新的技术和方法来提高功能长丝的功能性。针对如上所述的难题我们采用一种聚合物长丝表面复合的方法在聚合物长丝表面复合功能纳米粒子/热塑性聚氨酯改性层，实现聚合物长丝表面的功能化。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种可以有效解决功能纳米粒子的分散性问题、功能纳米粒子的包覆性问题、功能纳米粒子的填充量较低等问题的聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法，为满足本专利技术目的的解决方案是: 采用以下步骤: A功能纳米粒子表面的蛋白化改性采用超声波将功能纳米粒子分散在质量分数为0.5-2%的水溶性蛋白质水溶液中，功能纳米粒子与水溶性蛋白质水溶液的质量比为1:10-1:20，分散温度为50-60° C，分散l-3h后将分散溶液的温度降低至1-5° C，静止放置24-72h后经过离心机离心和干燥得到表面蛋白化的功能纳米粒子，离心机的离心速率为5000转/分钟，干燥温度为80° C ； B共混溶液的制备 按如下质量百分比: 表面蛋白化的功能纳米粒子 1-16% 热塑性聚氨酯1-12% 二甲基甲酰胺72-98% 将经步骤A制备的表面蛋白化的功能纳米粒子放入二甲基甲酰胺中，采用超声波分散l-3h后，加入热塑性聚氨酯，在温度为25-35° C的条件下，采用机械搅拌使热塑性聚氨酯溶解，溶解3-5h后经过静止抽真空脱泡得到共混溶液，共混溶液的粘度为500-2000mPa-s,静止抽真空脱泡温度为25-35° C ； C聚合物长丝表面复合共混溶液的形成与厚度的控制 将经步骤B制备的共混溶液在超声波震荡状态下升温至35-45° C，将聚合物长丝以50-400m/min的速率经过共混溶液和厚度控制模具上的导丝孔，得到表面复合共混溶液厚度为10-200Mm的聚合物长丝，聚合物长丝经过共混溶液的距离为2-15cm ； D聚合物长丝表面复合共混溶液的相转化初步成型 将经步骤C制备的表面复合共混溶液的聚合物长丝以50-400m/min的速率经过温度为60-85° C的去离子水后，得到表面复合共混溶液初步成型的聚合物长丝，表面复合共混溶液的聚合物长丝经过去离子水的距离为l_5cm ； E聚合物长丝表面复合共混溶液的热固化成型 将经步骤D制备的表面复合共混溶液初步成型的聚合物长丝以50-400m/min的速率经过热干燥箱中进行热处理，热处理温度为90-150° C，热处理10-40S后聚合物长丝表面形成厚度为0.2-56Mm的功能纳米粒子/热塑性聚氨酯共混层，得到表面复合功能纳米粒子的聚合物长丝。所述的功能纳米粒子为碳纳米管或石墨烯或炭黑或二氧化钛或二氧化锌或铁粒子或四氧化三铁或三氧化二铝或银粒子中的一种，功能纳米粒子的平均粒径< 300nm。所述的水溶性蛋白质为角蛋白或丝素或明胶中的一种，数均分子量为1000-10000。所述的热塑性聚氨酯的数均分子量为20000-180000，熔点为160-190° C。所述的聚合物长丝为涤纶或锦纶或维纶或腈纶或黏胶或丙纶或乙纶中的一种，聚合物长丝的旦数为1-200旦，根数为1-160根。所述的厚度控制模具上的导丝孔的孔径为25_380Mm，导丝孔的长度为5_20mm。由于采用了以上技术方案，本专利技术具有以下优点: 第一、根据长期的试验验证，聚合物长丝的功能特性均取决于其表面特性，而力学等结构性能取决于其本构特性，也就是其基体材料特性。因此，本专利技术专利在聚合物长丝表面形成一层功能纳米粒子/热塑性聚氨酯共混层。由于属于聚合物长丝的表面复合，不影响聚合物长丝本身的力学性能，即实现了聚合物长丝的功能性改性，又保留了聚合物长丝本身的力学性能。同时，表面复合的方法也避开了熔融共混纺丝中基体材料容易包覆功能纳米粒子的难题。第二、经过长期的试验验证，热塑性聚氨酯材料具有良好的相容性、柔软性和包容性，选择热塑性聚氨酯可以同时实现与聚合物的界面粘结性、与功能纳米粒子的复合性以及聚合物长丝力学性能的保持性。同时，热塑性聚氨酯具备热塑性材料的热学性能，在聚合物长丝表面复合共混溶液的热固化成型的过程中，热处理温度可以有效的塑化热塑性聚氨酯，使其能够优化自身的结构，在聚合物长丝表面形成结构致密、力学性能优良的功能纳米粒子/热塑性聚氨酯共混层。第三、采用水溶性蛋白质对功能纳米粒子的表面进行改性，主要解决功能纳米粒子的相容性、分散性和高填充的问题。根据多次的试验验证，熔融纺丝中功能纳米粒子含量超过20%即无法纺丝。同时，功能纳米粒子的含量低于40%无法将其优点最大化。明胶为人造生物蛋白质，角蛋白和丝素为天然蛋白质，均与热塑性聚氨酯大分子有一样的酰胺键结构。因此，功能纳米粒子表面的蛋白化增加了与热塑性聚氨酯之间的相容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法，其特征在于：所述方法采用以下步骤：?A?功能纳米粒子表面的蛋白化改性???????采用超声波将功能纳米粒子分散在质量分数为0.5?2%的水溶性蛋白质水溶液中，功能纳米粒子与水溶性蛋白质水溶液的质量比为1:10?1:20，分散温度为50?60°C，分散1?3h后将分散溶液的温度降低至1?5°C，静止放置24?72h后经过离心机离心和干燥得到表面蛋白化的功能纳米粒子，离心机的离心速率为5000转/分钟，干燥温度为80°C；B?共混溶液的制备按如下质量百分比：表面蛋白化的功能纳米粒子??????1?16%热塑性聚氨酯????????????????????????????1?12%二甲基甲酰胺????????????????????????????72?98%先将经步骤A制备的表面蛋白化的功能纳米粒子放入二甲基甲酰胺中，超声波分散1?3h后，再加入热塑性聚氨酯，在温度为25?35°C的条件下，采用机械搅拌使热塑性聚氨酯溶解，溶解3?5h后经过静止抽真空脱泡得到共混溶液，共混溶液的粘度为500?2000mPa·s，静止抽真空脱泡温度为25?35°C；C?聚合物长丝表面复合共混溶液的形成与厚度的控制将经步骤B制备的共混溶液在超声波震荡状态下升温至35?45°C，将聚合物长丝以50?400m/min的速率经过共混溶液和厚度控制模具上的导丝孔，得到表面复合共混溶液厚度为10?200μm的聚合物长丝，聚合物长丝经过共混溶液的距离为2?15cm；D?聚合物长丝表面复合共混溶液的相转化初步成型将经步骤C制备的表面复合共混溶液的聚合物长丝以50?400m/min的速率经过温度为60?85°C的去离子水后，得到表面复合共混溶液初步成型的聚合物长丝，表面复合共混溶液的聚合物长丝经过去离子水的距离为1?5cm；E?聚合物长丝表面复合共混溶液的热固化成型将经步骤D制备的表面复合共混溶液初步成型的聚合物长丝以50?400m/min的速率经过热干燥箱中进行热处理，热处理温度为90?150°C，热处理10?40s后聚合物长丝表面形成厚度为0.2?56μm的功能纳米粒子/热塑性聚氨酯共混层，得到表面复合功能纳米粒子的聚合物长丝。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，吴勇敏，郭蕾，程远佳，陈凤翔，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：