一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，采用碳酸溶液作為殼聚糖凝膠的溶劑，將殼聚糖涂覆于聚酯纖維表面；再通過氧化石墨烯與殼聚糖之間的相互作用，在聚酯纖維表面形成穩(wěn)定的氧化石墨烯/殼聚糖涂層；洗滌干燥后獲得親水、抗靜電聚酯纖維。本發(fā)明采用碳酸作為殼聚糖的溶劑，通過加熱可直接形成殼聚糖膜沉積于聚酯纖維表面，無需進行溶劑的去除步驟；具有殼聚糖膜的聚酯纖維與氧化石墨烯之間具有很強的鍵合作用；所制備的殼聚糖/氧化石墨烯/聚酯纖維具有很好的親水性和抗靜電性能。本方法制備過程簡單、環(huán)保，設備要求低，是一種綠色化學制備方法，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】
一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，屬于合成纖維技術領域。
【背景技術】
[0002] 聚酯纖維因其優(yōu)異的物理機械性能和服用性能而備受青睞，在很多領域都有著廣 泛的應用，占據(jù)很大的市場。為了提高產(chǎn)品附加值，很多企業(yè)也在研發(fā)、生產(chǎn)差別化聚酯纖 維，比如阻燃聚酯纖維、高吸濕透濕聚酯纖維、異形聚酯纖維抗靜電聚酯纖維、抗菌防臭聚 酯纖維等差別化纖維。這些差別化聚酯纖維擁有更高的附加值，也擁有更大的市場。
[0003] 殼聚糖是一種天然高分子堿性多糖，具有良好的親水性、生物相容性、抗菌性及生 物可降解性。在醫(yī)藥、食品、化工水處理等諸多領域有著廣泛的應用。近年來，在紡織工業(yè) 中，殼聚糖作為生物綠色整理劑多被用于織物的染色和多種功能性整理研究。
[0004]殼聚糖改性聚酯纖維是目前聚酯纖維改性的熱點之一。一般的解決方案是利用醋 酸溶液作為殼聚糖的溶劑，對聚酯纖維進行后整理。這種對聚酯纖維的親水性能有一定的 效果但是抗靜電性能有限。Jingchun Lv等將羧甲基殼聚糖接枝在PET纖維上，親水性和抗 靜電性能得到提升，同時并未影響其熱力學和物理機械性能。
[0005] 石墨烯是一種由碳原子緊密堆積而成的具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維碳納米材料，因其 具有密度小、比表面積大、載流子迀移速率大及電導率高等優(yōu)點而成為化學、物理、材料等 領域的研究熱點。
[0006] 氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學氧化及剝離后的產(chǎn)物，氧化石墨烯的層片上含 有很多含氧基團，如羧基、羥基、羰基和環(huán)氧基等，這些官能基團能顯著降低石墨片層間的 范德華力，增加石墨片的親水性，實現(xiàn)其在水中的剝離與親水分散。此外，氧化石墨烯層上 的含氧基團可以作為反應的活性位點，參與很多化學反應。故本發(fā)明利用殼聚糖分子與氧 化石墨烯之間的靜電和氫鍵作用形成殼聚糖-氧化石墨烯復合涂層，沉積于聚酯纖維表面 形成親水抗靜電聚酯纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種制備過程環(huán)保，制備成本較低的，親水、抗靜 電聚酯纖維的制備方法。
[0008] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是提供一種親水、抗靜電聚酯纖維的 制備方法，其特征在于:采用碳酸溶液作為殼聚糖凝膠的溶劑，將殼聚糖涂覆于聚酯纖維表 面;再通過氧化石墨烯與殼聚糖之間的相互作用，在聚酯纖維表面形成穩(wěn)定的氧化石墨烯/ 殼聚糖涂層;洗滌干燥后獲得親水、抗靜電聚酯纖維。
[0009] 優(yōu)選地，具體步驟如下：
[0010] 步驟1:將殼聚糖溶解于鹽酸溶液中，攪拌，得到澄清的殼聚糖溶液；
[0011] 步驟2:在殼聚糖溶液中滴加 NaOH溶液，形成殼聚糖凝膠；
[0012] 步驟3:過濾獲得殼聚糖凝膠，清水洗滌至中性，定容后在室溫條件下通入C02氣體 至溶液澄清透明，得到殼聚糖碳酸溶液；
[0013] 步驟4:將聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸溶液中，靜置后取出，并置于烘箱干燥，得到經(jīng) 殼聚糖處理的聚酯纖維；
[0014] 步驟5:將氧化石墨烯分散在去離子水中，超聲得到穩(wěn)定分散的氧化石墨烯水溶 液；
[0015] 步驟6:將經(jīng)殼聚糖處理的聚酯纖維浸入所配氧化石墨烯溶液中，靜置后取出，清 水洗滌、干燥，獲得表面具有親水抗靜電涂層的聚酯纖維。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟1中，鹽酸溶液質(zhì)量百分比濃度為0.5% ;攪拌時間12h;殼聚糖溶 液中殼聚糖的質(zhì)量百分比濃度為0.5 % -2 %。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟1中，殼聚糖的脫乙酰度大于85%。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟2中，NaOH溶液濃度不高于lmo 1 /L;滴定終點為:溶液pH值為7-8。 [0019] 優(yōu)選地，所述步驟4中，聚酯纖維的減量率為聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸 溶液的浴比為1:30;靜置后6h后取出；烘箱干燥溫度為30 °C -50 °C。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟5中，氧化石墨稀水溶液的質(zhì)量百分比濃度為0. l-o.5mg/ml。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述步驟5中，氧化石墨稀由Hu_ers法制備獲得。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟6中，靜置3h后取出；干燥溫度為30°C-50°C。
[0023]本發(fā)明通過將殼聚糖溶解于碳酸溶液中，在常溫常壓條件下使用溶膠凝膠法將殼 聚糖對聚酯纖維進行涂覆，得到殼聚糖/聚酯復合材料，避免了殼聚糖在成膜后酸的去除步 驟。在靜電吸附的作用下，使用氧化石墨烯對所得的殼聚糖/聚酯纖維復合材料進行修飾， 最終獲得殼聚糖/氧化石墨烯表面修飾的聚酯纖維。
[0024]本發(fā)明涉及了兩個基本的原理：
[0025] (1 )C02(0.82ml/mlH20，25°C，1個大氣壓）溶解于水中形成碳酸，分解產(chǎn)物HC0-的 pKa = 3.9，強于醋酸(pKa = 4.6)接近乳酸(pKa = 3.7)，因此可以用來溶解殼聚糖。
[0026] (2)氧化石墨烯含有大量的羧基、羰基、羥基等含氧基團，與殼聚糖之間具有靜電 吸附及氫鍵作用，結(jié)合牢固。
[0027] 相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的方法具有如下有益效果：
[0028] 1、設計思路巧妙:采用碳酸作為殼聚糖的溶劑，通過加熱可直接形成殼聚糖膜沉 積于聚酯纖維表面，無需進行溶劑的去除步驟;具有殼聚糖膜的聚酯纖維與氧化石墨烯之 間具有很強的鍵合作用；
[0029] 2、所制備的殼聚糖/氧化石墨烯/聚酯纖維具有很好的親水性和抗靜電性能；
[0030] 3、制備過程簡單、環(huán)保，設備要求低，是一種綠色化學制備方法，具有廣闊的應用 前景。
【附圖說明】
[0031] 圖1是親水抗靜電聚酯纖維的制備過程示意圖；
[0032] 圖2是實施例1中，殼聚糖、氧化石墨烯、聚酯纖維、殼聚糖/氧化石墨烯/聚酯纖維 的紅外光譜圖。
[0033] 圖3實施例1中，聚酯纖維改性前后的掃描電鏡圖的對比；（a)是改性前的聚酯纖 維；（b)是經(jīng)過殼聚糖和氧化石墨烯的浸漬涂覆后的聚酯纖維。
[0034] 圖4是實施例1中，聚酯纖維，殼聚糖/聚酯纖維，殼聚糖/氧化石墨烯/聚酯纖維的 熱重分析圖；（a)是失重率m隨溫度t變化圖；（b)是圖（a)中曲線的斜率dm/dt隨溫度t變化 圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0036] 實施例1
[0037]圖1為親水抗靜電聚酯纖維的制備過程示意圖，將lg殼聚糖溶解于100ml的0.5% 濃度鹽酸溶液中，攪拌12h，得到澄清的殼聚糖溶液，殼聚糖的濃度為1 % ;在殼聚糖溶液中 緩慢滴加〇 . 5mol/L的NaOH溶液形成殼聚糖凝膠；過濾獲得殼聚糖凝膠，清水洗滌至中性， 100ml定容后在室溫條件下通入⑶2氣體至溶液澄清透明，得到殼聚糖碳酸溶液;將減量率 11%的3g聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸溶液中，6h后取出后置于烘箱干燥得到殼聚糖/聚酯纖 維，記為CS/PET;將氧化石墨烯分散在去離子水中，超聲得到穩(wěn)定分散的石墨烯水溶液;氧 化石墨烯水溶液的質(zhì)量濃度為〇.lmg/ml;將經(jīng)過殼聚糖處理的聚酯纖維浸入所配氧化石墨 烯溶液中，3h后取出，清水洗滌、干燥，獲得表面具有親水抗靜電涂層的聚酯纖維，記為CS/ G0/PET-1〇
[0038]使用FTIR(傅立葉紅外變換光譜）、SEM(掃描電子顯微鏡）、TGA(熱重分析）、接觸角 和抗靜電測試儀來表征本實施例所獲得的親水抗靜電聚酯纖維的結(jié)構(gòu)形貌、熱力學性能、 親水性及抗靜電性，其結(jié)果如下：
[0039] (1 )FTIR測試結(jié)果表明：氧化石墨烯在3400(31^1左右有較強的波峰，為0-H的伸縮振 動吸收峰；1723CHT1為-C00H伸縮振動吸收峰；1630cnf1為C = C的伸縮振動峰;這些吸收峰說 明氧化石墨烯上有豐富的含氧基團，有利于與殼聚糖之間形成共價作用。在1655CHT1和 1693CHT 1處分別為殼聚糖中酰胺I和N-H的吸收峰。而殼聚糖/氧化石墨烯/聚酯纖維在 330001^-3600(^ 1出現(xiàn)0-H寬峰，1637CHT1出現(xiàn)酰胺I峰，說明殼聚糖和氧化石墨烯已經(jīng)成功 涂覆在聚酯纖維表面，參見附圖2。
[0040] (2)SEM測試結(jié)果表明：改性前的聚酯纖維表面相對比較光滑，經(jīng)過殼聚糖和氧化 石墨烯的浸漬涂覆后，在聚酯纖維表面形成一層均勻的膠膜，同時，纖維表面粗糙度增加。 正是由于這層膠膜的存在，使得聚酯纖維具有較好的親水性和抗靜電性能，參見附圖3。
[0041] (3)接觸角測試結(jié)果表明：本實施例制備的殼聚糖/氧化石墨烯/聚酯織物的水滴 消失時間縮短至3s以下。
[0042] (4)抗靜電測試結(jié)果表明：本實施例制備的殼聚糖/氧化石墨烯/聚酯織物相比改 性前半衰期的時間顯著縮短達到6s以下，說明抗靜電性能得到了顯著的改善。
[0043] (5)熱失重(TGA)測試結(jié)果表明：聚酯纖維在改性前后分解溫度在350°C_550°C之 間，失重率為80%-85%之間，參見附圖4,說明殼聚糖和氧化石墨烯的涂覆并未對其熱力學 性能有較大的改變。
[0044] 實施例2
[0045] 將2g殼聚糖溶解于100ml的0.5 %濃度鹽酸溶液中，攪拌12h，得到澄清的殼聚糖溶 液，殼聚糖的濃度為2% ;在殼聚糖溶液中緩慢滴加0.5mol/L的NaOH溶液形成殼聚糖凝膠； 過濾獲得殼聚糖凝膠，清水洗滌至中性，l〇〇ml定容后在室溫條件下通入C0 2氣體至溶液澄 清透明，得到殼聚糖碳酸溶液;將減量率11%的3g聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸溶液中，6h后取 出后置于烘箱干燥得到殼聚糖/聚酯纖維，記為CS/PET;將氧化石墨烯分散在去離子水中， 超聲得到穩(wěn)定分散的石墨烯水溶液;氧化石墨烯水溶液的質(zhì)量濃度為〇.lmg/ml;將經(jīng)殼聚 糖處理的聚酯纖維浸入所配氧化石墨烯溶液中，3h后取出，清水洗滌、干燥，獲得表面具有 親水抗靜電涂層的聚酯纖維，記為CS/G0/PET-2。
[0046] 實施例3
[0047] 將1 g殼聚糖溶解于100ml的2 %濃度乙酸溶液中，攪拌12h，得到澄清的殼聚糖溶 液，殼聚糖的濃度為1 % ;在殼聚糖溶液中緩慢滴加0.5mol/L的NaOH溶液形成殼聚糖凝膠； 過濾獲得殼聚糖凝膠，清水洗滌至中性，l〇〇ml定容后在室溫條件下通入C0 2氣體至溶液澄 清透明，得到殼聚糖碳酸溶液;將減量率11%的3g聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸溶液中，6h后取 出后置于烘箱干燥得到殼聚糖/聚酯纖維，記為CS/PET;將氧化石墨烯分散在去離子水中， 超聲得到穩(wěn)定分散的石墨烯水溶液;氧化石墨烯水溶液的質(zhì)量濃度為〇.5mg/ml;將經(jīng)殼聚 糖處理的聚酯纖維浸入所配氧化石墨烯溶液中，3h后取出，清水洗滌、干燥，獲得表面具有 親水抗靜電涂層的聚酯纖維，記為CS/G0/PET-3。
[0048] 實施例4
[0049] 將2g殼聚糖溶解于100ml的2 %濃度乙酸溶液中，攪拌12h，得到澄清的殼聚糖溶 液，殼聚糖的濃度為2% ;在殼聚糖溶液中緩慢滴加0.5mol/L的NaOH溶液形成殼聚糖凝膠； 過濾獲得殼聚糖凝膠，清水洗滌至中性，l〇〇ml定容后在室溫條件下通入C0 2氣體至溶液澄 清透明，得到殼聚糖碳酸溶液;將減量率11%的3g聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸溶液中，6h后取 出后置于烘箱干燥得到殼聚糖/聚酯纖維，記為CS/PET;將氧化石墨烯分散在去離子水中， 超聲得到穩(wěn)定分散的石墨烯水溶液;氧化石墨烯水溶液的質(zhì)量濃度為〇.5mg/ml;將經(jīng)殼聚 糖處理的聚酯纖維浸入所配氧化石墨烯溶液中，3h后取出，清水洗滌、干燥，獲得表面具有 親水抗靜電涂層的聚酯纖維，記為CS/G0/PET-4。
[0050] 上述各實施例所制備的親水、抗靜聚酯纖維的CS/G0/PET-1~CS/G0/PET-4與傳統(tǒng) 聚酯纖維PET的親水性能和抗靜電性能比較分別如表1和表2所示。
[0051] 表1上述各實施例所制備的親水、抗靜聚酯纖維與傳統(tǒng)聚酯纖維親水性能比較
[0052]
[0053]表2上述各實施例所制備的親水、抗靜聚酯纖維與傳統(tǒng)聚酯纖維抗靜電性能比較
[0054]
[0055] 由表1、表2可知，上述各實施例所制備的親水、抗靜聚酯纖維與傳統(tǒng)聚酯纖維相 比，具有更好的親水性和抗靜電性能。
【主權(quán)項】
1. 一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:采用碳酸溶液作為殼聚糖凝膠 的溶劑，將殼聚糖涂覆于聚酯纖維表面;再通過氧化石墨烯與殼聚糖之間的相互作用，在聚 酯纖維表面形成穩(wěn)定的氧化石墨烯/殼聚糖涂層;洗滌干燥后獲得親水、抗靜電聚酯纖維。2. 如權(quán)利要求1所述的一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:具體步驟 如下： 步驟1:將殼聚糖溶解于鹽酸溶液中，攪拌，得到澄清的殼聚糖溶液； 步驟2:在殼聚糖溶液中滴加 NaOH溶液，形成殼聚糖凝膠； 步驟3:過濾獲得殼聚糖凝膠，清水洗滌至中性，定容后在室溫條件下通入C02氣體至溶 液澄清透明，得到殼聚糖碳酸溶液； 步驟4:將聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸溶液中，靜置后取出，并置于烘箱干燥，得到經(jīng)殼聚 糖處理的聚酯纖維； 步驟5:將氧化石墨烯分散在去離子水中，超聲得到穩(wěn)定分散的氧化石墨烯水溶液； 步驟6:將經(jīng)殼聚糖處理的聚酯纖維浸入所配氧化石墨烯溶液中，靜置后取出，清水洗 滌、干燥，獲得表面具有親水抗靜電涂層的聚酯纖維。3. 如權(quán)利要求1所述的一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟1 中，鹽酸溶液質(zhì)量百分比濃度為0.5% ;攪拌時間12h;殼聚糖溶液中殼聚糖的質(zhì)量百分比濃 度為 0.5%-2%。4. 如權(quán)利要求1所述的一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟1 中，殼聚糖的脫乙酰度大于85%。5. 如權(quán)利要求1所述的一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟2 中，NaOH溶液濃度不高于lmol/L;滴定終點為:溶液pH值為7-8。6. 如權(quán)利要求1所述的一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟4 中，聚酯纖維的減量率為8%-12%;聚酯纖維浸入殼聚糖碳酸溶液的浴比為1:30;靜置后6h 后取出；烘箱干燥溫度為30°C-50°C。7. 如權(quán)利要求1所述的一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟5 中，氧化石墨稀水溶液的質(zhì)量百分比濃度為〇. l-o.5mg/ml。8. 如權(quán)利要求1所述的一種親水、抗靜電聚酯纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟6 中，靜置3h后取出；干燥溫度為30°C_50°C。
【文檔編號】D06M101/32GK106049057SQ201610375268
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】胡祖明, 袁凱, 于俊榮, 諸靜, 王彥
【申請人】東華大學