一种复合聚酯纤维、其制备方法和用图_2

文档序号:9745753阅读:来源:国知局
至少2种的组合。
[0030] 层数多于10层,厚度在IOOnm以内碳的六元环蜂窝状片层结构,称为石墨稀纳米 片层,以生物质为碳源制备的层数多于10层,厚度在IOOnm以内碳的六元环蜂窝状片层结 构,称为生物质石墨烯纳米片层;层数为1~10层碳的六元环蜂窝状片层结构,称为石墨 烯,以生物质为碳源制备的层数为1~10层碳的六元环蜂窝状片层结构,称为生物质石墨 稀。
[0031] 优选地,所述复合物中碳的六元环蜂窝状片层结构微观上呈现翘曲、卷曲、折叠构 象中的任意1种或至少2种的组合。
[0032] 关于复合物中的片层结构的微观形貌典型的可以通过电子显微镜观察获得,可以 是透射电镜或扫描电镜。
[0033] 优选地,所述碳纳米结构的复合物中,第一非碳非氧元素以单质、氧化物或碳化物 中的任意1种或至少2种的组合的形式吸附在碳纳米结构的表面或内部。
[0034] 优选地,所述碳纳米结构的复合物中,第一非碳非氧元素通过碳源引入;所述碳源 优选生物质碳源,生物质资源选自植物和/或农林废弃物中的任意1种或至少2种的组合; 优选针叶木、阔叶木、林叶木、农林废弃物中的任意1种或至少2种的组合;所述农林废弃物 优选自玉米杆、玉米芯、高粱杆、甜菜渣、甘蔗渣、糠醛渣、木糖渣、木肩、棉杆、果壳、和芦苇 中的任意1种或至少2种的组合,优选玉米芯。
[0035] 优选地,所述复合聚酯纤维中,碳纳米结构的复合物的含量为0. 1~10wt%,例如 0· 2wt %、Iwt %、3wt %、4wt %、6wt %、8wt %、9wt % 等,优选 0· 5 ~7wt %,进一步优选 1 ~ 5wt %,特别优选2~4wt %。
[0036] 优选地,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 ;
[0037] 优选地,所述碳纳米结构的复合物复合聚酯纤维的芯层的碳纳米结构的复合物浓 度比皮层的碳纳米结构的复合物浓度低。
[0038] 本发明对聚酯的种类不做具体限定,典型但非限制性的聚酯包括聚对苯二甲酸 乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯、 聚-2, 6-萘二酸乙二酯、以及多种改性的聚对苯二甲酸乙二酯(如:⑶P,E⑶P,EDDP)等,任 何一种本领域技术人员能够获知的聚酯均可用于本发明。本发明优选工业化大量生产PET 聚酯。
[0039] 第二方面,本发明还提供了一种如第一方面所述复合聚酯纤维的制备方法,所述 方法为:
[0040] 在聚酯原位聚合过程中引入碳纳米结构的复合物,反应完毕得到熔体,熔体出料, 切粒得到复合聚酯母粒,复合聚酯母粒熔融纺丝,得到碳纳米结构的复合物复合的聚酯纤 维;优选的,引入碳纳米结构复合物时,无需对其改性处理。
[0041] 本发明采用原位聚合,将碳纳米结构的复合物在聚酯纤维聚合反应完成之前加 入,提高了碳纳米结构的复合物在聚酯纤维中的稳定性,保证了碳纳米结构的复合物复合 的聚酯纤维的功能性效果的永久性,如耐洗性。
[0042] 优选地,所述熔融纺丝工艺为预取向丝工艺;
[0043] 优选地,所述预取向丝的出丝温度为30~70°C,例如33°C、36°C、38°C、45°C、 50°(:、53°(:、58°(:、63°(:、66°(:、69°(:等,出丝湿度为10~90%,例如15%、18%、22%、28%、 35%、42%、48%、54%、59%、65%、80%、88%等;优选出丝温度为55~65°(:,出丝湿度为 40~50% ;进一步优选出丝温度为62 °C,出丝湿度为42%。
[0044] 优选地,所述出丝采用风冷或水冷。
[0045] 优选地,所述熔体出料时冷却水的温度为20~75 °C,例如25 °C、28 °C、34°C、38 °C、 45°(:、57°(:、64°(:、70°(:、73°(:等,优选40°(:。
[0046] 优选地,所述恪体出料的牵伸速度为0. 01~lm/s,例如0. 03m/s、0. lm/s、0. 24m/ s、0. 35m/s、0. 47m/s、0. 54m/s、0. 67m/s、0. 75m/s、0. 82m/s、0. 98m/s 等。
[0047] 优选地,所述碳纳米结构的复合物的添加量为聚酯纤维的0.1 ~IOwt %,例如 0· 5wt%、2wt%、3wt%、5wt%、10wt%等,优选 0· 5 ~7wt%,进一步优选 1 ~5wt%,特别优 选2~4wt%。碳纳米结构的复合物的添加量过低,附加性能不明显,过高则造成产品成本 的大幅度提高和产品力学性能的劣化。
[0048] 优选地,所述碳纳米结构的复合物以碳纳米结构的复合物干粉的形式加入,或者 以碳纳米结构的复合物分散液的形式加入。
[0049] 优选地,所述碳纳米结构的复合物分散液的分散剂选自去离子水、蒸馏水、乙醇、 乙二醇、对苯二甲酸、醋酸钠溶液、十二烷基苯磺酸、蓖麻油聚氧乙烯醚中的任意1种或至 少2种的组合。
[0050] 优选地,在聚酯纤维加工过程中,碳纳米结构的复合物的添加时机选自原料打浆 阶段、酯化预聚合阶段、预缩聚阶段、终缩聚阶段中的任意1种或至少2种的组合,优选为原 料打浆阶段。
[0051] 选择合适的碳纳米结构的复合物的添加时机,能够影响着聚合物产品性能。在原 料打浆阶段加入,碳纳米结构的复合物凭借其少量的环氧基团会参与酯化反应,在复合体 系中分散性更好。
[0052] 本发明所述碳纳米结构的复合物的添加时机的"至少2种的组合"是指可以在聚 酯纤维加工过程的不同时机均加入碳纳米结构的复合物,例如可以同时在原料打浆阶段和 酯化预聚合阶段加入碳纳米结构的复合物,或者同时在预缩聚阶段和终缩聚阶段加入碳纳 米结构的复合物,或者同时在原料打浆阶段、酯化预聚合阶段和终缩聚阶段加入碳纳米结 构的复合物等。
[0053] 优选地,所述碳纳米结构的复合物每公斤的添加时间为30s~30min,例如35s、 50s、2min、5min、8min、12min、17min、23min、28min 等。
[0054] 作为优选技术方案,本发明所述复合聚酯纤维的制备方法包括如下步骤:
[0055] (1)将多元酸、多元醇和碳纳米结构的复合物打浆混匀后投入反应釜,在催化剂作 用下,酯化和缩聚完成聚合反应,得到熔体;
[0056] (2)熔体在20~75°C冷却水,0. 01~lm/s牵伸速度的条件下出料,直接造粒得到 母粒;
[0057] (3)将母粒在30~70°C出丝温度,10~90 %出丝湿度条件下,采用风冷或水冷, 熔融纺丝,得到碳纳米结构的复合物复合聚酯纤维。
[0058] 优选地,本发明所述碳纳米结构的复合物通过如下方法获得:
[0059] (i)混合生物质碳源和催化剂,搅拌进行催化处理后,干燥得到前驱体;
[0060] (ii)保护性气氛中,将前驱体在 280 ~350°C,例如 282°C、288°C、295°C、300°C、 332°(:、340°(:等,保温1.5~2.511,例如1.611、1.811、211、2.211、2.411等,之后程序升温至 950 ~1200 cC,例如 960 cC、970 cC、980 cC、990 cC、1010 cC、1020 cC、1030 cC、1040 cC 等,保温 3~4h,例如3. lh、3. 3h、3. 5h、3. 8h、3. 9h等,得到粗品;所述程序升温的升温速率为15~ 2CTC /min,例如 16°C /min、18°C /min、19°C /min 等;
[0061] (iii)将粗品洗涤后,得到碳纳米结构的复合物;
[0062] 优选地,所述生物质碳源和催化剂的质量比为1:0. 1~10,例如1:2、1:4、1:6、1:8 等,优选1:〇· 5~5,进一步优选1:1~3 ;
[0063] 优选地,所述催化剂选自锰的化合物、含铁化合物、含钴化合物和含镍化合物中的 任意1种或至少2种的组合;所述含铁化合物选自铁的卤素化合物、铁的氰化物和含铁酸盐 中的任意1种或至少2种的组合;所述含钴化合物选自钴的卤素化合物和含钴酸盐中的任 意1种或至少2种的组合;所述含镍化合物选自镍的氯化盐和含镍酸盐中的任意1种或至 少2种的组合。
[0064] 进一步优选地,所述催化剂选自氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、硫酸铁、硫 酸亚铁、铁氰化钾、亚铁氰化钾、三草酸合铁酸钾、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴、氯化镍、 硝酸镍、硫酸镍和乙酸镍中的任意1种或至少2种的组合。
[0065] 本发明所述催化剂的组合典型但非限制性的实例有氯化亚铁和硫酸铁的组合,铁 氰化钾和三草酸合铁酸钾的组合,氯化
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