专利名称：一种高效远红外锦纶纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于功能性锦纶纤维的制备领域，特别涉及一种高效远红外锦纶纤维的制备方法。
背景技术：
当今社会，人们越来越重视身体健康，功能性纺织品也被给予了更多关注。差别化、功能化纤维的生产规模亦越来越大，主要包括阻燃、抗菌、抗静电、抗紫外、远红外纤维等，具有保暖、保健特殊功能的远红外纤维作为一种差别化纤维，有“生命的纤维”之称，远红外纤维制品也被誉为21世纪人类最需要的保健品，拥有广阔的实用价值和应用前景。日本、俄罗斯、德国等在20世纪80年代开始该技术的研究开发，尤其是日本研究最早，产品也比较丰富。国内开发远红外织物始于90年代初，产品的性能和日本等国家相比有一定的差 距。常温下远红外发射率65%以上的陶瓷粉体可用作远红外功能材料，很多无机物，如氧化物、碳化物、硼化物等都具有远红外辐射特性，然而单一物质的红外发射率低，一般选用多种氧化物的混合物作远红外功能材料。层状双氢氧化物(layed doublehydroxides) LDHs是一种层状结构的阴离子型粘土，具有特殊的层状结构及物理化学性质。(Rives, Materials Chemistry and Physics, 2002, 75:19) LDHs 的结构非常类似于水镁石Mg(OH)2,由MgO6八面体共用棱形成单元层，Mg2+位于八面体的中心，OF位于八面体的顶点，这些八面体在平面内堆积成二维的层。(Goh, Lim, Dong, WaterResearch, 2008, 42:1343-1368) LDHs经过高温煅烧后转变为ΜΜ0。在此前我们已经提到氧化镁和氧化铝本身就是常用的远红外陶瓷粉体，同样地，MMO也可用作新型远红外纳米粉体，而且，复合氧化物中两者的均匀混合可拓宽它们在更宽波段内的远红外发射率，也赋予了其新的潜在的应用。Wang等报道了将Mg-AKO3LDHs和Mg-Al-DIA LDHs分别添加到LDPE农膜中，其结果表明，添加这两种LDHs的LDPE农膜光透过率几乎没有改变，但对1428-400CHT1的红外吸收效果显著。LDHs及其MMO在400-1500(^1波段有强烈的红外吸收，具有优异的红外吸收性能(Wang, et al. , Journal of Solid State Chemistry,2010, 183，1114-1119)。因此，将MMO添加到聚合物基体中可以赋予聚合物新的性能，在高性能远红外纤维上有着重要的应用前景。特别地，远红外锦纶纤维还缺少大规模的生产和应用，开发远红外锦纶相关产品具有巨大的潜在价值。锦纶是合成纤维的主要品种之一，又叫聚酰胺纤维，俗称尼龙。锦纶是用主链上含有酰胺基(-C0MO与烃基连接为结构单元的线型聚酰胺制成的合成纤维。由于尼龙在分子结构上的规则排列，大分子间能形成许多氢键结构，使其具有高结晶度，在力学性能、化学性质、热性能等方面具有突出的优点。锦纶的主要品种是尼龙66和尼龙6。目前尼龙6是尼龙品种中产量最大的，以尼龙6作为原料制备远红外锦纶纤维，具有广阔的市场前景和应用价值。目前远红外纤维的制备中主要存在以下问题远红外添加剂的粒径大且不均一、粉体后加工处理繁琐、纤维可纺性差以及纤维表面粗糙手感差。因此，开发新型高效的远红外功能纤维成为发展趋势。目前将LDHs高温煅烧后形成的粒径小且分布均匀的MMO添加到纤维中制备远红外锦纶纤维还未报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，该方法工艺简单，成本低廉，易于工业化生产，制备的远红外锦纶纤维力学性能好、远红外发射率高，可以用于开发性能优良的远红外保暖保健制品。本发明的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，包括(I) Mg-Al-CO3 LDHs 的制备将可溶性镁盐和可溶性铝盐配制成混合水溶液，然后逐滴加入到Na0H/Na2C03(NaOH与Na2CO3的质量比为4:5)溶液中，然后在8(Tl00°C晶化2 6h，抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs ；(2) MMO 的制备 将上述Mg-Al-CO3 LDHs经过40(T600°C高温煅烧3 5h，失去羟基和⑶广得到MMO(合金属氧化物，mixed metal oxide)；(3)远红外母粒的制备将聚酰胺6切片真空干燥后，与上述MMO均匀混合，共混造粒得到远红外母粒切片;(4)远红外锦纶纤维的制备将上述远红外母粒切片经过真空鼓风干燥，最后在双螺杆复合纺丝机上熔融纺丝得到远红外锦纶纤维。步骤(I)中所述的可溶性镁盐为MgCl2 · 6H20，可溶性铝盐为AlCl3 · 6H20。步骤(I)中所述的Na0H/Na2C03溶液的pH值为12 14。步骤(I)得到的Mg-Al-CO3 LDHs中Mg元素与Al元素的摩尔比为2:1。步骤(3)中所述MMO的添加量为聚酰胺6切片的f 4wt%。步骤(3)中所述真空干燥的温度为10(Tl30°C，时间为12 36h。步骤(4)中所述真空鼓风干燥的温度为10(Tl4(rC。步骤(4)中所述的熔融纺丝温度为265 290°C，速度为3500 8000m/min。步骤(4)中得到的远红外锦纶纤维的远红外法向发射率为87. 3%。本发明主要是向聚酰胺6中添加复合金属氧化物(mixed metal oxide,MM0),经共混造粒、熔融纺丝得到一种新型高效远红外锦纶纤维；本发明所选用的远红外添加剂是由层状双氢氧化物(LDHs)经40(T60(TC煅烧得到的ΜΜ0。本发明的镁铝复合氧化物，其组份主要包括MgO和Al2O3，不同于两者的简单混合物，这种复合氧化物是由LDHs前驱体煅烧制备而成，两种成分之间具有高度分散性和均匀性，克服了传统远红外陶瓷粉体存在的问题，提高了纤维制品的远红外发射率，当添加量为2wt%时，所制备的锦纶纤维经过IR-I型远红外发射率测量仪上测得其在8-14 μ m波段的远红外法向发射率为87. 3%。本发明采用镁铝LDHs经过高温煅烧得到高比表面积的镁铝MMO作为远红外添加齐U，与聚酰胺6共混熔融纺丝制得远红外锦纶纤維。所制备的镁铝LDHs比表面积高、煅烧后得到的MMO粒径小，分布较均匀。有益效果(I)本发明的制备エ艺简单，成本低廉，具有巨大的应用价值和广阔的市场前景，易于实现エ业化生产；(2)本发明以镁铝LDHs分解得到的镁铝MMO作为远红外添加剤，经共混、纺丝得到了ー种新型高效的远红外功能锦纶纤维，具有良好的力学性能和优异的远红外发射率，其远红外法向发射率为87. 3%，能促进人体血液循环、提高免疫力，具有优良的保暖、保健功效。·
图I. Mg-Al-CO3 LDHs 和 MMO 的 X 射线衍射图；图2. MMO的N2吸附-脱附等温曲线和孔径分布；图3.本发明的高效远红外锦纶纤维的制备エ艺流程图；图4.本发明的高效远红外锦纶纤维表面的扫描电镜照片。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进ー步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I室温下称取51g MgCl2 6H20和45g AlCl3 6H20，将两者加入到265 ml H2O中配成混合溶液，逐滴加入到Na0H/Na2C03溶液中(pH=14)，在90°C下晶化4h并抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs。将制备的Mg-Al-CO3 LDHs在500°C下煅烧4h得到MM0，称取IOkg聚酰胺6切片在真空烘箱里120°C干燥12h。将MMO按聚合物切片的2wt%加入到干燥好的聚酰胺6切片并混合均匀，在双螺杆挤出机里共混造粒得到远红外功能母粒。最終切片经过120°C真空鼓风干燥，并在双螺杆复合纺丝机上熔融纺丝得到远红外锦纶纤維，纺丝温度为275°C，纺丝速度为 3500m/min。图I为本实施例制备的Mg-Al-CO3 LDHs和镁铝复合氧化物MMO的X射线衍射图。从图中可以看出，经过煅烧后层状结构破坏，失去层间水分、碳酸根以及层间羟基，得到氧化镁和氧化铝分散高度均匀的粉体。实施例2室温下称取51g MgCl2 WH2C^P 45g AlCl3 *6H20，将两者加入到265ml H2O中配成混合溶液，逐滴加入到Na0H/Na2C03溶液中(pH=12)在80°C下晶化6h，并抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs。将共沉淀法制备的Mg-Al-CO3 LDHs在500°C下高温煅烧4h得到MM0，称取8kg聚酰胺6切片在真空烘箱里120°C干燥24h。将MMO按聚合物切片的3wt%加入到干燥好的聚酰胺6切片并混合均匀，在双螺杆挤出机里共混造粒得到远红外功能母粒。最终切片经过120°C真空鼓风干燥，并在双螺杆复合纺丝机上熔融纺丝得到远红外锦纶纤維，纺丝温度为265°C，纺丝速度为4000m/min。图2为本实施例制备的Mg-Al-CO3 LDHs经过高温煅烧得到的MMO的N2吸附-脱附等温曲线以及对应的孔径分布曲线，其比表面积为180m2/g。实施例3室温下称取51g MgCl2 WH2O和45g AlCl3 *6H20，将两者加入到265ml H2O中配成混合溶液，逐滴加入到Na0H/Na2C03溶液中(pH=14)，在80°C下晶化6h并抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs。将制备的Mg-Al-CO3 LDHs在400°C下高温煅烧5h得到MM0，称取IOkg聚酰胺6切片在真空烘箱里110°C干燥36h。将MMO按聚合物切片的3wt%加入到干燥好的聚酰胺6切片并混合均匀，在双螺杆挤出机里共混造粒得到远红外功能母粒。最終切片经过120°C真空鼓风干燥，并熔融纺丝得到远红外锦纶纤维，纺丝温度为280°C，纺丝速度为3500m/mino
图3为本实施例中新型高效远红外锦纶纤维的制备エ艺流程图，采用全造粒法制备远红外锦纶纤維。图4为本实验例中远红外锦纶纤维无油丝的SEM图，可以看出这种添加剂在纤维表面具有良好的分散性。实施例4室温下称取51g MgCl2 6H20和45g AlCl3 6H20，将两者加入到265ml H2O中配成混合溶液，逐滴加入到Na0H/Na2C03溶液中(pH=10)，在100°C下晶化2h并抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs。将制备的Mg-Al-CO3 LDHs在400°C下高温煅烧3h得到MM0，称取IOkg聚酰胺6切片在真空烘箱里110°C干燥24h。将MMO按聚合物切片的3wt%加入到干燥好的聚酰胺6切片并混合均匀，在双螺杆挤出机里共混造粒得到远红外功能母粒。最終切片经过120°C真空鼓风干燥，并熔融纺丝得到远红外锦纶纤维，纺丝温度为275°C，纺丝速度为 5000m/min。实施例5室温下称取51g MgCl2 WH2O和45g AlCl3 *6H20，将两者加入到265ml H2O中配成混合溶液，逐滴加入到Na0H/Na2C03溶液中(pH=10)，在90°C下晶化3h并抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs。将制备的Mg-Al-CO3 LDHs在600°C下高温煅烧4h得到MM0，称取IOkg聚酰胺6切片在真空烘箱里130°C干燥12h。将MMO按聚合物切片的3wt%加入到干燥好的聚酰胺6切片并混合均匀，在双螺杆挤出机里共混造粒得到远红外功能母粒。最終切片经过120°C真空鼓风干燥，并熔融纺丝得到远红外锦纶纤维，纺丝温度为265°C，纺丝速度为8000m/min。
权利要求
1.一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，包括 (1)将可溶性镁盐和可溶性铝盐配制成混合水溶液，然后逐滴加入到Na0H/Na2C03溶液中，然后在8(Tl00°C晶化2 6h，抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs ； (2)将上述Mg-Al-CO3LDHs经过40(T60(TC高温煅烧3 5h，得到MMO ； (3)将聚酰胺6切片真空干燥后，与上述MMO均匀混合，共混造粒得到远红外母粒切片; (4)将上述远红外母粒切片经过真空鼓风干燥，最后熔融纺丝得到远红外锦纶纤维。
2.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的可溶性镁盐为MgCl2 · 6H20，可溶性铝盐为AlCl3 · 6H20。
3.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的Na0H/Na2C03溶液的pH值为12 14。
4.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(I)得到的Mg-Al-CO3 LDHs中Mg元素与Al元素的摩尔比为2:1。
5.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(3)中 所述真空干燥的温度为10(Tl3(rC，时间为12 36h。
6.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述MMO的添加量为聚酰胺6切片的l 4wt%。
7.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述真空鼓风干燥的温度为io(Ti4(rc。
8.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的熔融纺丝的温度为265 290°C，速度为3500 8000m/min。
9.根据权利要求I所述的一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，其特征在于步骤(4)中得到的远红外锦纶纤维的远红外法向发射率为87. 3%。
全文摘要
本发明涉及一种高效远红外锦纶纤维的制备方法，包括(1)将可溶性镁盐和可溶性铝盐配制成混合水溶液，然后逐滴加入到NaOH/Na2CO3溶液中，晶化后抽滤、洗涤、烘干得到Mg-Al-CO3 LDHs；(2)将上述Mg-Al-CO3 LDHs经过高温煅烧，得到MMO；(3)将聚酰胺6切片干燥后，与上述MMO均匀混合，共混造粒得到远红外母粒切片；(4)将上述远红外母粒切片真空鼓风干燥，最后熔融纺丝得到远红外锦纶纤维。本发明的制备工艺简单，成本低廉；得到的远红外功能锦纶纤维，具有良好的力学性能和优异的远红外发射率，能促进人体血液循环、提高免疫力，具有优良的保暖、保健功效。
文档编号D01F1/10GK102776600SQ201210237910
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者刘将培, 宋明, 宗源, 张青红, 李细林, 毛新华, 王宏志, 肖茹, 陈欣, 顾莉琴, 黄建华 申请人:东华大学