本发明属于纤维材料、塑料加工领域，具体涉及一种功能高分子材料制备方法。
背景技术：
目前功能材料制备的方法主要为共混改性和表面化学接枝改性两种，一种是共混改性方法，直接将功能性物质和高分子溶液或熔体进行成型，这种方法所制备的功能材料，其功能成分完全被埋入高分子材料内部，不仅发挥不了其功能效果，还需要消耗大量的功能物质，极大增加成本，甚至还会因为功能成分的混入造成成型的困难；第二种是表面接枝改性方法，通过辐照等方法，使表面产生自由基，然后将功能物质单体接枝到高分子材料表面，该方法制备过程复杂、可控性低、成本高，适用的功能物质非常有限。
可以看出传统高分子材料通过共混和表面化学接枝进行功能化的低功效、高成本的不足，本发明方法中功能物质的选用范围极广、利用率高、功效好、用量少，材料的制备工序短、效率高。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决传统高分子材料通过共混和表面化学接枝进行功能化的低功效、高成本的不足，提供了一种种功能高分子材料制备方法，本发明通过交变电场作用于功能物质微粒，使其物理嵌入到软化的高分子材料基材表面，并与高分子材料基材表面实现化学交联作用，待高分子材料基材固化后，即可获功能高分子材料。本发明方法中功能物质的选用范围极广、利用率高、功效好、用量少，材料的制备工序短、效率高，可广泛应用于纺织服装行业、塑料行业、环境治理和药物提取等领域。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：一种功能高分子材料制备方法，其步骤为：
（1）将功能物质微粒喷射到交变电场负极；
（2）交变电场作用于功能物质微粒，使功能物质微粒加速，形成高速运动、集中并受力动态平衡的功能物质微粒云；
（3）高分子材料基材的软化，并挤出成型；
（4）软化并挤出成型的高分子材料基材穿过功能物质微粒云；
（5）功能物质微粒云以物理撞击方式、从360°全方位物理嵌入到软化的挤出成型的且运动的高分子材料基材表面；
（6）功能物质微粒的交联基团在嵌入过程中与软化的高分子材料基材表面快速发生化学交联，从而实现化学交联和物理共混的双重作用；
（7）对软化挤出成型的高分子材料基材进行直接风吹冷却固化或拉伸后风吹冷却固化，最后得到功能高分子材料。
该步骤（1）中所述的功能物质微粒为一种物质、两种物质或两种以上物质的混合物，其形态包括固体粉体、熔体、液体和气体，至少一种所含交联基团起到化学交联作用；所述的固体粉体为金属粉体、金属氧化物粉体、无机粉体、有机物粉体，包括铁粉、铜粉、银粉、金粉、铝粉、不锈钢粉、合金粉、二氧化钛粉、二氧化硅粉体、二氧化锆粉体、偶联剂粉体、石英粉体、玻璃粉体、陶瓷粉体、氧化锌粉体、氧化锡粉体、硫粉、硫化锌、塑料粉体、聚酯树脂粉体、聚酰胺树脂粉体、聚丙烯树脂粉体、聚碳酸酯树脂粉体、聚氯乙烯树脂粉体、炭粉、聚四氟乙烯树脂粉体、偏氟乙烯树脂粉体、壳聚糖粉体、淀粉粉体、纤维素粉体、蛋白质粉体、导电粉体、蒙脱土粉体、膨润土粉体、硅藻土粉体、吸湿粉体、电磁效应粉体、荧光粉粉体、抗菌功能材料粉体、吸波功能材料粉体、冰爽吸能功能材料粉体、玉石粉、分子印迹功能材料粉体、硬脂酸钙、硬脂酸锌、固相萃取材料粉体，固体交联剂粉体、金属有机化合物、异丙醇铝、醋酸锌、乙酰丙酮钛，氮丙啶类、多功能聚碳化二亚胺类交联剂，粉体的粒径为50nm~10um；所述的熔体为有机物熔体、交联剂熔体、偶联剂熔体、高分子熔体，包括聚酯熔体、聚酰胺熔体、聚丙烯熔体，熔体中高分子的分子量为50~20000；所述的液体为有机物液体、高分子液体、交联剂液体、偶联剂液体、多异氰酸酯、四异氰酸酯、多元胺类、丙二胺、多元醇类、三羟甲基丙烷、缩水甘油醚、聚丙二醇缩水甘油醚、苯乙烯、a-甲基苯乙烯、乙二醛、有机硅类、正硅酸乙酯、三甲氧基硅烷、苯磺酸类、对甲苯磺酸、对甲苯磺酰氯、丙烯酸酯类、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸丁酯、有机过氧化物、过氧化二异丙苯、内交联剂、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆铝酸盐偶联剂、有机铬偶联剂，所述的溶液为高分子溶液、交联剂溶液、偶联剂溶液，包括壳聚糖溶液、纤维素溶液、淀粉溶液、丙烯酸溶液、丙烯酰胺溶液、聚乙烯亚胺溶液、马来酸酐溶液、聚马来酸，溶液的浓度为5%~30%；所述的气体包括水汽、氧气、氮气、氦气、氩气、氨气、二氧化碳、一氧化碳、氧化氮、二氧化硫、硫化氢。
该步骤（1）中所述的交变电场为电场方向和大小可变化的交流电场，电场变化频率为1 Hz~60 Hz，电压为0.5万伏~20万伏，优选1万伏~10万伏，控制电压大小来调节功能物质微粒嵌入高分子材料基材表面的深度。
该步骤（1）中所述的功能物质微粒喷射到交变电场的喷射频率为1 Hz~60 Hz，喷射频率和电场变化频率相同，喷射量为1 g/min~200 g/min或10 mL/min~200mL/min，优选为10 g/min~150 g/min或20 mL/min~150mL/mi，控制喷射量调节功能物质微粒在高分子材料基材表面的排列密度。
该步骤（3）中所述高分子材料基材的软化为高分子材料基材经过加热成熔体或经过溶剂溶解成溶液，溶体为基材为聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚乳酸、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯的至少一种；溶液的溶质为丙烯腈/丁二烯共聚物、纤维素、纤维素醋酯、壳聚糖、胶原、明胶、DNA、纤维蛋白原、纤维连接蛋白、尼龙、聚丙烯腈、聚氯苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚丙烯酸乙酯、聚乙基乙烯醋酯、聚（乙基-共-乙烯酯）、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚（乳酸共聚-乙醇酸）、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基苯乙烯、聚苯乙烯磺酸盐、聚苯乙烯磺酰氟、聚（苯乙烯-共-丙烯腈）、聚（苯乙烯-共-丁二烯）、聚（苯乙烯-共-二乙烯基苯）、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚苯胺、聚苯并咪唑、聚己内酯、聚碳酸酯、聚醚酮、聚乙烯、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚异戊二烯、聚丙交酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚氨基甲酸乙酯、聚乙烯基吡咯烷酮、蛋白质、蚕丝的至少一种。
该步骤（3）中的挤出成型为挤出形成纤维、实心棒或空心管。
该步骤（6）中所述化学交联为功能物质微粒所含的基团和高分子材料基材所含的基团通过氢键、离子键、化合键、共轭双键形成的交联。
该步骤（7）中所述的冷却固化为冷空气吹冷固化，拉伸后空气固化为先经过拉伸再用冷空气吹冷固化。
采用上述制备方法，功能物质的选用范围极广、利用率高、功效好、用量少，材料的制备工序短、效率高。
本发明所述功能纤维可广泛应用于纺织服装行业、塑料行业、环境治理和药物提取等领域。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明直接将功能物质微粒通过交变电场加速后，物理撞击方式嵌入高分子材料基材表面，使高分子材料基材表面和功能物质微粒通过物理嵌入和化学交联双重作用，既简化了制备工艺，又提高了功能物质的利用率和功效、减少用量，功能物质微粒使用量降低90%，而功效却提高了500%。
（2）本发明方法避免了传统共混挤出成型方法将功能物质完全包埋的不足，采用表面嵌入共混使功能物质最大限度发挥作用，而且不影响纺丝工艺，不影响基材的可纺性。
（3）本发明还避免了传统表面接枝改性方法制备过程复杂、可控性低、成本高、适用的功能物质非常有限等方面的不足，将交联基团和功能物质嵌入软化的基材表面后再实施交联，使交联反应更快速、高效和可控，制备工艺极其简单，推广容易。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但具体的实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。
实施例1
本实施例1所描述的为抗菌防螨吸湿涤纶纤维的制备，其具体的制备方法如下：
（1）将平均粒径为200 nm的硫化锌粉和锆铝酸盐偶联剂按照1：0.05的质量比混合，将该混合物质微粒以50 g/min的速度喷射到直流电场的负极上，电场电压为1万伏，正负极变化方向的频率为20 Hz，电场对硫化锌粉和丙烯酰胺单体混合物进行加速，当混合物高速运动到正负电极板的中间时，不断改变电极方向，使混合物在电极中间区域来回高速运动，形成集中的动态平衡的混合物微粒云；
（2）涤纶纺丝树脂经过熔融纺丝机的熔融区加热熔融，再从喷丝孔处挤出熔体，该熔体细流在重力作用下穿过两极板间的混合物微粒云中，混合物从360°全方位地高速撞击并嵌入熔体细流表面，同时混合物微粒携带电离的羟基、氧原子和锆铝酸盐偶联剂进入熔体并与熔体的涤纶分子实现化学交联反应，熔体细流再经过拉伸变细后，经过室温空气吹冷固化成纤维，最后制成了表面均匀嵌入了硫化锌粉的抗菌防螨吸湿涤纶纤维。
实施例2
本实施例2所描述的为虫草素分子印迹丙纶纤维的制备，其具体的制备方法如下：
（1）将平均粒径为700 nm的虫草素的分子印迹粉，将该分子印迹粉以60 g/min的速度喷射到直流电场的负极上，电场电压为5万伏，正负极变化方向的频率为40 Hz，电场对纳米虫草素分子印迹粉进行加速，当虫草素分子印迹粉高速运动到正负电极板的中间时，不断改变电极方向，使纳米虫草素分子印迹粉在电极中间区域来回高速运动，形成集中的动态平衡的纳米虫草素分子印迹粉云；
（2）丙纶纺丝树脂经过熔融纺丝机的熔融区加热熔融，再从喷丝孔处挤出熔体，该熔体细流在重力作用下穿过两极板间的纳米虫草素分子印迹粉云中，纳米虫草素分子印迹粉从360°全方位地高速撞击并嵌入熔体细流表面，同时纳米虫草素分子印迹粉携带电离的羟基、氧原子及分子印迹粉上功能基团进入熔体并与熔体的丙纶分子实现化学交联反应，熔体细流再经过拉伸变细后，经过室温空气吹冷固化成纤维，最后制成了表面均匀嵌入了纳米虫草素分子印迹粉的丙纶纤维，可用于虫草素药物的固相萃取。
实施例3
本实施例3所描述的为冰爽粘胶纤维的制备，其具体的制备方法如下：
（1）平均粒径为2 um的冰爽玉石粉和聚甲基硅氧烷偶联剂以1：0.01的质量比混合，将该混合物质微粒以150 g/min的速度喷射到直流电场的负极上，电场电压为10万伏，正负极变化方向的频率为50 Hz，电场对冰爽玉石粉粉进行加速，当冰爽玉石粉高速运动到正负电极板的中间时，不断改变电极方向，使冰爽玉石粉在电极中间区域来回高速运动，形成集中的动态平衡的纳米冰爽玉石粉云；
（2）纤维素纺丝溶液从喷丝孔处挤出溶液，该溶液细流在重力作用下穿过两极板间的纳米冰爽玉石粉云中，纳米冰爽玉石粉从360°全方位地高速撞击并嵌入纤维素纺丝溶液细流表面，同时纳米冰爽玉石粉携带电离的羟基、氧原子和偶联基团进入熔体并与液体的纤维素分子实现化学交联反应，液体细流经过拉伸变细后，再经过凝固液固化成纤维，最后制成了表面均匀嵌入了纳米冰爽玉石粉的粘胶纤维，可用于纺织服装上的冰爽面料开发。
实施例4
本实施例4所描述的为含胺基聚乳酸纤维的制备，该制备方法具体如下：
（1）将平均分子量为70的丙烯酰胺单体100mL液体中通入50mL交联改性用氨气，将该混合物质以20 mL/min的速度喷射到直流电场的负极上，电场电压为1万伏，正负极变化方向的频率为10 Hz，电场对丙烯酰胺和氨气混合物进行加速，当混合物高速运动到正负电极板的中间时，不断改变电极方向，使混合物在电极中间区域来回高速运动，形成集中的动态平衡的丙烯酰胺和氨气混合物云；
（2）聚乳酸纺丝树脂经过熔融纺丝机的熔融区加热熔融，再从喷丝孔处挤出熔体，该熔体细流在重力作用下穿过两极板间的混合物云中，混合物颗粒从360°全方位地高速撞击并嵌入熔体细流表面，同时混合物携带电离的羟基、氧原子和氨基进入熔体并与熔体的聚乳酸分子实现化学交联反应，熔体细流再经过拉伸变细后，经过室温空气吹冷固化成纤维，最后制成了表面均匀嵌入了丙烯酰胺和胺基的聚乳酸纤维。
实施例5
本实施例5所描述的为表面接枝壳聚糖的粘胶纤维的制备，其制备方法具体如下：
（1）将平均分子量为6000的壳聚糖的醋酸液体，将该混合物质以100 mL/min的速度喷射到直流电场的负极上，电场电压为5万伏，正负极变化方向的频率为30 Hz，电场对壳聚糖的醋酸液体微粒进行加速，当壳聚糖的醋酸液体微粒高速运动到正负电极板的中间时，不断改变电极方向，使壳聚糖的醋酸液体微粒在电极中间区域来回高速运动，形成集中的动态平衡的壳聚糖的醋酸液体微粒云；
（2）粘胶溶液从喷丝孔处挤出，该溶液细流在重力作用下穿过两极板间的壳聚糖的醋酸液体微粒云中，壳聚糖的醋酸液体颗粒从360°全方位地高速撞击并嵌入溶液细流表面，同时壳聚糖的醋酸液体微粒携带电离的羟基、氧原子进入溶液并与溶液的纤维素分子实现化学交联反应，溶液细流再经过拉伸变细后，经过凝固液固化成纤维，最后制成了表面均匀嵌入和接枝了壳聚糖的粘胶纤维。
实施例6
本实施例6所描述的为负载陶瓷粉耐磨导纱管的制备，其制备方法的具体如下：
（1）平均粒径为200 nm的陶瓷粉和硅烷偶联剂以1：0.02的质量比混合，将该混合物质微粒以150 g/min的速度喷射到直流电场的负极上，电场电压为10万伏，正负极变化方向的频率为50 Hz，电场对陶瓷粉进行加速，当陶瓷粉高速运动到正负电极板的中间时，不断改变电极方向，使纳米陶瓷粉在电极中间区域来回高速运动，形成集中的动态平衡的纳米陶瓷粉云；
（2）PVC树脂经过熔融纺丝机的熔融区加热熔融，再从喷管孔处挤出管状熔体，该管状熔体细流在重力作用下穿过两极板间的纳米陶瓷粉云中，纳米陶瓷粉从360°全方位地高速撞击并嵌入熔体细流管的内外表面，同时纳米陶瓷粉携带电离的羟基、氧原子和硅烷偶联剂进入熔体并与熔体的PVC分子实现化学交联反应，管状熔体细流再经过室温空气吹冷固化成PVC管，最后制成了管内外表面均匀嵌入了纳米陶瓷粉的PVC管。
实施例7
本实施例7所描述的为涤纶高导电纤维的制备，该涤纶高导电纤维由以纳米银粉嵌入涤纶导电纤维基材表面组成，该涤纶高导电纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）将平均粒径为200 nm的纳米银粉和聚酯低聚物熔体以质量比1：3混合，该混合物质微粒以10 g/min的速度喷射到直流电场的负极上，电场电压为3万伏，正负极变化方向的频率为10 Hz，电场对纳米银粉进行加速，当纳米银粉高速运动到正负电极板的中间时，不断改变电极方向，使纳米银粉在电极中间区域来回高速运动，形成集中的动态平衡的纳米银粉云；
（2）涤纶导电纤维基材选用涤纶纺丝树脂，涤纶纺丝树脂经过熔融纺丝机的熔融区加热熔融，再从喷丝孔处挤出熔体，该熔体细流在重力作用下穿过两极板间的纳米银粉云中，纳米银粉从360°全方位地高速撞击并嵌入熔体细流表面，同时纳米银粉携带电离的羟基、氧原子和聚酯低聚物熔体进入涤纶熔体并与熔融状态的涤纶分子实现化学交联反应，熔体细流再经过拉伸变细后，经过室温空气吹冷固化成纤维，最后制成了表面均匀嵌入了纳米银粉的涤纶导电纤维。