本发明属于涤纶纤维溶解领域，具体涉及一种涤纶纤维溶解制备方法。
背景技术：
涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)纤维的商品名称，于1953年开始工业化，是大品种合成纤维中发展较晚的一种纤维，但由于其良好的强度、耐皱性、耐磨性和热稳定性，加上随着石油化学工业的迅速发展，涤纶已成为合成纤维中发展速度最快，产量最高的一种重要品种，在服装、家纺、装饰、产业用等领域被广泛应用。
然而，涤纶纤维也存在吸湿性差、染色困难、抗静电性不好、易沾污、抗起毛起球性差等缺点。为满足市场需求，克服当前不利因素，涤纶产业正面临着由常规涤纶向功能化、差别化转型升级的机遇和挑战。通过采用物理或化学改性方法得到的改性涤纶纤维，不仅能够克服其本身不足，而且根据需求赋予了其多种功能性。物理改性方法：主要在涤纶的生产过程中进行物理共混改性；化学改性方法：运用化学接枝或嵌段的方法改变涤纶的分子链结构，改善涤纶的服用性能。通过改性方法赋予涤纶纤维优越的功能化、差异化性能，使其具有更加广阔的应用前景，也必将极大的推动涤纶纤维产业的发展。
对改性涤纶纤维进行表征检测是必不可少的一步，验证其是否确实具有高性能化、差异化、功能化的特性，因此就需要运用各种测试分析技术，包括改性涤纶纤维结构鉴定、形态与形貌表征、分子量研究、亲水性测试等。而上述测试分析技术很多是不能直接用丝状纤维去测试的，如测试其是否引入功能性官能团或测试其亲水性能时，一般不能直接用纤维丝束去测试，需要把试样制成薄膜。但是聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来，其分子为高度对称芳环结构，线性好且分子链结构立体规整，具有高取向性和高结晶度，使试剂对涤纶纤维的可及度低，一般有机和无机溶剂难以溶解涤纶纤维或者能溶解的试剂也会破坏其分子结构，这就阻碍了对改性涤纶纤维的分析测试，限制了涤纶纤维产业的进一步发展。
针对目前改性涤纶纤维溶解制膜方面的不足，本发明采用六氟异丙醇对改性涤纶纤维的溶解和成膜工艺进行探讨，提供一种简单、快速、有效的改性涤纶纤维溶解制膜的方法。六氟异丙醇，化学式为cf3chohcf3，简称为hfip，分子量168.0386，熔点﹣4.2℃，沸点59.1℃，密度1.596g/cm3，水溶性≥10g/100ml(20℃)。hfip具有强极性，可与水和许多有机试剂互溶，耐热且允许紫外线通过，这些特性使它成为许多极性聚合物的理想溶剂。因此hfip可将结晶性聚合物(如涤纶和尼龙)溶解，而且对涤纶纤维结构的破坏远小于其他溶剂，保留其结构的完整性。并且由于hfip的沸点低(58℃)，该溶剂蒸发成膜时能源消耗也足够少。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种涤纶纤维溶解制备方法，解决了现有技术中的缺陷。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种涤纶纤维溶解制备方法，包括如下步骤：
1)将能溶解在hfip溶液中的改性涤纶纤维剪碎后浸入到hfip溶液中，室温下先进行超声波分散，再进行磁力搅拌，使改性涤纶纤维溶解在hfip溶液中，得到改性涤纶纤维溶解液，所述溶解液在灯光下观察，当溶液透明并且没有肉眼可见的涤纶纤维丝存在时，说明改性涤纶纤维完全溶解；
2)根据所需膜的厚度和所盛器皿的面积来确定所需改性涤纶纤维溶解液的量，将所需改性涤纶纤维溶解液的量倒入玻璃器皿中；
3)将盛在玻璃器皿中的步骤2)的改性涤纶纤维溶解液放在红外干燥灯下蒸发烘干，其与红外干燥灯的距离为5～50cm；并且烘干过程中随着改性涤纶纤维溶解液因烘干蒸发而浓度越来越大，则将其逐渐远离红外干燥灯，等完全烘干后即可获得表面平整、膜厚均匀的膜。
所述hfip溶液的质量分数为10～50％，超声波的频率为25～130khz，超声波功率为80～600w，超声波分散时间为3～10min，磁力搅拌时间为5～30min。
所述步骤2)的成膜所添加的改性涤纶纤维溶解液实际重量是其理论计算量的105～110％。
所述红外干燥灯波长为0.78～4um，功率为100～300w。
所述能溶解在hfip溶液中的改性涤纶纤维采用gma侧基的长链烷烃扩链剂改性的涤纶纤维，其由下述方法制备而成，所述溶解制备方法包括如下步骤：
1)将pet和含有gma侧基的长链烷烃扩链剂干燥；
2)将步骤1)100质量份的干燥后的pet、1～3质量份干燥后的含有gma侧基的长链烷烃扩链剂和0.1～0.5质量份的抗氧剂在高速混合机中混合5-10min；
3)将步骤2)混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备改性亲水聚酯粒料；其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；
4)将经过步骤3)改性后的亲水聚酯粒料熔融纺丝，制备出表面含有gma基团和少量羟基的改性涤纶纤维，改性涤纶纤维呈现弱亲水性；熔融纺丝步骤的熔融纺丝温度为250～300℃，纺丝速度为800～3000m/min，拉伸温度为60～90℃，总拉伸倍率为3～5倍。
所述能溶解在hfip溶液中的改性涤纶纤维采用双亲三嗪类单体亲水改性的涤纶纤维，其由下述方法制备而成，所述溶解制备方法包括如下步骤：
1)将pet和含有gma侧基的长链烷烃扩链剂干燥；
2)将步骤1)100质量份的干燥后的pet、1～3质量份干燥后的含有gma侧基的长链烷烃扩链剂和0.1～0.5质量份的抗氧剂在高速混合机中混合5-10min；
3)将步骤2)混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备改性亲水聚酯粒料；其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；
4)将经过步骤3)改性后的亲水聚酯粒料熔融纺丝，制备出表面含有gma基团和少量羟基的改性涤纶纤维，改性涤纶纤维呈现弱亲水性；熔融纺丝步骤的熔融纺丝温度为250～300℃，纺丝速度为800～3000m/min，拉伸温度为60～90℃，总拉伸倍率为3～5倍；
5)将步骤4)纺出的改性涤纶纤维浸入dcp引发剂溶液中，在微波条件下预反应20～30min，预反应温度为60～80℃，微波功率为300～500w；
6)将步骤5)预反应后的涤纶纤维放入配制好的双亲三嗪类单体反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应，一段时间后，取出，水洗，在烘箱中烘干至恒重，即制备得到强亲水的涤纶纤维；所述双亲三嗪类单体溶液的质量分数为5～30％，反应温度为90～110℃，接枝反应时间为60～90min，微波功率为300～500w。
所述改性涤纶纤维用的改性剂采用hy-3525g或双亲三嗪类单体。
本发明上述的方法制得的涤纶纤维溶解制膜。
具体地说，本发明所述的一种涤纶纤维溶解制备方法，包括如下步骤：(1)将一定量的改性涤纶纤维剪碎后浸入到一定浓度的hfip溶液中，室温下先进行超声波分散，再进行磁力搅拌，使改性涤纶纤维溶解在hfip溶液中，得到改性涤纶纤维溶解液。溶解液在灯光下观察，溶液透明并且没有肉眼可见的涤纶纤维丝存在，可以认为改性涤纶纤维完全溶解。本步骤所述hfip溶液的质量分数为10～50％，超声波的频率为25～130khz，超声波功率为80～600w，超声波分散时间为3～10min，磁力搅拌时间为5～30min。
(2)根据所需膜的厚度和所盛器皿的面积来计算所需改性涤纶纤维溶解液的量，一般干膜的厚度约等于湿膜的厚度×溶液浓度，将计算的所需量倒入玻璃器皿中；本步骤中由于铺的膜边缘总会略厚，所以成膜所添加的改性涤纶纤维溶解液实际重量是理论计算量的105～110％。
(3)将盛在玻璃器皿中的改性涤纶纤维溶解液通过调节其距离红外干燥灯的高度来进行蒸发烘干，由于烘干后期改性涤纶纤维溶解液浓度增大，若烘干太快最易起皱和边缘超厚，因此烘干前期应先靠近红外干燥灯，烘干后期则逐渐远离，由此获得表面平整、膜厚均匀的膜试样。本步骤中优选溶剂六氟异丙醇，由于溶剂六氟异丙醇的沸点低(58℃)，使用红外干燥灯就能满足蒸发烘干的效果，并且所述红外干燥灯波长为0.78～4um，功率为100～300w；盛在玻璃器皿中的涤纶纤维溶解液与红外干燥灯的距离为5～50cm。
(4)将成膜效果好的改性涤纶纤维膜裁剪成检测试样尺寸，按标准测试方法进行所需测定。
由于采用上述技术方案，与现有涤纶纤维溶解制备方法比较，本发明具有以下优点：
(1)本发明选用六氟异丙醇(hfip)作为溶解剂，对改性涤纶纤维的溶解性好，对改性涤纶纤维结构的破坏远小于其他溶剂，保留其结构的完整性；经试验本发明的方法适用于溶解于六氟异丙醇(hfip)的任何改性涤纶纤维。
(2)由于六氟异丙醇(hfip)的沸点低(58℃)，本发明采用红外灯进行烘干，红外辐射能穿过待烘干的材料并被其吸收，其优点是整个材料都被加热，而不只是表面受热。这样的烘干过程非常高效，相当于把蒸发面积扩大了好几倍，避免了使用烘箱干燥的振动和烘干过程的不可控性对膜效果的影响，易获得表面平整、膜厚均匀的膜试样，并且蒸发烘干成膜时能源消耗少。
(3)本发明所述溶解制备方法操作简单、溶解温度低(室温)、溶解制膜时间短、可操作性强、安全性较高。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
实施例1
1)能溶解在hfip溶液中的gma侧基的长链烷烃扩链剂改性的涤纶纤维的制备一：将购于福州隆诚实业有限公司的回收pet瓶片在120℃鼓风干燥箱中干燥12h，从杭州海一高分子材料有限公司获得的hy-3525g在60℃真空干燥箱中干燥8h；然后，将100质量份干燥后的回收pet瓶片、1质量份干燥后的hy-3525g和0.5质量份抗氧剂168/1010在高速混合机中混合8min；把混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备r-pet/hy-3525g共混物，其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；将改性后的亲水聚酯粒料(即：r-pet/hy-3525g共混物)熔融纺丝，制备出表面含有gma基团和少量羟基的涤纶纤维，其平均水接触角为73°，而在相同的加工情况下，普通涤纶纤维平均水接触角为95°，因此改性涤纶纤维呈现弱亲水性，其中熔融纺丝温度为260℃，纺丝速度为1000m/min，拉伸温度为60℃，总拉伸倍率为4.5倍。
能溶解在hfip溶液中的gma侧基的长链烷烃扩链剂改性的涤纶纤维的制备二：将购于福州隆诚实业有限公司的回收pet瓶片在120℃鼓风干燥箱中干燥12h，从杭州海一高分子材料有限公司获得的hy-3525g在60℃真空干燥箱中干燥8h；然后，将100质量份干燥后的回收pet瓶片、3质量份干燥后的hy-3525g和0.5质量份抗氧剂168/1010在高速混合机中混合8min；把混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备r-pet/hy-3525g共混物，其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；将改性后的亲水聚酯粒料(即：r-pet/hy-3525g共混物)熔融纺丝，制备出表面含有gma基团和少量羟基的涤纶纤维，其平均水接触角为61°，而在相同的加工情况下，普通涤纶纤维平均水接触角为95°，因此改性涤纶纤维呈现弱亲水性，其中熔融纺丝温度为280℃，纺丝速度为3000m/min，拉伸温度为70℃，总拉伸倍率为3倍。
2)首先将5g的经过含有gma侧基的长链烷烃扩链剂(hy-3525g，杭州海一高分子材料有限公司)改性的涤纶纤维(为现有技术产品)或者{采用上述步骤1)中采用gma侧基的长链烷烃扩链剂改性的涤纶纤维的制备一或制备二的制备获得的亲水改性的涤纶纤维产品}剪碎后浸入到45g的质量浓度为30％的hfip溶液中，室温下先采用频率为40khz、功率为120w的超声波进行分散8min，再进行磁力搅拌25min，使接枝gma改性涤纶纤维完全溶解在hfip溶液中，得到接枝gma改性涤纶纤维溶解液。根据红外光谱测试所需膜的厚度和所盛器皿的面积计算所需接枝gma改性涤纶纤维溶解液的量，将所需的1.5g接枝gma改性涤纶纤维溶解液倒入玻璃器皿中；然后将盛在玻璃器皿中的涤纶纤维溶解液通过调节其距离红外干燥灯的高度来进行蒸发烘干，烘干前期先靠近红外干燥灯，烘干后期逐渐远离，相距距离从10cm逐渐远离到50cm。由此获得表面平整、膜厚均匀的膜试样；最后将成膜效果好的接枝gma改性涤纶纤维膜裁剪出一定直径的圆形(或一定边长的正方形)试样，按红外光谱标准测试方法进行测定。与纯涤纶纤维膜的谱图对比，可以在接枝gma改性涤纶纤维膜的谱图1730cm处发现多一个特征吸收峰，该峰为gma分子链中羰基基团的特征吸收峰，说明gma已经接枝到涤纶纤维上。
实施例2
1)双亲三嗪类单体亲水改性的涤纶纤维的制备一：将购于福州隆诚实业有限公司的回收pet瓶片在120℃鼓风干燥箱中干燥12h，从杭州海一高分子材料有限公司获得的hy-3525g在60℃真空干燥箱中干燥8h；然后，将100质量份干燥后的回收pet瓶片、1质量份干燥后的hy-3525g和0.5质量份抗氧剂168/1010在高速混合机中混合8min；把混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备r-pet/hy-3525g共混物，其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；将改性后的亲水聚酯粒料(即：r-pet/hy-3525g共混物)熔融纺丝，制备出表面含有gma基团和少量羟基的涤纶纤维，其平均水接触角为73°，而在相同的加工情况下，普通涤纶纤维平均水接触角为95°，因此改性涤纶纤维呈现弱亲水性，其中熔融纺丝温度为260℃，纺丝速度为1000m/min，拉伸温度为60℃，总拉伸倍率为4.5倍；然后将纺出的涤纶纤维浸入质量百分比浓度为0.5％的过氧化二异丙苯(dcp)引发剂溶液中，在微波条件下预反应30min，预反应温度为60℃，微波功率为300w；最后将预反应后的涤纶纤维放入配制好的质量分数为10％的双亲三嗪类单体(beats)反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应60min，反应温度为90℃，微波功率为300w；然后取出，水洗，在烘箱中烘干至恒重，经双亲三嗪类单体(beats)改性后的涤纶纤维平均水接触角为35°，即制备得到强亲水的涤纶纤维。
双亲三嗪类单体亲水改性的涤纶纤维的制备二：将购于福州隆诚实业有限公司的回收pet瓶片在120℃鼓风干燥箱中干燥12h，从杭州海一高分子材料有限公司获得的hy-3525g在60℃真空干燥箱中干燥8h；然后，将100质量份干燥后的回收pet瓶片、3质量份干燥后的hy-3525g和0.5质量份抗氧剂168/1010在高速混合机中混合8min；把混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备r-pet/hy-3525g共混物，其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；将改性后的亲水聚酯粒料(即：r-pet/hy-3525g共混物)熔融纺丝，制备出表面含有gma基团和少量羟基的涤纶纤维，其平均水接触角为61°，而在相同的加工情况下，普通涤纶纤维平均水接触角为95°，因此改性涤纶纤维呈现弱亲水性，其中熔融纺丝温度为280℃，纺丝速度为3000m/min，拉伸温度为70℃，总拉伸倍率为3倍；然后将纺出的涤纶纤维浸入质量百分比浓度为0.5％的过氧化二异丙苯(dcp)引发剂溶液中，在微波条件下预反应30min，预反应温度为60℃，微波功率为300w；最后将预反应后的涤纶纤维放入配制好的质量分数为30％的双亲三嗪类单体(beats)反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应90min，反应温度为90℃，微波功率为300w；然后取出，水洗，在烘箱中烘干至恒重，经双亲三嗪类单体(beats)改性后的涤纶纤维平均水接触角为23°，即制备得到强亲水的涤纶纤维。
2)强亲水的涤纶纤维膜制备：首先将8g经过双亲三嗪类单体(beats，其溶解制备方法详见：李丹.双亲三嗪类磷衍生物及其膨胀阻燃性能[d].福建师范大学,2013.)亲水改性的涤纶纤维{采用上述步骤1)中双亲三嗪类单体亲水改性的涤纶纤维的制备一或制备二的制备获得的亲水改性的涤纶纤维产品}剪碎后浸入到60g的质量浓度为30％的hfip溶液中，室温下先采用频率为40khz、功率为120w的超声波分散10min，再进行磁力搅拌40min，使经beats改性的亲水涤纶纤维完全溶解在hfip溶液中，得到beats改性的亲水涤纶纤维溶解液。根据接触角测试所需膜的厚度和所盛器皿的面积计算所需beats改性的亲水涤纶纤维溶解液的量，将所需的2g经beats改性的亲水涤纶纤维溶解液倒入玻璃器皿中；然后将盛在玻璃器皿中的经beats改性的亲水涤纶纤维溶解液通过调节其距离红外干燥灯的高度来进行蒸发烘干，烘干前期先靠近红外干燥灯，烘干后期逐渐远离，相距距离从15cm逐渐远离到40cm。由此获得表面平整、膜厚均匀的膜试样；最后将成膜效果好的经beats改性的亲水涤纶纤维膜裁剪成接触角测试试样尺寸，并按接触角标准测试方法进行测定。经过测试发现经beats改性后的亲水涤纶纤维膜平均水接触角为23°，即制备得到强亲水的涤纶纤维膜。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。