本發(fā)明涉及聚酯纖維，特別涉及一種改性聚酯纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚酯纖維，也稱為pet纖維，是一種合成纖維，其分子鏈中的各鏈節(jié)通過酯基連接，這種纖維在中國被稱為滌綸，而國際上有多種商品名稱，如美國的達(dá)克綸、日本的特托綸、英國的特恩卡等。1894年沃爾蘭德首次合成了低分子量的聚酯，直到1941年，英國的溫菲爾德和迪克松合成了聚對苯二甲酸乙二酯，這種聚合物通過熔體紡絲制得的纖維性能優(yōu)良，1953年美國首先建廠生產(chǎn)pet纖維，標(biāo)志著其在合成纖維中的較晚發(fā)展。

2、聚酯纖維以其斷裂強度高、彈性模量高、回彈性適中、熱定型效果優(yōu)異、耐熱和耐光性好等優(yōu)點而受到廣泛應(yīng)用，它的熔點大約在255℃左右，玻璃化溫度約為70℃，在廣泛的使用條件下形狀穩(wěn)定，織物具有耐洗耐穿的特性。此外，聚酯纖維還具有優(yōu)異的抗有機溶劑、抗肥皂、抗洗滌劑、抗漂白液、抗氧化劑等性能，同時還有較好的耐腐蝕性，對弱酸和弱堿穩(wěn)定，因此，在家居紡織品制造和制造工業(yè)用防護服等方面有著廣泛的用途。

3、隨著有機合成、高分子科學(xué)和工業(yè)的進(jìn)步，近年來開發(fā)出多種具有不同特性的實用性pet纖維，如聚對苯二甲酸丁二酯纖維和聚對苯二甲酸丙二酯纖維具有高伸縮彈性，全芳香族聚酯纖維具有超高強度和高模量。

4、盡管聚酯纖維優(yōu)點頗多，但仍存在著一些問題，如易沾污、阻燃性能差等問題，針對上述問題，專利號cn109943902b公開了“一種改性聚酯纖維及制備方法”采用自制的聚酯/石墨烯/籠型聚倍半硅氧烷顆粒與聚酯融紡絲，得到改性聚酯纖維，該聚酯纖維具有較好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、阻燃性和力學(xué)性能。再如cn106283256b公開了“一種改性聚酯纖維和窗簾面料”通過將酯纖維、功能填料和阻燃劑混合，擠出拉絲，得到改性聚酯纖維，該聚酯纖維具有阻燃效果。

5、然而聚酯纖維經(jīng)常被用于面料的制作，需要經(jīng)常洗滌，而常規(guī)的聚酯纖維在潮濕的環(huán)境中易出現(xiàn)水解，影響其力學(xué)性能和耐久性，此外洗滌后晾曬過程中，紫外線對聚酯纖維的影響巨大，易對聚酯纖維造成老化、變形、變色、脆裂等問題，而上述公開專利并未提及并解決聚氨酯紫外老化性能差的問題。

6、因此，開發(fā)一種各組分相容性好，抗靜電、抗菌效果好，同時具有較好的拉伸性能、耐潮濕穩(wěn)定性和抗老化性能的改性聚氨酯纖維迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種改性聚酯纖維及其制備方法，該改性聚酯纖維各組分相容性好，抗靜電、抗菌效果好，同時具有較好的拉伸性能、耐潮濕穩(wěn)定性和抗老化性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明一方面提供了一種改性聚酯纖維，按重量百分比為100％計，由以下原料組成：92～95％的改性共聚酯和5～8％的改性石墨烯。

4、聚酯纖維以其斷裂強度高、彈性模量高、回彈性適中、熱定型效果優(yōu)異、耐熱和耐光性好等優(yōu)點而受到廣泛應(yīng)用，然而隨著科技的不斷進(jìn)步，聚酯纖維的性能遠(yuǎn)不能達(dá)到當(dāng)代材料的性能要求，因此研究者們對聚酯纖維的改性研究不斷深入。

5、本技術(shù)的改性聚酯纖維由改性共聚酯和改性石墨烯混合熔融紡絲制得，其中兩者相容性好，使聚酯纖維使用時更穩(wěn)定，同時還具有一定的抗靜電和抗菌效果，在作為面料使用時能夠保持清潔不沾污，此外本技術(shù)的改性聚酯纖維還具有較好的拉伸性能、耐潮濕穩(wěn)定性和抗紫外氧化性能，提高了其使用壽命。

6、在一些實施方式中，所述改性共聚酯的制備方法，包括如下步驟：

7、a1、將三聚氯氰與縛酸劑混合加入n,n-二甲基甲酰胺，向其中滴入含有4-(二甲氨基)芐醇和2,2,6,6-四甲基哌啶胺的甲醇稀釋液，隨后升溫至55～65℃恒溫攪拌3～4h，反應(yīng)結(jié)束后減壓濃縮干燥，氯仿和水萃取，合并水相，冷凍干燥得到端羥基三聚氯氰季銨鹽；

8、a2、將三氯乙酸、對甲氧基芐氯和碳酸氫鈉混合，加入n,n-二甲基甲酰胺，升溫至40～50℃恒溫攪拌12～16h，反應(yīng)結(jié)束后，過柱層析，得到式ⅰ所示的化合物

9、

10、a3、將叔丁醇、1,4-丁二醇、丙酮和氫氧化鈉混合，升溫至55～65℃，向其中加入步驟a2中的式ⅰ所示的化合物，恒溫攪拌22～26h，反應(yīng)結(jié)束后，乙酸乙酯和水萃取，合并有機相，減壓濃縮干燥，得到式ⅱ所示的化合物

11、

12、a4、將步驟a3中的式ⅱ所示的化合物與冰醋酸混合，在室溫下恒溫攪拌1～2h，反應(yīng)結(jié)束后減壓濃縮，過柱層析，得到式ⅲ所示的化合物

13、

14、a5、將對苯二甲酸、乙二醇、步驟a1中的端羥基三聚氯氰季銨鹽、步驟a4中的式ⅲ所示的化合物、熱穩(wěn)定劑、催化劑混合制成漿料，充入惰性保護氣體，升溫至240～250℃，在壓力為0.3～0.4mpa下攪拌反應(yīng)，待出水量達(dá)到理論值的90％時，卸壓至常壓，緩慢升溫至260～270℃，抽真空至壓力為90～100pa，反應(yīng)40～50min，再次調(diào)節(jié)真空壓力為50～60pa，反應(yīng)75～85min，反應(yīng)結(jié)束后，得到改性共聚酯。

15、本技術(shù)的改性共聚酯能夠提高聚酯纖維的抗菌性能和抗老化性能，此外本技術(shù)的改性共聚酯其耐潮濕穩(wěn)定性更好，其原因可能是，一方面改性共聚酯結(jié)構(gòu)含有大量季銨鹽結(jié)構(gòu)，其能夠起到較好的滅菌性能，提高聚酯纖維的自清潔能力，同時其中還含有大量的受阻胺結(jié)構(gòu)，能夠提高改性聚酯纖維的抗紫外老化性能，提高使用壽命；另一方面本技術(shù)通過采用叔丁醇提高了酯基臨位的位阻，從而使其結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，進(jìn)而使改性聚酯纖維耐潮濕穩(wěn)定性更好。

16、在一些實施方式中，步驟a1中，所述三聚氯氰、4-(二甲氨基)芐醇和2,2,6,6-四甲基哌啶胺的摩爾比為1:(1.9～2):(0.9～1)。

17、優(yōu)選的，步驟a1中，所述三聚氯氰、4-(二甲氨基)芐醇和2,2,6,6-四甲基哌啶胺的摩爾比為1:1.95:0.95。

18、本技術(shù)通過調(diào)控三聚氯氰、4-(二甲氨基)芐醇和2,2,6,6-四甲基哌啶胺的摩爾比，能夠使三聚氯氰中的兩個活性鹵素基團被含有羥基的4-(二甲氨基)芐醇取代，使其能夠參與聚酯纖維的縮聚反應(yīng)。

19、在一些實施方式中，所述縛酸劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的任一種。

20、在一些實施方式中，所述三聚氯氰與縛酸劑的摩爾比為1:(1.1～1.3)。

21、在一些實施方式中，步驟a2中，所述三氯乙酸和對甲氧基芐氯的摩爾比為1:(1～1.2)。

22、優(yōu)選的，步驟a2中，所述三氯乙酸和對甲氧基芐氯的摩爾比為1:1.1。

23、本技術(shù)通過對甲氧基芐氯對三氯乙酸進(jìn)行保護，能夠防止在后續(xù)反應(yīng)過程中其中的羧基與羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，使反應(yīng)產(chǎn)物收率下降。同時調(diào)控三氯乙酸和對甲氧基芐氯的摩爾比能夠防止原料的浪費，節(jié)約成本。

24、在一些實施方式中，步驟a2中，所述三氯乙酸和酸氫鈉的摩爾比為1:(3～3.2)。

25、在一些實施方式中，步驟a3中，所述叔丁醇、1,4-丁二醇和式ⅰ所示的化合物的摩爾比為(1.9～2):(0.9～1):1。

26、優(yōu)選的，步驟a3中，所述叔丁醇、1,4-丁二醇和式ⅰ所示的化合物的摩爾比為1.95:0.95:1。

27、在一些實施方式中，步驟a5中，所述對苯二甲酸、乙二醇、端羥基三聚氯氰季銨鹽與式ⅲ所示的化合物的摩爾比為1:(1.2～1.4):(0.03～0.05):(0.04～0.06)。

28、優(yōu)選的，步驟a5中，所述對苯二甲酸、乙二醇、端羥基三聚氯氰季銨鹽與式ⅲ所示的化合物的摩爾比為1:1.3:0.04:0.05。

29、本技術(shù)通過調(diào)控對苯二甲酸、乙二醇、端羥基三聚氯氰季銨鹽與式ⅲ所示的化合物的摩爾比，能夠使得到的聚酯纖維韌性更好。

30、在一些實施方式中，所述改性石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

31、b1、將石墨烯與二氯亞砜混合，升溫至60～70℃恒溫攪拌12～16h，反應(yīng)結(jié)束后降溫至室溫，向其中加入冰水至無氣泡產(chǎn)生，過濾得到預(yù)處理石墨烯；

32、b2、將步驟b1中的預(yù)處理石墨烯和4-甲基芐胺混合加入甲苯分散均勻，升溫至80～90℃恒溫攪拌8～10h，過濾、洗滌，得到改性石墨烯。

33、石墨烯的加入能夠提高聚酯纖維的抗拉伸性能和抗靜電性能，防止聚酯纖維沾污，但石墨烯與改性共聚酯的相容性較差，其在使用時可能會出現(xiàn)析出從而影響聚酯纖維的使用。

34、本技術(shù)通過對石墨烯進(jìn)行改性，一方面能夠使其表面賦予苯基結(jié)構(gòu)，利用苯基的空間位阻效應(yīng)降低了石墨烯之間的范德華力，此外一部分苯基還能夠與改性共聚酯形成π-π堆積，提高了其與聚酯的相容性，使改性聚酯纖維更穩(wěn)定。

35、在一些實施方式中，所述石墨烯與二氯亞砜的質(zhì)量比為1:(3～5)。

36、優(yōu)選的，所述石墨烯與二氯亞砜的質(zhì)量比為1:4。

37、在一些實施方式中，步驟b2中，所述預(yù)處理石墨烯與4-甲基芐胺的質(zhì)量比為1:(2～3)。

38、優(yōu)選的，步驟b2中，所述預(yù)處理石墨烯與4-甲基芐胺的質(zhì)量比為1:2.5。

39、本發(fā)明另一方面提供了一種改性聚酯纖維的制備方法，包括如下步驟：將改性共聚酯和改性石墨烯混合均勻后，置于螺桿擠出機中擠出，切粒，再加入至295～305℃的熔體紡絲機中進(jìn)行紡絲，得到改性聚酯纖維。

40、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果如下：

41、(1)本發(fā)明的改性聚酯纖維通過改性共聚酯和改性石墨烯混合后熔融紡絲制得，其中兩者相容性好，使聚酯纖維使用時更穩(wěn)定，同時還具有一定的抗靜電和抗菌效果，在作為面料使用時能夠保持清潔不沾污，此外本技術(shù)的改性聚酯纖維還具有較好的拉伸性能、耐潮濕穩(wěn)定性和抗紫外氧化性能，提高了其使用壽命。

42、(2)本發(fā)明的改性共聚酯結(jié)構(gòu)含有大量季銨鹽結(jié)構(gòu)，其能夠起到較好的滅菌性能，提高聚酯纖維的自清潔能力，同時其中還含有大量的受阻胺結(jié)構(gòu)，能夠提高改性聚酯纖維的抗紫外老化性能，提高使用壽命，此外，通過采用叔丁醇提高了酯基臨位的位阻，從而使其結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，進(jìn)而使改性聚酯纖維耐潮濕穩(wěn)定性更好。

43、(3)本發(fā)明的改性石墨烯能夠提高聚酯纖維的抗拉伸性能和抗靜電性能，防止聚酯纖維沾污，改性使石墨烯表面賦予苯基結(jié)構(gòu)，利用苯基的空間位阻效應(yīng)降低了石墨烯之間的范德華力，一部分苯基還能夠與改性共聚酯形成π-π堆積，提高了其與聚酯的相容性，使改性聚酯纖維更穩(wěn)定。