本發(fā)明屬于功能纖維，尤其涉及一種基于改性竹炭的多功能聚酯纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著生活水平的快速提高，人們對安全、環(huán)保和保健的要求越來越高。遠(yuǎn)紅外抗靜電聚酯纖維具有良好的保溫保健功能，符合人們的需求。目前，遠(yuǎn)紅外抗靜電纖維常采用納米陶瓷粉體、石墨烯等材料作為功能添加劑制備。然而，納米粉體的表面能高，與聚酯的相容性差，在聚酯纖維中容易團(tuán)聚，導(dǎo)致紡絲困難，甚至損壞紡絲設(shè)備。此外，聚酯纖維極易燃燒，且在燃燒過程中熔滴現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重限制其在填充物、室內(nèi)家居等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、參考文獻(xiàn)(孫海波,王雙成,馬軍強(qiáng),等.生物質(zhì)石墨烯改性再生聚酯纖維的制備及性能[j].棉紡織技術(shù),2019,47(12):6-8；王雙成,馬軍強(qiáng).生物質(zhì)石墨烯內(nèi)暖絨的制備和應(yīng)用[c].//“恒天立信杯”第29屆(2016年)全國針織染整學(xué)術(shù)研討會論文集.2016:4-6.)采用石墨烯通過聚合物熔融共混紡絲方法制備出石墨烯改性再生聚酯纖維，提高了聚酯纖維的抗菌性能和遠(yuǎn)紅外性能；然而石墨烯的成本極高，目前石墨烯的批量化生產(chǎn)仍然存在較大問題，其產(chǎn)品主要以石墨片為主，且石墨烯因其特殊的層級結(jié)構(gòu)，極易團(tuán)聚，導(dǎo)致在纖維中分散不均勻，限制了石墨烯在聚酯纖維中的應(yīng)用。

3、納米竹炭是以原生竹材經(jīng)過高溫炭化形成的多孔性材料，質(zhì)地堅硬、細(xì)密多孔，吸附能力強(qiáng)。納米竹炭具有良好的抗菌性能以及遠(yuǎn)紅外調(diào)溫性能，且原料易得、價格低廉，在紡織品領(lǐng)域也得到了較多應(yīng)用。參考文獻(xiàn)(莊容.錳氧化物氣凝膠復(fù)合材料的制備及電容儲能性能研究[d].北京:北京化工大學(xué),2020.)在冰水浴中原位聚合對竹基活性炭進(jìn)行改性，制備竹基活性炭/聚苯胺復(fù)合材料。參考文獻(xiàn)(孫康,蔣劍春,盧辛成,等.表面摻氮活性炭的制備及其甲醛吸附性能研究[j].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2014,34(4):77-82.)以苯胺為氮源，在活性炭表面原位聚合、炭化制備摻氮活性炭，提高了活性炭對甲醛的吸附性能。然而，聚苯胺改性活性炭依然與聚酯纖維的相容性差，無法直接用于聚酯纖維的熔融添加改性；且聚苯胺改性活性炭的阻燃性能差，無法有效提高聚酯織物的阻燃防熔滴性能。

4、基于以上背景，基于竹炭開發(fā)兼多功能聚酯纖維很有市場前景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于改性竹炭的多功能聚酯纖維及其制備方法，首先采用聚苯胺通過原位聚合法對納米竹炭進(jìn)行表面改性，然后依次采用三氯氧磷、對羥基苯乙醇和甲醇對改性竹炭進(jìn)行處理，得到多功能竹炭。最后，采用多功能竹炭和聚酯材料通過熔融共混的方式進(jìn)行造粒、熔融紡絲的方式進(jìn)行紡絲，制備基于改性竹炭的多功能聚酯纖維。

2、本發(fā)明的第一個目的是提供一種基于改性竹炭的多功能聚酯纖維的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、在催化劑的作用下，納米竹炭、苯胺和聚苯胺摻雜劑在水中進(jìn)行反應(yīng)，得到聚苯胺改性竹炭；

4、s2、將s1所述的聚苯胺改性竹炭分散在溶劑中，先后加入三氯氧磷、對羥基苯乙醇和甲醇進(jìn)行反應(yīng)，得到多功能竹炭；

5、s3、對s2所述的多功能竹炭和聚酯粉末進(jìn)行造粒，得到多功能聚酯母粒；

6、s4、對s3所述的多功能聚酯母粒和聚酯切片進(jìn)行紡絲，得到所述的基于改性竹炭的多功能聚酯纖維。

7、在本發(fā)明的一個實施例中，在s1中，所述催化劑選自過硫酸銨和/或高碘酸鈉；所述聚苯胺摻雜劑選自磷酸。

8、在本發(fā)明的一個實施例中，在s1中，所述納米竹炭和苯胺的質(zhì)量比為4-5:1，苯胺和苯胺摻雜劑的摩爾比為7-10:1，苯胺和催化劑的摩爾比為1:1-1.2。

9、在本發(fā)明的一個實施例中，在s1中，所述反應(yīng)的溫度為10℃-35℃，時間為3h-5h，反應(yīng)時間過短則改性不完全，反應(yīng)時間過長則浪費，在提供的時間范圍內(nèi)，可在納米竹炭表面生成聚苯胺；聚苯胺改性可提高納米竹炭表面的活性氨基含量，提高材料的反應(yīng)性能，導(dǎo)電性以及抗靜電性能。

10、在本發(fā)明的一個實施例中，在s2中，所述聚苯胺改性竹炭、三氯氧磷、對羥基苯乙醇和甲醇的摩爾比為3-3.5:1:2-2.2:0.5-1。

11、在本發(fā)明的一個實施例中，在s2中，加入三氯氧磷后的反應(yīng)溫度為10℃-20℃，反應(yīng)時間為4h-5h，聚苯胺改性納米竹炭表面富含的氨基可與三氯氧磷的活性氯發(fā)生親核取代反應(yīng)，使得三氯氧磷第一個活性氯參與反應(yīng)；加入對羥基苯乙醇后的反應(yīng)溫度為35℃-40℃，反應(yīng)時間為3h-4h，理論上兩摩爾對羥基苯乙醇與一摩爾三氯氧磷剩余的活性氯反應(yīng)，對羥基苯乙醇的脂肪族端羥基與三氯氧磷的反應(yīng)活性高，且空間位阻小，優(yōu)先與三氯氧磷的活性氯發(fā)生反應(yīng)；加入甲醇繼續(xù)反應(yīng)1h-2h，將未參與反應(yīng)的活性氯進(jìn)行封端反應(yīng)。

12、在本發(fā)明的一個實施例中，在s2中，所述溶劑選自三氯甲烷、二氯甲烷和四氫呋喃中的一種或多種。

13、進(jìn)一步地，在s2中，所述溶劑為三氯甲烷。

14、在本發(fā)明的一個實施例中，在s3之前，還包括對所述多功能竹炭和聚酯粉末進(jìn)行干燥的步驟，所述多功能竹炭的干燥溫度為60℃-80℃，例如可以為60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃；干燥時間為7h-9h，例如可以為7h、8h、9h；所述聚酯粉末的干燥溫度為120℃-130℃，例如可以為120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃；時間為10h-12h，例如可以為10h、11h、12h。

15、在本發(fā)明的一個實施例中，在s3中，所述造粒是通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混、擠出成型、冷卻切粒；所述造粒的溫度為255℃-270℃；加工溫度過低，無法將多功能竹炭和聚酯粉末混合均，不利于造粒，溫度過高則會造成能源浪費。

16、在本發(fā)明的一個實施例中，在s3中，所述多功能聚酯母粒中多功能竹炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％-30％，例如可以為25％、26％、27％、28％、29％、30％。

17、在本發(fā)明的一個實施例中，在s4之前，還包括對所述多功能聚酯母粒和聚酯切片進(jìn)行干燥的步驟，所述干燥是先以90℃-110℃預(yù)結(jié)晶3h-4h，然后以120℃-140℃干燥10h-15h，保證多功能聚酯母粒和聚酯切片的最終水分低于100ppm。

18、在本發(fā)明的一個實施例中，在s4中，所述紡絲是通過熔融紡絲機(jī)進(jìn)行紡絲、冷卻后上油、預(yù)牽伸、卷繞、牽伸；所述紡絲的工藝參數(shù)為：速度為2500m/min-2800m/min，溫度為280℃-290℃，牽引倍率為1.5-2。

19、在本發(fā)明的一個實施例中，在s4中，所述基于改性竹炭的多功能聚酯纖維中多功能聚酯母粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％-20％，例如可以為15％、16％、17％、18％、19％、20％。

20、本發(fā)明的第二個目的是提供一種所述的方法制備得到的基于改性竹炭的多功能聚酯纖維。

21、在本發(fā)明的一個實施例中，所述基于改性竹炭的多功能聚酯纖維的遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率為0.91-0.93，遠(yuǎn)紅外輻射升溫為2.5℃-3.2℃，表面溫度升高比普通纖維高20.5℃-23.9℃，抗靜電均達(dá)到a級，極限氧指數(shù)為29.2％-32.3％，斷裂強(qiáng)力為3.2cn/detx-3.4cn/detx。

22、本發(fā)明的技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：

23、(1)本發(fā)明所述的制備方法采用聚苯胺通過原位聚合法對納米竹炭顆粒進(jìn)行表面改性，使得納米竹炭表面富含氨基，改性納米竹炭表面粗糙，有助于增強(qiáng)納米竹炭的遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能，且聚苯胺結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性能，因此改性納米竹炭具有優(yōu)異的遠(yuǎn)紅外性能和抗靜電性能。

24、(2)本發(fā)明所述的制備方法采用的三氯氧磷的三個活性氯反應(yīng)溫度不同，控制反應(yīng)物之間的比例以及反應(yīng)溫度使得三氯氧磷對聚苯胺改性納米竹炭進(jìn)行接枝，且后續(xù)依次采用對羥基苯乙醇和甲醇進(jìn)行接枝反應(yīng)；除了上述共價鍵結(jié)合，對羥基苯乙醇還可與納米竹炭表面的聚苯胺通過π-π堆積作用產(chǎn)生結(jié)合，因此磷酸酯結(jié)構(gòu)、對羥基苯乙醇與聚苯胺改性納米竹炭具有優(yōu)異的結(jié)合能力，從而包覆在納米竹炭表面，而外層的對羥基苯乙醇與聚酯的相容性好，在聚酯纖維中分散均勻，不僅具有較高的功能性，且對聚酯纖維的強(qiáng)力性能損傷較小。

25、(3)本發(fā)明所述的制備方法的多功能竹炭中的磷酸酯結(jié)構(gòu)以及聚苯胺的摻雜磷酸可充當(dāng)酸源，聚苯胺富含氮元素充當(dāng)氣源，聚苯胺和對羥基苯乙醇富含芳香族結(jié)構(gòu)、納米竹炭充當(dāng)碳源，因此多功能竹炭中各組分協(xié)同構(gòu)建膨脹阻燃體系，具有較高的阻燃效率。