一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维及其制备方法。

背景技术：

1、金属有机框架材料(mofs)是一类由金属离子或金属原子簇和有机配体组装形成的多孔材料，在催化、气体吸附和分离、传感检测、能源储备以及生物医学等领域有着广泛的应用。近年来，mofs及其衍生物在阻燃和抗菌领域均显示出独特的优势。申请公布号为cn109320910a的中国发明专利公开了一种金属有机框架结构包裹聚磷酸铵阻燃剂的制备方法，该发明采用金属有机框架结构将聚磷酸铵的活性点封闭，既可以有效降低材料的极性和亲水性，提高其与有机高分子聚合物的相容性和分散性，同时具有催化成炭作用，提高聚磷酸铵的阻燃效率。申请公布号为cn109820000a的中国发明专利公开了一种mofs载纳米银抗菌材料的制备方法，该发明通过银纳米颗粒附载于mofs的表面、骨架及孔道中，避免银纳米颗粒的团聚，实现高效抗菌作用。

2、聚丙烯具有优异的综合性能且价格便宜，被广泛用于纺织服装、室内装潢、地板覆盖物、卫生医疗和汽车内饰等领域，是目前发展最快、产量最大、用途最广的五大通用塑料之一。但聚丙烯的极限氧指数(loi)较低，仅为18％左右，易于燃烧，且在燃烧过程中还会产生大量烟雾，给环境和人民生产财产带来巨大伤害。另外，随着生活水平的提高以及流感的推动，人们对健康生活和安全防护的要求越来越高，抗菌产品也越来越受欢迎。因此，对聚丙烯纤维及其相关产品进行阻燃抗菌性改性，制备具有阻燃抗菌功能一体化的复合纤维符合市场发展趋势，具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维及其制备方法，制备方法简单，制备得到的抗菌阻燃聚丙烯复合纤维具有优异的阻燃性能和抗菌性能。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

3、本发明的第一方面在于提供了一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维，包括以下原料：

4、聚丙烯90～92wt％、mofs@ceo22.0～6.0wt％、三聚氰胺硼酸盐2～6wt％。

5、结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述抗菌阻燃聚丙烯复合纤维包括以下原料：

6、聚丙烯92wt％、mofs@ceo24.0wt％、三聚氰胺硼酸盐4wt％。

7、结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述mofs@ceo2为金属有机框架材料与ceo2的复合物，所述金属有机框架材料与ceo2的摩尔比为1:2。

8、本发明的第二方面在于提供了一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

9、制备mofs@ceo2，将金属有机框架材料与ceo2混合搅拌均匀，置于球磨罐中，以100～200rpm转速球磨6～8h，筛分得到mofs@ceo2粉末；

10、熔融纺丝，取聚丙烯90～92wt％、mofs@ceo22.0～6.0wt％、三聚氰胺硼酸盐2～6wt％，置于螺杆转速为20～40hz、螺杆加热温度为200～230℃的双螺杆挤出机中熔融混合后，挤出进入温度为220～230℃、侧吹风风量为15～40m3/min的纺丝箱中纺丝，经上油系统上油和卷绕机牵伸卷装后得到抗菌阻燃聚丙烯复合纤维，上油率为2～6wt％，卷绕机转速为2000～4000rpm。

11、结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述金属有机框架材料的制备方法如下：

12、将可溶性硝酸盐加入去离子水中搅拌10～15min，记为溶液a；将2-甲基咪唑和naoh加入去离子水中搅拌10～15min，记为溶液b；在搅拌下将溶液b加入到溶液a中，然后在20～80℃下磁力搅拌30～60min后静置12～24h，收集沉淀并在60～100℃下干燥4～24h，得到金属有机框架材料。

13、结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述可溶性硝酸盐、2-甲基咪唑、naoh、去离子水的摩尔体积比为10mmol:20mmol:2.5mmol:60ml。

14、结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述可溶性金属盐为六水硝酸锌、六水硝酸钴、六水硝酸镍、九水硝酸铁中的一种。

15、结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述ceo2的制备方法如下：

16、分别称取六水硝酸铈和氢氧化钠混合，并超声分散在去离子水中室温下搅拌3～6h，得到紫色悬浮液；将所述紫色悬浮液以2000～8000rpm转速离心10～20min，收集沉淀，并用乙醇和去离子水分别洗涤3～5次，再将沉淀物在60～100℃烘箱中干燥12～24h，研磨成粉末，在500～800℃下焙烧3～6h，得到ceo2粉末。

17、结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述六水硝酸铈、氢氧化钠、去离子水的摩尔体积比为10mmol:160mmol:80ml。

18、结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述金属有机框架材料与ceo2的摩尔比为1:2。

19、本发明的抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的阻燃机理在于:(1)mofs中的金属离子中心可以在燃烧过程中催化成炭以形成致密保护层，其独特的多孔结构在燃烧初期可以吸附烟雾和有毒气体；(2)mb能促进材料在燃烧过程中形成p-o-c，b-o-p和c＝c等热稳定性结构以提高材料的热稳定性和成炭量，并形成致密的蜂窝状骨架结构以增加炭层致密性和膨胀度，达到阻燃和抑烟的目的。本发明的抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的抗菌机理在于：(1)mofs通过持续缓慢释放本征金属离子实现对细菌的持续杀灭；(2)ceo2在光照条件下被激发产生e-、h2o2、h+、·o2-和·oh等活性物质，这些活性物质与细菌接触时会改变细菌的结构，破坏细菌的胞内物质，起到抗菌和杀菌的作用。

20、本发明的抗菌阻燃聚丙烯复合纤维，具有优异的阻燃性能和抗菌性能，其极限氧指数能够达到30.6％，垂直燃烧测试(ul94)能够达到v-0级；对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均能达到99.9％以上，经洗涤100次后抑菌率仍达到98％以上。本发明的制备方法原料简单易得，操作步骤简单，可进行批量生产。

技术特征：

1.一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维，其特征在于，包括以下原料：

2.根据权利要求1所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维，其特征在于，所述抗菌阻燃聚丙烯复合纤维包括以下原料：

3.根据权利要求1或2所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维，其特征在于，所述mofs@ceo2为金属有机框架材料与ceo2的复合物，所述金属有机框架材料与ceo2的摩尔比为1:2。

4.一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述金属有机框架材料的制备方法如下：

6.根据权利要求5所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述可溶性硝酸盐、2-甲基咪唑、naoh、去离子水的摩尔体积比为10mmol:20mmol:2.5mmol:60ml。

7.根据权利要求4或5所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐为六水硝酸锌、六水硝酸钴、六水硝酸镍、九水硝酸铁中的一种。

8.根据权利要求4所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述ceo2的制备方法如下：

9.根据权利要求8所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述六水硝酸铈、氢氧化钠、去离子水的摩尔体积比为10mmol:160mmol:80ml。

10.根据权利要求4所述的一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述金属有机框架材料与ceo2的摩尔比为1:2。

技术总结
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种抗菌阻燃聚丙烯复合纤维及其制备方法，将金属有机框架材料与CeO<subgt;2</subgt;混合搅拌均匀，以100～200rpm转速球磨6～8h，筛分得到MOFs@CeO<subgt;2</subgt;粉末；取聚丙烯90～92wt％、MOFs@CeO<subgt;2</subgt;2.0～6.0wt％、三聚氰胺硼酸盐2～6wt％，置于转速为20～40Hz、加热温度为200～230℃的双螺杆挤出机中熔融混合，挤出进入温度为220～230℃、侧吹风风量为15～40m<supgt;3</supgt;/min的纺丝箱中纺丝，经上油系统上油和卷绕机牵伸卷装后得到抗菌阻燃聚丙烯复合纤维。本发明的抗菌阻燃聚丙烯复合纤具有优异的阻燃性能和抗菌性能，其极限氧指数能够达到30.6％，垂直燃烧测试(UL94)能够达到V‑0级；对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均能达到99.9％以上，经洗涤100次后抑菌率仍达到98％以上。

技术研发人员：丁佰锁,白雷,刘华丽,吴玉东
受保护的技术使用者：理工清科（重庆）先进材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15