一种复合聚酯纤维、其制备方法和用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合聚酯材料的技术领域，涉及一种碳纳米结构的复合物复合聚酯纤 维及其制备方法，具体涉及一种具有多种性能的碳纳米结构的复合物复合聚酯纤维，以及 不需要对碳纳米结构的复合物进行改性就可以直接制备复合聚酯纤维的方法，所述复合聚 酯纤维可以应用于制备民用服装、家纺织物、紫外防护织物、工业用特种防护服。
【背景技术】
[0002] 聚酯纤维（polyester fibre)是指由多种二元醇和芳香族二元羧酸或其酯经缩 聚生成的聚酯为原料所制得纤维的统称。常见的聚酯纤维一般包括聚对苯二甲酸乙二酯 纤维，聚对苯二甲酸丁二酯纤维，聚对苯二甲酸丙二酯纤维，聚对苯二甲酸-1，4-环己二甲 酯纤维，聚-2, 6-萘二酸乙二酯纤维，以及多种改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维（如：⑶P， ECDP，EDDP)等。
[0003] 工业化大量生产的聚酯纤维是用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)制成的，中国的商 品名为涤纶，是化纤制品中产量最大的品种，占据着化纤产品近80%的市场份额；纤维级 聚酯切片是供给涤纶纤维企业加工纤维用于制造涤纶短纤和涤纶长丝的直接原材料，其化 学结构式为：
[0005] 由对苯二甲酸（PTA)和乙二醇（EG)经过酯化和缩聚产生PET熔体，PET熔体再通 过水下切粒而生成PET母粒，然后进行纺丝。
[0006] 以PET为例，聚酯的工业化合成工艺一般包括如下三个主要工段：
[0007] ①原料打浆混合工段：主要完成原料，包括PTA(对苯二甲酸）、EG(乙二醇）、催化 剂、其他助剂）的均匀混合；
[0008] ②聚酯的预聚合工段：完成反应物的预聚合并形成了小分子聚合物，这一工段在 具体生产中常分拆为一酯化、和二酯化两个反应段来完成反应副产物如水的脱除和功能性 填料的引入；
[0009] ③缩聚工段：主要是实现小分子聚合物的相互聚合，扩链增粘的过程，实际生产中 该工段常拆分为预缩聚（低真空聚合）和终缩聚（高真空聚合）两个反应段。
[0010] ④纺丝工段。
[0011] 但纯聚酯纤维产品吸湿性能较差，在干燥气候下容易积聚电荷形成静电，穿着 和使用时产生静电，舒适感难于与天然棉纤维相媲美（一般合成纤维的体积电阻率在 IO15 Ω ^cm以上，而要使人体感觉舒适，不产生放电现象，纤维的体积电阻率应在IOwQ ^cm 以下）。此外，改善聚酯纤维的抗菌性、阻燃抗熔滴、抗紫外也是提高聚酯纤维应用价值的重 要方向。
[0012] 目前，传统抗静电、抗菌纤维的制备方法一方面，可采用纤维表面后处理的方法实 现。CN103194891A公开了一种银系抗菌抗静电纤维的生产方法、银系抗菌抗静电纤维及其 制备的服装，采用镀银的方法实现抗静电效果；CN101463560A公开了耐磨耗的抗静电纤维 及制造方法和制造该纤维的组合物，采用涂覆烷基磷酸酯盐的方法实现抗静电效果。这两 种方法虽然效果显著，但耐水洗性能较差，不具有永久性。
[0013] 碳纳米材料是指分散相尺度至少有一维小于IOOnm的碳材料，例如碳纳米管、石 墨烯等。石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料，具有许多优 异的性能。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点，在对石墨烯的 物理化学性质进行研究的同时，与石墨烯相关的复合材料层出不穷。在纳米科学方向上，石 墨烯也被用来制备相关的纳米复合材料，尤其是石墨烯/金属或石墨烯/金属氧化物的纳 米复合材料。由于石墨烯的优异性能，这些纳米复合材料在新型能源、生物传感、催化、光学 材料等领域有着广阔的研究前景。
[0014] 普通碳纳米材料由于其表面无官能团，很难与PET进行复合，从而阻碍改性PET制 备尚性能材料的发展。
[0015] 目前，石墨烯在纤维方面的应用探索一个主要途径即通过对石墨烯进行化学改性 再完成材料复合，如CN103044865A公开了一种氨基石墨烯改性PET材料的制备方法，是采 用氨基化石墨烯进行复合制备PET复合材料；CN103966844A公开了一种石墨烯导电复合纤 维的制备方法，是采用氧化石墨烯进行纤维表面化学修饰后再化学还原得到石墨烯改性纤 维；该类方法均需要对石墨烯进行改性处理，一方面石墨烯的固有优异特性被大大劣化，另 一方面工业化生产成本过高，环保生产压力大，同时难以避免产品功能单一化，性能和成本 比不高的问题。
[0016] CN103938293A公开了一种远红外聚酯纤维及其制备方法，该远红外聚酯纤维的原 料按照重量份数配置包括：聚酯切片65~85份和远红外母粒15~35份，所述远红外母粒 的原料按照重量份数配置包括：聚酯切片75~90份，纳米远红外粉体10~20份，硅烷偶 联剂0. 5~5份，聚乙烯蜡0. 5~5份，三[2. 4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0. 05~1份和 四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.05~1份。
[0017] CN1308148A公开了一种远红外辐射中空三维卷曲聚酯纤维及其制作方法，将 0. 3~0. 5 μπι的复合无机远红外超细材料，与钛酸酯类偶联剂和表面活性剂一同加入到 高速搅拌机中进行干法表面处理，表面处理后的超细材料粉体与聚酯载体在高速混合机 中混合，得到的混合粉料送到双螺杆挤出机中共混挤出，其工作温度较常规制作色母粒 温度低10~30°C，将上述得到的远红外母粒和聚酯切片经计量加料器加料送至混合器混 合，然后送至制作中空三维卷曲纤维的螺杆纺丝机进行纺丝，最后得到的成品即为本发明 远红外辐射中空三维卷曲聚酯纤维。所述多种远红外无机材料，其基本成份为二氧化硅、三 氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆的混合体，用超细气流粉碎机粉碎，粉碎至其粒径在0. 3~ 0. 5 μ m，将粉碎后的远红外无机材料粉体置于高温炉中烧结，烧结温度为800~1100°C，烧 结冷却后再粉碎，使粒径仍控制在0. 3~0. 5 μ m，得到0. 3~0. 5 μ m的复合无机远红外超 细材料。
【发明内容】
[0018] 本发明的发明目的在于提供一种工艺简单，成本低廉，且能够制备出具有抗菌、远 红外功效的碳纳米结构的复合物复合聚酯纤维的制备方法。
[0019] 为了达到发明目的，本发明采用了如下技术方案：
[0020] 第一方面，本发明提供了一种复合聚酯纤维，所述聚酯纤维中含有碳纳米结构的 复合物；
[0021] 所述碳纳米结构的复合物含有碳元素、0. 5~4wt%的第一非碳非氧元素物质和 0~4wt%的第二非碳非氧元素，所述第一非碳非氧元素物质为第一非碳非氧元素的单质、 化合物中的任意1种或至少2种的组合；所述第一非碳非氧元素为P、Si、Ca、Al和Na ;所 述第二非碳非氧元素以单质、化合物中的任意1种或至少2种的组合的形式存在；所述第二 非碳非氧元素选自Fe、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意1种或至少2种的组合；
[0022] 所述碳纳米结构的复合物在拉曼光谱下碳元素 G峰与D峰峰高比值为1~20,例 如2、5、7、8、10、12、13、16、18等；可选地，所述碳纳米结构的复合物在拉曼光谱下还存在2D 峰；
[0023] 所述碳纳米结构复合物的远红外检测法向发射率大于0. 85,例如0. 87、0. 89、 0. 91、0. 92、0. 93等；优选的，所述碳纳米结构复合物的远红外检测法向发射率大于0. 88。
[0024] 拉曼光谱下碳元素 G峰体现了 sp2杂化程度；D峰体现了晶格缺陷，例如sp3的碳 结构；2D峰体现石墨烯的片层厚薄程度。
[0025] 本发明所述碳纳米结构的复合物是一种以碳元素为主的含有杂质元素的复合物， 其中碳元素主要以sp2杂化的形式存在。
[0026] 本发明选用特定的碳纳米结构的复合物作为复合原料，与对聚酯材料进行复合， 无需提前对碳纳米结构的复合物进行改性，只需要简单将碳纳米结构的复合物加入现有的 聚酯纤维的聚合工艺中即可。
[0027] 所述碳纳米结构的复合物中，所述碳元素的含量彡80wt%，例如82wt%、86wt%、 89wt %、9 Iwt %、94wt %、97wt %、99wt % 等，优选 85 ~97wt %，进一步优选 90 ~95wt %。
[0028] 优选地，所述碳纳米结构的复合物在拉曼光谱下碳元素 G峰与D峰峰高比值为 2~20,优选3~20。
[0029] 优选地，碳纳米结构的复合物具有厚度在IOOnm以下的碳的六元环蜂窝状片层结 构，优选具有厚度在20nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，进一步优选具有层数为1~ 10层碳的六元环蜂窝状片层结构中的任意1种或至少2种的组合，优选单层、双层或3~ 10层结构的中的任意1种或