一种床品填充用自清洁聚酯纤维及其制备方法与流程

本发明属于功能纺织材料
技术领域：
，尤其涉及一种床品填充用自清洁聚酯纤维及其制备方法。
背景技术：
：聚酯纤维因具有诸多优点而被广泛应用于纺织品领域，目前已成为纺织品领域用途最广、耗量最大的纤维原料。目前聚酯纤维被广泛应用于服装填充物等领域，其在床品领域的应用也颇为广泛，如用于被子、床垫、枕头、毯子和抱枕等的填充物。床品填充物在长时间使用过后，不可避免地会被污渍等物质弄脏，给细菌滋生创造有利条件，而填充物不易清洗，且频繁的清洗会降低床品的使用寿命和服用舒适性。因此，聚酯纤维作为床品填充时，不仅需要具有海绵的舒适保暖性，还需要具有良好的自清洁功能，从而减少洗涤次数，提高床品的服用性和耐久性。自清洁功能纤维是指在自然条件下可以维持自身表面的清洁，自动去除污渍，无需人工清洁，不仅可缓解洗涤带来的环境和能源问题，还能有效屏蔽和消解如细菌、病毒、杀虫剂、污渍等各种各样的环境污染物，避免这些污染物通过皮肤或呼吸道对人体造成伤害。目前获得自清洁功能的途径主要包括两类：一是形成超疏水化表面，二是形成光催化表面。如采用超防污纳米涂层工艺获得超强的疏水疏油表面，水珠及油珠可自行滚落，不留痕迹，从而有效防止灰尘和油污渗入。但此种自清洁功能尚不足以为床品填充物提供足够的自清洁效果。基于光催化原理的自清洁表面技术是在一定波长的光纤照射下，光催化剂纳米粒子受激生成电子－空穴对；其中电子具有较强的还原性，能将其周围的氧还原成活性离子氧；相反空穴具有氧化性，能分解催化剂表面吸附的水，并与周围的o2分子发生作用生成氧化性很高的氢氧自由基；因此光催化剂纳米粒子在光线辐射下的具备极强的氧化－还原作用，可以对许多难降解的有机物进行分解，将光催化剂表面的各种污染物摧毁，同时达到抑制细菌生长和病毒活性的能力，达到自清洁的目的。目前使用最对多的光催化自清洁表面纳米材料为纳米级的tio2，处理方法主要包括浸渍法、涂层发、水热法和磁控溅射法。浸渍法是将织物浸入纳米tio2分散液中，再经过轧液、烘干、焙烘、汽蒸等工艺，将纳米tio2颗粒整理到织物上，赋予织物光催化自清洁性能。但由于tio2是无机物，而纺织纤维表面缺乏可以与其反应的活性基团，tio2往往与织物结合不够紧密。涂层法是以丙烯酸树脂、聚氨酯、氟聚合物等作为粘合剂，通过加入分散剂或偶联剂，高速搅拌、超声分散等方法将纳米tio2粉体分散到粘合剂中，配制出纳米tio2涂层浆，采用涂层的工艺，将纳米tio2粒子粘合在织物表面，赋予织物光催化自清洁性能。该方法制备工艺简单，但纳米tio2粒子在高聚物中容易形成团聚，使得涂层织物光催化性能较弱，而织物在经涂层加工以后，透气性、柔软性也会下降。水热法是将织物浸入四氯化钛/钛酸丁酯、异丙醇/匕醇等的溶液中，在70～95℃的热水环境下，利用醇解反应，在织物上原位生成粒径较小的锐钛矿型纳米tio2，赋予织物光催化自清洁性能。但该方法的大规模应用仍面临较多问题。磁控濺射法是在真空环境下，利用电磁技术将纳米ti02粒子沉积在织物表面，形成一层纳米tio2薄膜，赋予织物光催化自清洁性能。但磁控溅射设备昂贵，使用成本较高，不适合光催化自清洁纺织品的大规模生产应用。因此，如何实现催化剂粒子在织物表面的均匀分散并与纤维牢固结合，成为了制备光催化自清洁功能纺织品的主要难点。技术实现要素：针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种床品填充用自清洁聚酯纤维及其制备方法。首先选用低熔点聚酯纤维与常规聚酯纤维进行复合纺丝得到皮芯结构的聚酯纤维；然后利用皮层低熔点聚酯纤维的低熔点和粘结特性，在皮层纤维熔融状态下，采用高速二氧化钛纳米粒子流对皮芯结构的聚酯纤维表面进行轰击，二氧化钛纳米粒子被包覆在皮层低熔点聚酯纤维内，负载牢度显著提高。通过控制二氧化钛纳米粒子流的流量和轰击时间，使得皮层表面形成凸起或凹陷，此种结构赋予皮层表面超疏水特性；此外二氧化钛的光催化作用能够降解有机物，从而赋予聚酯纤维双重自清洁功能。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种床品填充用自清洁聚酯纤维，包括皮芯结构的聚酯纤维以及负载于所述皮芯结构的皮层内的至少一层二氧化钛纳米粒子，所述皮芯结构的皮层为低熔点聚酯，所述皮芯结构的芯层为常规聚酯；所述二氧化钛纳米粒子在皮层表面形成凸起或凹陷，所述凸起的高度或凹陷的深度小于所述二氧化钛纳米粒子的粒径，所述凸起或凹陷赋予皮层表面超疏水特性。进一步的，所述二氧化钛纳米粒子的粒径为30～100nm，所述皮层的厚度为50～500nm。进一步的，当所述二氧化钛纳米粒子的粒径大于所述皮层的厚度时，所述皮层内仅负载一层二氧化钛纳米粒子；当所述二氧化钛纳米粒子的粒径小于所述皮层的厚度时，所述二氧化钛纳米粒子的粒径d与所述皮层的厚度l满足以下关系式：式中，m为皮层内负载的二氧化碳纳米粒子的层数。进一步的，所述低熔点聚酯的熔点为100～150℃，所述常规聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。一种以上所述的床品填充用自清洁聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：s1.将质量比大于等于2:1的醋酸丁酸纤维素和低熔点聚酯熔融共混作为皮层纺丝原料，将常规聚酯熔融共混作为芯层纺丝原料；s2.将步骤s1所述皮层纺丝原料和芯层纺丝原料放入皮芯复合纺丝组件中，经由复合喷丝板进行熔融纺丝，得到皮芯结构的复合纤维；s3.将步骤s2得到的所述皮芯结构的复合纤维在丙酮中进行萃取，除去皮层中的醋酸丁酸纤维素，得到皮芯结构的聚酯纤维；s4.将步骤s3得到的所述皮芯结构的聚酯纤维升温至预设温度，使皮层低熔点聚酯纤维熔融，采用高速二氧化钛纳米粒子流轰击所述皮芯结构的聚酯纤维表面，直至皮层表面形成凸起或凹陷，冷却后即得到所述自清洁聚酯纤维。进一步的，在步骤s4中，所述预设温度为100～160℃，且所述预设温度大于等于所述低熔点聚酯的熔点；所述高速二氧化钛纳米粒子流的速度为100～300m/s，所述高速二氧化钛纳米粒子流的流量为5～30mg/s。进一步的，在步骤s4中，采用加热后的高速二氧化钛纳米粒子流轰击所述皮芯结构的聚酯纤维表面，所述高速二氧化钛纳米粒子流的温度为80～120℃，且所述高速二氧化钛纳米粒子流的温度小于等于所述预设温度。进一步的，在步骤s1中，所述醋酸丁酸纤维素和低熔点聚酯的质量比为3:1～10:1。进一步的，在步骤s2中，所述皮层纺丝原料和芯层纺丝原料的质量比为30:70～50:50，所述皮层的纺丝温度为260～270℃，所述芯层的纺丝温度为278～288℃，纺丝速度为500～1000m/min。有益效果与现有技术相比，本发明提供的床品填充用自清洁聚酯纤维及其制备方法具有如下有益效果：(1)本发明提供的床品填充用自清洁聚酯纤维，为一种皮层为低熔点聚酯纤维、芯层为常规聚酯纤维的皮芯结构聚酯纤维，利用皮层低熔点聚酯纤维的低熔点和粘结特性，在皮层内负载至少一层二氧化钛纳米粒子。二氧化钛纳米粒子在皮层表面形成凸起或凹陷，且凸起的高度或凹陷的深度小于二氧化钛纳米粒子的粒径，此种凸起或凹陷的结构赋予皮层表面超疏水特性；二氧化钛纳米粒子的光催化作用赋予聚酯纤维降解有机污渍的功能，并进一步抑制细菌的滋生，从而实现双重自清洁功能。(2)本发明提供的床品填充用自清洁聚酯纤维的制备方法，首先选用低熔点聚酯纤维与常规聚酯纤维进行复合纺丝，通过溶剂萃取相分离法，得到皮层厚度为50～500nm的皮芯结构聚酯纤维，较小厚度的皮层有助于提高二氧化钛的利用率，因为厚度过高时，需要较多层的二氧化钛才能得到裸露在外的二氧化钛；芯层常规聚酯纤维赋予填充物应具备的柔软性和强度。然后，利用皮层低熔点聚酯纤维的低熔点和粘结特性，在皮层纤维熔融状态下，采用高速二氧化钛纳米粒子流对皮芯结构的聚酯纤维表面进行轰击，使得二氧化钛纳米粒子被包覆在皮层低熔点聚酯纤维内，负载牢度显著提高。进一步，根据二氧化钛纳米粒子的粒径和皮层的厚度，当二氧化钛纳米粒子的粒径大于皮层的厚度时，皮层内仅负载一层二氧化钛纳米粒子，此时纳米二氧化钛裸露在外的部分形成凸起结构，构成皮层表面的粗糙结构，赋予其超疏水特性；当二氧化钛纳米粒子的粒径小于皮层的厚度时，根据公式确定二氧化钛纳米粒子的层数，再通过控制二氧化钛纳米粒子流的流量和轰击时间，得到负载目标层数的二氧化钛纳米粒子的聚酯纤维，使得二氧化钛纳米粒子在皮层表面形成凸起或凹陷，构成皮层表面的粗糙结构，赋予其超疏水特性。裸露在外的二氧化钛纳米粒子在光照射作用下，催化有机污渍的降解，抑制细菌的滋生，从而保持聚酯纤维表面的清洁。(3)本发明提供的床品填充用自清洁聚酯纤维的制备方法简单可行，二氧化钛能够负载在聚酯纤维的皮层内，因此负载牢度显著提高。通过控制二氧化钛负载量，在聚酯纤维表面形成凸起或凹陷，赋予其表面超疏水特性，再加上二氧化钛本身的光催化作用，使得聚酯纤维的自清洁效果显著提高。附图说明图1为本发明提供的床品填充用自清洁聚酯纤维的制备方法流程示意图；图2为实施例1和对比例5的红酒污渍的光降解率随照射时间的变化图。具体实施方式以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本发明购买市售的熔点为100～150℃的低熔点聚酯作为皮层纺丝原料，购买市售的常规聚酯作为芯层纺丝原料，进行熔融纺丝得到皮芯结构的聚酯纤维，再通过高速气流对皮层呈熔融状态的聚酯纤维进行轰击，得到表面具有凸起或凹陷结构的聚酯纤维。请参阅图1所示，具体包括以下步骤：s1.将质量比大于等于2:1的醋酸丁酸纤维素和低熔点聚酯熔融共混作为皮层纺丝原料，将常规聚酯熔融共混作为芯层纺丝原料；优选地，所述醋酸丁酸纤维素和低熔点聚酯的质量比为3:1～10:1，醋酸丁酸纤维素含量过低时，无法形成连续相，溶剂相分离去除醋酸丁酸纤维素后，难以得到性能良好且厚度较薄的皮层结构。s2.将步骤s1所述皮层纺丝原料和芯层纺丝原料放入皮芯复合纺丝组件中，经由复合喷丝板进行熔融纺丝，得到皮芯结构的复合纤维；优选地，所述皮层纺丝原料和芯层纺丝原料的质量比为30:70～50:50，目的是为了得到皮层较薄的皮芯结构聚酯纤维，以保证后续二氧化钛的高效嵌入以及聚酯纤维良好的舒适性和强度。s3.将步骤s2得到的所述皮芯结构的复合纤维在丙酮中进行萃取，除去皮层中的醋酸丁酸纤维素，得到皮层厚度为50～500nm的皮芯结构聚酯纤维；采用溶剂相分离法得到皮层厚度超薄的皮芯结构聚酯纤维，目的是提高二氧化钛的利用率，由于二氧化钛在光辐射作用下才具有催化作用，当厚度过高时，需要较多层的二氧化钛才能得到裸露在外的二氧化钛，造成二氧化钛的浪费。s4.将步骤s3得到的所述皮芯结构的聚酯纤维升温至100～160℃，使皮层低熔点聚酯纤维熔融，采用速度为100～300m/s、流量为5～30mg/s的高速二氧化钛纳米粒子流轰击所述皮芯结构的聚酯纤维表面，直至皮层表面形成凸起或凹陷，冷却后即得到所述自清洁聚酯纤维。优选地，采用加热后的高速二氧化钛纳米粒子流轰击所述皮芯结构的聚酯纤维表面，所述高速二氧化钛纳米粒子流的温度为80～120℃，且所述高速二氧化钛纳米粒子流的温度小于等于所述预设温度。采用具有一定温度的二氧化钛纳米粒子流有助于其在聚酯纤维表面的成功嵌入，但温度过高时，或速度过大时，有可能使得纳米粒子穿透芯层结构，降低聚酯纤维的力学强度等性能。实施例1一种床品填充用自清洁聚酯纤维，包括皮芯结构的聚酯纤维以及负载于所述皮芯结构的皮层内的粒径为60nm左右的二氧化钛纳米粒子，所述皮芯结构的皮层为熔点为110℃的低熔点聚酯，厚度为100nm左右，所述皮芯结构的芯层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)；所述二氧化钛纳米粒子在皮层表面形成凸起，所述凸起赋予皮层表面超疏水特性。该床品填充用自清洁聚酯纤维通过以下步骤制备：s1.将质量比为8:1的醋酸丁酸纤维素和低熔点聚酯熔融共混作为皮层纺丝原料，将常规聚酯熔融共混作为芯层纺丝原料；s2.将步骤s1所述皮层纺丝原料和芯层纺丝原料放入皮芯复合纺丝组件中，经由复合喷丝板进行熔融纺丝，得到皮芯结构的复合纤维；皮层纺丝原料和芯层纺丝原料的质量比为40:60，皮层的纺丝温度为265℃，所述芯层的纺丝温度为282℃，纺丝速度为600m/min，牵伸倍数为2.5倍，采用冷却环吹风进行冷却；s3.将步骤s2得到的所述皮芯结构的复合纤维在丙酮中进行萃取，除去皮层中的醋酸丁酸纤维素，然后干燥得到皮芯结构的聚酯纤维；将l＝100nm，d＝60nm带入公式得到皮层内负载的二氧化碳纳米粒子的层数m为一层或两层，当负载一层二氧化钛纳米粒子时，表面形成凹陷结构，当负载两层二氧化钛纳米粒子时，表面形成凸起结构；s4.将步骤s3得到的所述皮芯结构的聚酯纤维升温至115℃，使皮层低熔点聚酯纤维熔融，采用速度为150m/s、流量为10mg/s、温度为90℃的高速二氧化钛纳米粒子流轰击所述皮芯结构的聚酯纤维表面，直至皮层表面均匀的嵌入一层二氧化钛纳米粒子，冷却后即得到所述自清洁聚酯纤维。将本实施例制备的床品填充用自清洁聚酯纤维铺设成网，测得其表面接触角为148°。将被红酒沾污后的自清洁聚酯纤维暴露于日光模拟器下，测得红酒污渍的光降解率随照射时间的变化如图2所示，可以看出，随着照射时间的延长，污渍的光降解率逐渐增大，照射30min后，光降解率达到92％，继续延长光照时间，光降解率缓慢增大，照射60min后，光降解率达到97％，说明本发明制备的聚酯纤维具有良好的自清洁作用。将本发明制备的聚酯纤维进去反复清洗和烘干后，测试二氧化钛5次清洗后的负载量，结果表明负载量仅仅降低3.7％，说明本发明提供的制备方法，能显著提高二氧化钛纳米粒子的负载牢度。实施例2～8实施例2～8提供的床品填充用自清洁聚酯纤维，与实施例1相比，不同之处在于，tio2粒径、皮层厚度、醋酸丁酸纤维素(m1)与低熔点聚酯(m2)的质量比及皮层纺丝原料(m3)和芯层纺丝原料(m4)的质量比如表1所示，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。以下实施例均根据制得的聚酯纤维皮层厚度及二氧化钛的粒径，计算得到二氧化钛纳米粒子负载量，从而合理控制高速二氧化钛纳米粒子流的速度、流量以及轰击时间。表1实施例2～8的制备条件及性能测试结果从表1可以看出，随着醋酸丁酸纤维素(m1)与低熔点聚酯(m2)的质量比的减小，皮层厚度逐渐增大，二氧化钛负载降低率和接触角变化不大，皮层厚度越小，光降解率越大，这是因为皮层厚度减小，纤维的比表面积相对增大，因此二氧化钛的负载量相对增多，使得光降解率提高。随着tio2粒径的减小，接触角逐渐减小，但光降解率逐渐增大，这可能是因为tio2粒径较小时，表面形成的凸起或凹陷的深度减小，使得表面粗超度不够，导致疏水性能变差；而tio2粒径减小时，表面负载的tio2含量增加，因此光降解率增大。对比例1对比例1提供的床品填充用自清洁聚酯纤维，与实施例1相比，不同之处在于，得到的皮芯结构的聚酯纤维表面未负载二氧化钛纳米粒子，即不包含步骤s4，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。对比例2对比例2提供的床品填充用自清洁聚酯纤维，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤s1中，将低熔点聚酯替换为常规聚酯，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。对比例3对比例3提供的床品填充用自清洁聚酯纤维，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤s4中，聚酯纤维的温度为室温，即皮层未形成熔融状态，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。对比例4对比例4提供的床品填充用自清洁聚酯纤维，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤s4中，聚酯纤维的温度为室温，即皮层未形成熔融状态，且高速二氧化钛纳米粒子流的温度也为室温，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。对比例5对比例5提供的床品填充用自清洁聚酯纤维，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤s1中，醋酸丁酸纤维素和低熔点聚酯的质量比为5:1，此时皮层厚度约为200nm，通过计算，二氧化碳纳米粒子的负载层数应为3层或4层，但在步骤s4中，高速高速二氧化钛纳米粒子流的速度、流量、温度和轰击时间与实施例1基本相同，即将二氧化钛纳米粒子的负载量控制为一层或两层，其他未提及部分与实施例1基本相同，在此不再赘述。表2对比例1～5的性能测试结果对比例接触角(°)负载降低率(％)60min光降解率(％)110100210821.467.9311815.666.8410622.354.751071.271.5从表2可以看出，表面未负载tio2纳米粒子的聚酯纤维，接触角仅有101°，疏水性能相比实时1明显降低，光降解率几乎为0。对比例2当皮层和芯层均为常规聚酯时，由于常规聚酯熔点较高，因此，二氧化钛负载难度增大，因此负载量较少，且负载牢度较低，导致接触角和光降解率均较低。对比例3由于皮层低熔点聚酯在室温下成固态，tio2纳米粒子嵌入皮层的难度增加，嵌入量相应减少，导致负载牢度、接触角和光降解率均明显降低。对比例4中，聚酯纤维和tio2纳米粒子均为室温，嵌入难度更大，因此接触角和光降解率比对比例3更低。由此说明本发明选取皮层为低熔点聚酯时，通过熔融状态下的粒子负载，能显著提高负载牢度和负载量，从而解决二氧化钛与纤维之间结合牢度低的问题。对比例5由于负载量比理论负载量少，因此，二氧化钛纳米粒子大多包覆于皮层内，因此负载牢度相对较高，但由于表面未形成凸起或凹陷结构，导致接触角显著降低。结合图2可以看出，二氧化钛纳米粒子包覆于皮层内时，光降解速率显著降低，光照射60min后，降解率仅为71.5％，光照射120min后，降解率升至83.6％。这是因为二氧化钛纳米粒子包覆于皮层内时，光吸收率降低，导致光利用率进而降解效率降低，因此降解速率减慢。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12