一种光触媒尼龙纤维及其制备方法、应用与流程

本发明涉及纺织生产技术领域，具体涉及一种光触媒尼龙纤维及其制备方法、应用。

背景技术：

随着生活进步，舒适型和健康功能型纺织品成为发展的主体和时尚。具有光触媒效果的尼龙纤维及其织物在日光条件下具有光催化效果，能够分解环境中的游离的甲醛、苯等有机污染物，用于床上用品的纺织套件，能够改善密闭环境空气质量，实现室内空气质量的净化功能；目前具有光催化作用的纤维，光催化剂活性大，导致纤维对基体有降解作用，因此开发难度大；同时光触媒粉体分散性差、开发难度大，难以满足尼龙纤维高速纺丝要求，而涂覆整理粉体易迁移，导致光催化寿命短。因此，如何能够解决目前市场对光催化作用的纺织面料的迫切需要，实现持久光催化尼龙纤维及面料的开发具有重要意义。

纺织套件主要应用在家居装饰以及床上用品等。在室内的密闭环境中，微环境的空气质量不仅影响人的身体健康，同时也影响人的生活以及工作，微环境的空气质量差，轻则导致过敏、头晕、工作效率低等问题，重则导致严重的疾病。随着人们生活质量的提高，居住的空气健康越来越受到人们的关注，尤其是能够去除甲醛、苯等有机物，以及分解其他有毒有害气体的产品，备受公众喜爱。

光触媒纤维主要是具有光催化活性的材料通过共混、共聚或者表面涂覆整理的方法得到，目前采用的催化剂主要有纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化钛等材料。若采用共混的方法制备光触媒纤维，由于具有光催化活性的材料本身具有高活性，在共混过程中，催化剂不易分散，容易团聚；而且催化降解反应主要发生在纤维表面，而共混改性过程中催化剂均匀分散在基体中，纤维内部的催化剂难以发挥作用。目前光催化应用过程中，主要是通过添加氧化铋粉体，但粉体存在易团聚，分散性差，同时片层状的氧化铋，在应用中难以分离，导致在共混添加过程中分散困难光催化效果差。

若采用共聚方法制备光触媒纤维，在共聚的过程中，高温高压的操作会影响催化剂的活性，进而影响材料的聚合反应。

若采用表面涂覆整理的方法制备光触媒纤维，实现面料的光催化效果，然而涂覆整理过程中粉体易迁移，导致光催化寿命短。目前通过表面涂覆整理的方法制备光触媒纤维主要有以下情形：中国专利(cn201210494068.0)公开了一种由基层面料、粘合层、光触媒涂层、纤维表层构成的光触媒面料，在基层面料上均匀地喷涂粘合剂使其形成粘合层，然后在粘合层的表面喷涂光触媒，使其形成光触媒涂层，然后在光触媒涂层上喷涂聚酯纤维，使其形成纤维表层。中国专利(cn201210573224.2)公开了一种包括织物层、光触媒层的光触媒面料，光触媒层被固定在织物层的表面或在织物层内部，光触媒层的厚度是织物层的三分之一，光触媒层是由光触媒整理液整理得到的，光触媒整理液是采用如下组分制备得到的：光触媒整理剂：6-60g，乙醇14-19g，纳米二氧化钛20g。中国专利(cn201610724961.6)公开了一种喷涂光触媒面料，其包括基础层、粘接层、光触媒层和纤维外层。基础层采用竹纤维织成，粘接层为均匀喷涂在基础层上的聚氨酯粘合剂，光触媒层采用喷涂光触媒，纤维外层采用喷涂聚酯纤维。中国专利申请(cn201610766647.4)公开了一种错位缝合喷涂光触媒面料，其包括基础层、粘接层、光触媒层和纤维外层。中国专利申请(cn201610765519.8)公开了一种抗起球喷涂光触媒面料，其包括基础层、粘接层、光触媒层和纤维外层。这两个专利申请的光触媒层喷涂整理步骤中，采用纳米ti02复合光触媒，该纳米ti02复合光触媒是金属掺杂纳米ti02透明光触媒乳液，交联剂聚氨酯10-15g/l(该浓度为质量浓度)，将纳米ti02复合光触媒倒入与涤纶织物重量1:20配好的50℃水温的浸泡液中，搅拌均匀，将清洗并脱水后的织物均匀放入浸泡液中浸泡，浸泡20min后，进行脱水，对脱水后对应织物预烘，预烘温度为120℃，时间为1min，焙烘温度125℃，时间为2min，使纳米ti02材料牢固地吸附到织物内部。

上述问题亟待解决。

技术实现要素：

本发明实际所解决问题是克服现有技术中的光触媒面料的制备过程中存在下述缺陷：若采用共混的方法制备，不仅催化剂不易分散，容易团聚；而且催化剂均匀分散在基体中，纤维内部的催化剂难以发挥作用；若采用共聚方法制备，高温高压的操作会影响催化剂的活性，进而影响材料的聚合反应；若采用涂覆整理的方法制备，粉体光催化效果差，持久性差。本发明提供了一种光触媒尼龙纤维及其制备方法、应用。

本发明主要通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供了一种光触媒尼龙纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化铋凝胶、己内酰胺和缩合催化剂进行熔融打浆，经原位聚合后，将所得产物经水下切粒得切片；其中，所述氧化铋凝胶为扁平状结构，扁平状结构的氧化铋凝胶的长轴长度为200～500nm，长轴长度与短轴长度的比值为1：(0.5～0.75)，厚度为10～50nm；

(2)将所述切片经熔融纺丝，经上油，集束，预拉伸，一次拉伸，二次拉伸和高倍牵伸后，即得光触媒尼龙纤维；其中，所述高倍牵伸的拉伸倍数为3.0～4.5倍。

步骤(1)中，所述氧化铋凝胶中的多羟基结构具有催化己内酰胺开环作用。

步骤(1)中，所述氧化铋凝胶可通过本领域常规凝胶的制备方法制得，较佳地通过下述步骤制得：在酰胺型聚羧酸系减水剂的分散液中，加入硝酸铋溶液进行混合搅拌，熟化，再加入尿素溶液后，进行水热反应，即得。

其中，在氧化铋凝胶的制备过程中，所述酰胺型聚羧酸系减水剂由于本身的侧链酰胺结构吸附铋离子元素，形成成核位点，然后再在一定ph值条件下反应得到偏平状结构的氧化铋凝胶。其长轴长度为200～500nm，长轴长度与短轴长度的比值为1：(0.5～0.75)(例如1:0.67)，偏平片状结构厚度为10～50nm。本申请利用氧化铋凝胶具有的多羟基结构催化己内酰胺水解开环，避免了己内酰胺需要外加水源进行催化开环聚合，同时氧化铋凝胶在水相体系中粒径小、容易分散，并且在己内酰胺开环聚合过程中，逐步的凝胶化成形扁平状的氧化铋，利于形成具有光催化活性的氧化铋的均匀分散，提高光催化效果。

其中，所述酰胺型聚羧酸系减水剂可为本领域常规的侧链为酰胺型的聚羧酸系减水剂，侧链酰胺基团在减水剂链段中的质量含量较佳地为4～6％，例如5％。所述酰胺型聚羧酸系减水剂的数均分子量较佳地为2000～4000。所述酰胺型聚羧酸系减水剂较佳地为购于上海昭硕实业有限公司的8001聚羧酸减水剂、8002聚羧酸减水剂和8004聚羧酸减水剂中的一种或多种，更佳地为8004聚羧酸减水剂。

其中，所述分散液中的溶剂可为本领域常规，较佳地为水。

其中，所述分散液中，所述酰胺型聚羧酸系减水剂的质量分数可为本领域常规，较佳地为2～6％，更佳地为5％，上述百分比为减水剂相对于分散液质量百分比。

其中，所述硝酸铋溶液中的溶剂可为本领域常规，较佳地为水。

其中，所述硝酸铋溶液的浓度可为本领域常规，较佳地为1.5～2.0mol/l。

其中，在整个反应液中，所述硝酸铋的浓度可为本领域常规，较佳地为0.1～0.3mol/l，更佳地为0.25mol/l。所述的整个反应液是指的酰胺型聚羧酸系减水剂的分散液、硝酸铋溶液和尿素溶液混合所得的反应液。

其中，所述硝酸铋与所述酰胺型聚羧酸系减水剂的质量比可为本领域常规，较佳地为1:0.05～1:0.20，例如1:0.15。

其中，所述混合搅拌的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述混合搅拌的温度较佳地为80～90℃。

其中，所述熟化的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述熟化的时间较佳地为90～150min。

其中，所述尿素溶液中的溶剂可为本领域常规，较佳地为水。

其中，所述尿素溶液的浓度可为本领域常规，较佳地为5～7.5mol/l。

其中，在整个反应液中，所述尿素的浓度可为本领域常规，较佳地为0.5～1.5mol/l。所述的整个反应液是指的酰胺型聚羧酸系减水剂的分散液、硝酸铋溶液和尿素溶液混合所得的反应液。

其中，所述的硝酸铋与所述尿素的摩尔质量比可为本领域常规，较佳地为1:0.01～1:0.10，例如1:0.05。

其中，根据本领域常识，所述水热反应可在本领域常规的水热反应釜中进行。所述水热反应的操作和条件均为本领域常规的操作和条件。所述水热反应的温度较佳地为160～180℃，更佳地为177℃。所述水热反应的压力较佳地为0.5～1.0mpa。所述水热反应的时间较佳地为24～48h。

其中，较佳地，将所述氧化铋凝胶进行过滤提纯。所述过滤提纯的操作和条件均为本领域常规的操作和条件。

步骤(1)中，所述己内酰胺与所述氧化铋凝胶的质量比可为本领域常规，较佳地为1:0.01～1:0.03。

步骤(1)中，所述己内酰胺与缩合催化剂的质量比可为本领域常规，较佳地为1:0.005～1:0.015，例如1:0.01。

步骤(1)中，所述缩合催化剂可为本领域内常规用于已内酰胺开环后链段增长所需要的缩合催化剂，优选磷酸。

步骤(1)中，所述熔融打浆的操作和条件均为本领域常规的操作和条件。所述熔融打浆的温度较佳地为80～90℃。所述熔融打浆的时间较佳地为15～30min。

步骤(1)中，所述原位聚合方法的操作和条件均为本领域常规，较佳地包括加压水解开环反应、常压缩合反应和真空缩合反应。

其中，所述加压水解开环反应的条件可为本领域常规。所述加压水解开环反应的温度较佳地为180～220℃，更佳地为195℃。所述加压水解开环反应的压力较佳地为0.3～0.45mpa，更佳地为0.35～0.4mpa。所述加压水解开环反应的时间较佳地为30～60min。

其中，所述常压缩合反应的条件可为本领域常规。所述常压缩合反应的温度较佳地为230～245℃。所述常压缩合反应的时间较佳地为2.0～4.5h。

其中，所述真空缩合反应的条件可为本领域常规。所述真空缩合反应的温度较佳地为255～265℃。所述的真空缩合反应的真空度较佳地为500～5000pa。所述真空缩合反应的时间较佳地为1.0～1.5h。

步骤(1)中，根据本领域常识可知，所述水下切粒的操作和条件均为本领域常规。所述切片的规格可为本领域常规。

步骤(1)中，所述切片的熔点可为205～220℃，例如215℃。所述切片的粘度可为1.15～1.20dl/g。

步骤(2)中，所述熔融纺丝的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述熔融纺丝的温度可为本领域常规，较佳地为255～265℃。

步骤(2)中，在纺丝挤出的过程中，喷丝孔的孔径很小(常规)，经螺杆的挤压，纺丝压力大，尼龙熔体在受到挤压剪切，因此剪切速率大(在喷丝孔的剪切速率可达到10¹⁰/s以上)，使得无机的刚性材料在剪切方向的排列(无机刚性材料本身无取向结构时，其也是相应的无规则排列)。同时经过喷丝孔后，由于需要多步的牵伸，而牵伸过程的速率非常高，利用高速剪切、高倍拉伸使得纤维能够获得高度的取向。

步骤(2)中，在所述上油的操作之前，一般先将熔融纺丝的产物冷却吹风。

其中，所述冷却吹风的操作和条件可为本领域常规。所述冷却吹风的温度较佳地为20～30℃。所述冷却吹风的风速较佳地为0.45～0.55m/min。

步骤(2)中，所述上油、所述集束的操作和条件可为本领域常规。

步骤(2)中，所述预拉伸的温度较佳地为120～145℃。所述预拉伸的拉伸倍数较佳地为1.1～1.25。

步骤(2)中，所述一次拉伸的温度较佳地为60～85℃。所述一次拉伸的拉伸倍数较佳地为1.5～2.0。

步骤(2)中，所述二次拉伸的温度较佳地为160～180℃。所述二次拉伸的拉伸倍数较佳地为2.5～3.0。

步骤(2)中，所述高倍牵伸的温度较佳地为80～125℃，更佳地为120℃。

步骤(2)中，所述高倍牵伸的拉伸倍数需在3.0～4.5范围内，若大于4.5，过牵伸，纤维无拉伸性，影响尺寸稳定性，后加工性能差；若小于3.0，纤维强度不够。总之过牵伸或者牵伸倍数不足，均影响加工性能或力学性能，同时也会影响纤维的光催化性能。

步骤(2)中，所述高倍牵伸的操作之后，较佳地进行定型、卷绕。

其中，所述定型的操作和条件可为本领域常规。所述定型的温度较佳地为65～75℃。所述卷绕的操作和条件可为本领域常规。所述卷绕的速度较佳地为5000～7000m/min。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的光触媒尼龙纤维。

本发明中，所述光触媒尼龙纤维中，所述氧化铋的质量分数可为本领域常规，较佳地为0.1～0.5％，例如0.35％，上述百分比为氧化铋占光触媒尼龙纤维的质量百分比。

本发明还提供一种所述光触媒尼龙纤维在纺织品中的应用。所述光触媒尼龙纤维制得的纺织品具备光触媒纤维的优异性能。所述纺织品可为本领域常规的纺织品，例如床上用品的纺织套件。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明光触媒尼龙纤维可以氧化分解周围的细菌、病毒及有害气体等有机物质及部分无机物质，同时可以起到除臭、净化空气的作用，例如对环境中的甲醛、乙醛、苯、苯胺、氨气具有优异的持久的降解作用，在日光照射下处理24h，甲醛、乙醛、苯、苯胺、氨气的降解率为50～99％；断裂强度在3.75cn/dtex以上，0.5％戊二胺24h去除率在90％以上，0.5％硫化氢24h去除率在96％以上。其纤维表层可以对布料有一个保护作用，避免光触媒的强氧化功能对基材的损害，提高面料使用寿命。

采用水热合成的方法制备扁平状氧化铋凝胶，通过水热合成的方法提供具有光催化活性的材料凝胶，利用凝胶在己内酰胺开环聚合中形成活性的水催化剂，催化己内酰胺开环，同时凝胶形成氧化铋催化剂，达到即催化己内酰胺开环聚合，又实现了催化材料的形成，同时还能够在聚合物中均匀分散，并且利用开环的活性水分子，形成具有己内酰胺与氧化铋的配位体，达到氧化铋催化剂在尼龙聚合物中的均匀分散。同时利用扁平状结构的高效层状流动特性，在熔融高速纺丝过程中，快速的分散在纤维表面；利用高压挤出，高压剪切和高倍拉伸，利用扁平结构的带动扩散作用，从而使氧化铋能够在快速的形成相分离纺丝的目的，从而扩散到纤维表面，并且形成片层的高度取向的目的。在保持光触媒尼龙纤维力学性能的基础上，实现催化剂粉体的表面扩散分布，达到低添加量，高效的催化活性的目的，在纺织套件面料领域具有广阔的应用前景。由本发明光触媒尼龙纤维制备得到的光触媒尼龙纤维纺织套件，可实时的改善微环境空气质量，保证居住者的空气安全，在家居套件纺织品领域具有重要的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制得的氧化铋凝胶的扫描电镜图。

图2为实施例1制得的氧化铋凝胶经245～265℃的热水合成反应4h后，60℃真空干燥48h后的样品的扫描电镜图。

图3为实施例1制得的纤维经液氮冷却后脆断、表面喷金处理后，纤维截面的扫描电镜图，其中，箭头方向代表纤维截面由内向外的方向。

图4为对比例3制得的纤维经液氮冷却后脆断、表面喷金处理后，纤维截面的扫描电镜图，其中，箭头方向代表纤维截面由内向外的方向。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中，酰胺型聚羧酸系减水剂中，侧链酰胺基团的含量为5％左右；数均分子量为2000～4000可选择上海昭硕实业有限公司的8001聚羧酸减水剂、8002聚羧酸减水剂和8004聚羧酸减水剂中的一种或多种。

实施例1

本实施例的光触媒尼龙纤维能够分解环境中的甲醛、乙醛、苯、苯胺、氨气等有毒有害气体；测定光触媒尼龙纤维的光降解活性，在日光照射下处理24h，甲醛的降解率为50％，乙醛的降解率为90％，苯的降解率为59％，苯胺的降解率为65％，氨气的降解率为69％；可用于制备纺织套件。

光触媒尼龙纤维中氧化铋的质量分数为0.1％。

光触媒尼龙纤维的制备方法如下：

(1)扁平状氧化铋凝胶的制备

在80～90℃条件下，在质量分数为2％的侧链酰胺型聚羧酸减水剂的分散液(溶剂为水，分散液中减水剂的质量分数为2％，上述百分比为减水剂相对于分散液质量百分比)中，加入硝酸铋溶液(硝酸铋溶液中溶剂为水，硝酸铋溶液的浓度为0.1mol/l。)进行混合搅拌；经熟化90min后，然后再往分散液中加入尿素溶液(尿素溶液中，溶剂为水，尿素溶液的浓度为5mol/l。)，然后把反应转移到带压的水热反应釜中，控制水热反应釜温度中为180℃，控制水热反应釜的压力为1.0mpa，控制整个反应液中硝酸铋的摩尔浓度为0.1mol/l，尿素的摩尔浓度为0.5mol/l，水热反应时间为48h，反应结束后，过滤得到扁平状氧化铋凝胶。其中，硝酸铋与酰胺型聚羧酸系减水剂质量比为1:0.05，硝酸铋与尿素的质量比为1:0.01。

扁平状结构的氧化铋凝胶的长轴长度为200～500nm，长轴长度与短轴长度的比值为1：(0.5～0.75)，厚度为10～50nm；

(2)光触媒尼龙切片的制备

以步骤(1)得到的扁平状氧化铋凝胶和己内酰胺为原料，以磷酸为催化剂，在80～90℃条件下进行熔融打浆，打浆时间为30min，然后采用原位聚合的方法，经水下切粒制备得到光触媒尼龙切片；其中，己内酰胺与氧化铋凝胶的质量比为1:0.03，己内酰胺与磷酸的质量比为1:0.005。

原位聚合过程分为加压水解开环反应，常压缩合反应，真空缩合反应三个阶段；加压水解开环反应温度为180℃，反应时间为60min，压力为0.3mpa；常压缩合反应温度为230℃，反应时间为4.5h，真空缩合反应温度为265℃，反应时间为1.0h，真空度为500pa。

(3)光触媒尼龙纤维的制备

以熔融纺丝的方法制备光触媒尼龙纤维，光触媒尼龙切片经熔融挤出、冷却吹风、上油、集束、预拉伸、一次拉伸、二次拉伸、高倍牵伸、定型、卷绕后，制备得到具有光触媒尼龙纤维。

熔融纺丝温度255～265℃，冷却吹风温度25±5℃，风速为0.50±0.05m/min，预拉伸温度为120℃，拉伸倍数为1.1，一次拉伸温度为60℃，拉伸倍数为1.5，二次拉伸温度为160℃，拉伸倍数为2.5；高倍牵伸的温度为125℃，拉伸倍数为4.5倍；定型温度为65℃，卷绕速度为5000～7000m/min。

实施例2

本实施例的光触媒尼龙纤维能够分解环境中的甲醛、乙醛、苯、苯胺、氨气有毒有害气体；光触媒尼龙纤维的光降解活性，在日光照射下处理24h，甲醛的降解率为90％，乙醛的降解率为99％，苯的降解率为87％，苯胺的降解率为87％，氨气的降解率为89％；可用于制备纺织套件。

光触媒尼龙纤维中扁平状氧化铋的质量分数为0.5％。

光触媒尼龙纤维的制备方法如下：

(1)扁平状氧化铋凝胶的制备

在80～90℃条件下，在质量分散为6％的侧链酰胺型聚羧酸减水剂的分散液(溶剂为水，分散液中减水剂的质量分数为6％，上述百分比为减水剂相对于分散液质量百分比)中，加入硝酸铋溶液(硝酸铋溶液中溶剂为水，硝酸铋溶液的浓度为0.3mol/l。)进行混合搅拌；经熟化150min后，然后再往分散液中加入尿素溶液(尿素溶液中，溶剂为水，尿素溶液的浓度为7.5mol/l。)，然后把反应转移到带压的水浴反应釜中，控制水热反应釜温度中为160℃，控制水热反应釜的压力为0.5mpa，控制整个反应液中硝酸铋的摩尔浓度为0.3mol/l，尿素的摩尔浓度为1.5mol/l，水浴反应时间为24h，反应结束后，过滤得到扁平状氧化铋凝胶。其中，硝酸铋与酰胺型聚羧酸系减水剂质量比为1:0.20，硝酸铋与尿素的质量比为1:0.10。

扁平状结构的氧化铋凝胶的长轴长度为200～500nm，长轴长度与短轴长度的比值为1：(0.5～0.75)，厚度为10～50nm。

(2)光触媒尼龙切片的制备

以步骤(1)得到的扁平状氧化铋凝胶和己内酰胺为原料，以磷酸为催化剂，在90℃条件下进行熔融打浆，打浆时间为15min，然后采用原位聚合的方法，经水下切粒制备得到光触媒尼龙切片；其中，己内酰胺与氧化铋凝胶的质量比为1:0.01，己内酰胺与磷酸的质量比为1:0.015。

原位聚合过程分为加压水解开环反应，常压缩合反应，真空缩合反应三个阶段；加压水解开环反应温度为220℃，反应时间为30min，压力为0.45mpa；常压缩合反应温度为245℃，反应时间为2.0h，真空缩合反应温度为265℃，反应时间为1.0h，真空度为5000pa。

(3)光触媒尼龙纤维的制备

光触媒尼龙切片以熔融纺丝的方法，光触媒尼龙切片经熔融挤出、冷却吹风、上油、集束、预拉伸、一次拉伸、二次拉伸、高倍牵伸、定型、卷绕后，制备得到具有光触媒尼龙纤维。

熔融纺丝温度265℃，冷却吹风温度25±5℃，风速为0.50±0.05m/min，预拉伸温度为145℃，拉伸倍数为1.25，一次拉伸温度为85℃，拉伸倍数为2.0，二次拉伸温度为180℃，拉伸倍数为3.0；高倍牵伸的温度为80℃，拉伸倍数为3.0倍；定型温度为75℃，卷绕速度为5000～7000m/min。

实施例3

本实施例的光触媒尼龙纤维能够分解环境中的甲醛、乙醛、苯、苯胺、氨气有毒有害气体；光触媒尼龙纤维的光降解活性为在日光照射下处理24h，其中，甲醛的降解率为80％，乙醛的降解率为95％，苯的降解率为99％，苯胺的降解率为95％，氨气的降解率为90％；可用于制备纺织套件。

光触媒尼龙纤维中扁平状氧化铋的质量分数为0.35％。

光触媒尼龙纤维的制备方法如下：

(1)扁平状氧化铋凝胶的制备

在80～90℃条件下，在质量分散为5％的侧链酰胺型的聚羧酸减水剂的分散液(溶剂为水，分散液中减水剂的质量分数为5％，上述百分比为减水剂相对于分散液质量百分比)中，加入硝酸铋溶液(硝酸铋溶液中溶剂为水，硝酸铋溶液的浓度为0.25mol/l。)进行混合搅拌；经熟化150min后，然后再往分散液中加入尿素溶液(尿素溶液中，溶剂为水，尿素溶液的浓度为7.5mol/l。)，然后把反应转移到带压的水浴反应釜中，控制水热反应釜温度中为177℃，控制水热反应釜的压力为1.0mpa，控制整个反应液中硝酸铋的摩尔浓度为0.25mol/l，尿素的摩尔浓度为1.5mol/l，水浴反应时间为48h，反应结束后，过滤得到扁平状氧化铋凝胶。其中，硝酸铋与酰胺型聚羧酸系减水剂质量比为1:0.15，硝酸铋与尿素的质量比为1:0.05。

扁平状结构的氧化铋凝胶的长轴长度为200～500nm，长轴长度与短轴长度的比值为1：(0.5～0.75)，厚度为10～50nm。

(2)光触媒尼龙切片的制备

以步骤(1)得到的扁平状氧化铋凝胶和己内酰胺为原料，以磷酸为催化剂，在80～90℃条件下进行熔融打浆，打浆时间为30min，然后采用原位聚合的方法，经水下切粒制备得到光触媒尼龙切片；其中，己内酰胺与氧化铋凝胶的质量比为1:0.03，己内酰胺与磷酸的质量比为1:0.010。

原位聚合过程分为加压水解开环反应，常压缩合反应，真空缩合反应三个阶段；加压水解开环反应温度为195℃，反应时间为60min，压力为0.40mpa；常压缩合反应温度为245℃，反应时间为4.5h，真空缩合反应温度为265℃，反应时间为1.5h，真空度为500pa。

(3)光触媒尼龙纤维的制备

光触媒尼龙切片以熔融纺丝的方法，光触媒尼龙切片经熔融挤出，冷却吹风，上油，集束，预拉伸，一次拉伸，二次拉伸，高倍牵伸，定型，卷绕后，制备得到具有光触媒尼龙纤维。

熔融纺丝温度265℃，冷却吹风温度25±5℃，风速为0.50±0.05m/min，预拉伸温度为145℃，拉伸倍数为1.25，一次拉伸温度为85℃，拉伸倍数为2.0，二次拉伸温度为180℃，拉伸倍数为2.5；高倍牵伸的温度为120℃，拉伸倍数为4.5倍；定型温度为75℃，卷绕速度为5000～7000m/min。

对比例1

本对比例采用与实施例1相同质量分数的氧化铋粉体(阿拉丁试剂纳米氧化铋粉体，其中纳米氧化铋粉体的平均粒径为300nm)(即不制备扁平状氧化铋凝胶)直接进行原位聚合反应，得到的尼龙切片。原位聚合反应的操作和条件均与实施例1相同。所得尼龙切片的分子量较低，相对粘度只有1.0(常规的尼龙切片相对粘度为2.45)，分子量较低，难以用于纺丝。

本对比例主要是由于原料氧化铋粉体高温活性较高，导致高温聚合过程中，尼龙分子链锻降解，因此难以制备得到高分子量的尼龙切片。

对比例2

一种光触媒尼龙纤维的制备方法，其具体步骤如下：

(1)扁平状氧化铋凝胶的制备

在80～90℃条件下，在质量分散为5％的侧链酰胺型的聚羧酸减水剂的分散液(溶剂为水，分散液中减水剂的质量分数为5％，上述百分比为减水剂相对于分散液质量百分比)中，加入硝酸铋溶液(硝酸铋溶液中溶剂为水，硝酸铋溶液的浓度为0.25mol/l。)进行混合搅拌；经熟化150min后，然后再往分散液中加入尿素溶液(尿素溶液中，溶剂为水，尿素溶液的浓度为5mol/l。)，然后把反应转移到带压的水浴反应釜中，控制水热反应釜温度中为177℃，控制水热反应釜的压力为1.0mpa，控制分散液中硝酸铋的摩尔浓度为0.25mol/l，尿素的摩尔浓度为1.5mol/l，水浴反应时间为48h，反应结束后，过滤得到扁平状氧化铋凝胶。其中，硝酸铋与酰胺型聚羧酸系减水剂质量比为1:0.05，硝酸铋与尿素的质量比为1:0.01。

扁平状结构的氧化铋凝胶的长轴长度为200～500nm，长轴长度与短轴长度的比值为1：(0.5～0.75)，厚度为10～50nm。

(2)光触媒尼龙切片的制备

以步骤(1)得到的扁平状氧化铋凝胶和己内酰胺为原料，以磷酸为催化剂，在80～90℃条件下进行熔融打浆，打浆时间为30min，然后采用原位聚合的方法制备得到光触媒尼龙切片。其中，己内酰胺与氧化铋凝胶的质量比为1:0.03，己内酰胺与磷酸的质量比为1:0.005。

原位聚合过程分为加压水解开环反应，常压缩合反应，真空缩合反应三个阶段；加压水解开环反应温度为195℃，反应时间为60min；常压缩合反应温度为245℃，反应时间为4.5h，真空缩合反应温度为265℃，反应时间为1.5h。

(3)光触媒尼龙纤维的制备

光触媒尼龙切片以熔融纺丝的方法，光触媒尼龙切片经熔融挤出，冷却吹风，上油，集束，一次拉伸，二次拉伸，定型，卷绕后，制备得到具有光触媒尼龙纤维。

熔融纺丝温度265℃，冷却吹风温度25±5℃，风速为0.50±0.05m/min，，一次拉伸温度为85℃，拉伸倍数为2.0，二次拉伸温度为180℃，拉伸倍数为2.5；定型温度为75℃，卷绕速度为4000～5000m/min。

光触媒尼龙纤维的光降解活性为在日光照射下处理24h，其中，甲醛的降解率为25％，乙醛的降解率为35％，苯的降解率为20％，苯胺的降解率为15％，氨气的降解率为25％。

本对比例中，由于未经高速剪切和高倍拉伸，纤维中的氧化铋光催化剂主要均匀分散在纤维中，表面的光催化剂含量低，因此光催化活性较低，纤维的光降解活性严重下降。

对比例3

将氧化铋粉体(阿拉丁试剂纳米氧化铋粉体，其中纳米氧化铋粉体的平均粒径为300nm)与尼龙切片(海安文风合成纤维厂的纤维级大有光尼龙切片)物理混合后，制备尼龙纤维，氧化铋粉体在尼龙纤维中的质量分数与对比例2相等，具体尼龙纤维的制备方法同对比例2的步骤(3)。

效果实施例1

将上述实施例1～3、对比例1～2制备得到的光触媒纤维以及常规尼龙(海安文风合成纤维厂的纤维级大有光尼龙切片)进行如下性能测试，测试结果如表1、表2所示：

表1中，切片的相对粘度按照gb/t10247-2008中测试方法，采用长沙思辰仪器科技有限公司生产的sc-1632z全自动特性粘度测定仪进行测试。切片熔点按照fz/t51004-2011中测试方法，采用北京世纪科信科学仪器有限公司生产的x6系列显微熔点测定仪进行测试。纤维的纤度和断裂强度按照gb/t14343-2008和gb/t14344-2008标准中测试方法，采用常州市第一纺织设备有限公司的yg086型缕纱测长机和上海利浦应用科学技术研究所生产的xl-2型复丝强伸仪进行测试。其中，空气中气体的检测方法，采用安捷伦生产的7890a型气相色谱测试。光触媒纤维效果的表征方法目前主要是参考纤维的抗菌除臭性能测试，主要的参考标准qb/t2761-2006，其中戊二胺和硫化氢的起始浓度为5mg/m³，纤维经24h自然光照后，再对容器中的戊二胺和硫化氢气体进行检测。

表1

表2为在日光照射下处理24h后，实施例1～3、对比例2制备得到的光触媒纤维以及常规尼龙在环境中的甲醛、乙醛、苯、苯胺、氨气的光降解活性数据。其中，参考qb/t2761-2006中测试方法，采用安捷伦生产的1220型高效液相色谱对甲醛、乙醛、氨气进行测试，参考jis1902-2016方法，采用安捷伦生产的1220型高效液相色谱对苯、苯胺进行测试。

表2

图1～图4中样品的扫描电镜图采用日立的su8010型场发射电子扫描显微镜进行测试，测试过程中先对样品进行喷金处理，测试过程中电压为5kv。图1～4中，标尺均为5微米，被均分成了10等分。

图1为实施例1制得的氧化铋凝胶的扫描电镜图。图2为实施例1制得的氧化铋凝胶经245～265℃的热水合成反应4h后，60℃真空干燥48h后的样品的扫描电镜图。

由图1可知，水热反应后所得的氧化铋凝胶本身形成具有扁平状的结构，且氧化铋凝胶的扁平片层结构的长轴长度为200～500nm，长轴长度与短轴长度的比值为1：(0.5～0.75)，厚度为10～50nm。同时由图2可知，氧化铋凝胶经过进一步的高温水热合成反应，原料的扁平结构更为完善，从而形成扁平片状结构，因此在尼龙聚合的反应温度和压力条件下，氧化铋凝胶区域完善，变成更为规整的扁平片状结构。

图3为实施例1制得的纤维经液氮冷却后脆断、表面喷金处理后，纤维截面的扫描电镜图，其中，箭头方向代表纤维截面由内向外的方向。由图3可以明显看到氧化铋的结构，在纤维截面上分布，且由于氧化铋本身的偏平片层结构，从而在截面上出现一定的取向分布，并且氧化铋在纤维中分布在纤维表面，而纤维内部分布较少，因此也说明了扁平的结构有利于在高倍拉伸过程中的取向。

图4为对比例3制得的纤维经液氮冷却后脆断、表面喷金处理后，纤维截面的扫描电镜图，其中，箭头方向代表纤维截面由内向外的方向。由图4可知，氧化铋在纤维中均匀分散，并未发生在纤维径向差异分布的问题。