一种高耐磨弹性纤维及其制备方法与流程

本发明涉及服饰面料领域，具体涉及功能性纤维领域，特别涉及一种高耐磨弹性纤维及其制备方法。

背景技术：

1、随着人们生活水平的提高，人们对服饰面料品质的要求越来越高，健康、舒适等变成了现在人们穿衣的基本标准，时尚、健康、舒适休闲的服饰越老越受到消费者的青睐，服饰面料逐渐向高档化、多样化、功能化方向发展，纤维材料作为组成服饰面料的基本单元，各种功能性纤维的开发变得愈发重要。

2、在各种功能性纤维中，聚酯纤维不仅具有较高的强度，而且还具备优良的耐磨性、抗皱性、尺寸稳定性和弹性恢复能力，广泛用于服用、家纺等纺织领域。但是纯聚酯纤维产品吸湿性能较差，在干燥气候下容易积聚电荷形成静电，穿着和使用时产生静电，舒适感难于与天然棉纤维想媲美；聚酯材料本身不具备抗菌的特点，一些皮肤较为细嫩、敏感的使用人群对聚酯纤维面料可能会产生过敏性反应；并且聚酯纤维还存在产品易燃烧和染色不易等缺陷。

3、专利cn104805521b公开了一种具有抗菌功能的聚酯纤维的制备方法，该申请通过引入异氰酸酯改性的负离子粉，使纺丝得到的聚酯纤维具有永久抗菌的性能，但并未解决聚酯纤维易起静电以及难以染色的问题；专利cn102926023b公开了一种抗静电亲水聚酯纤维的制备方法，该申请通过加入山梨醇和聚乙二醇，改善了聚酯的亲水性能，从而使制备得到的聚酯纤维具有抗静电的性能，但并未提及聚酯纤维抗菌性不足的问题。

4、因此，市面上亟需一种高耐磨、高弹性以及具有抗菌性、防静电性能的纤维。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明选用对苯二甲酸和二元醇作为主要成分在催化剂的作用下合成聚酯主体，再加入防静电剂、胍基抗菌剂和阻燃剂制备合成了一种高耐磨弹性纤维，保证聚酯纤维材料高耐磨、高弹性的同时还解决了现有聚酯纤维易产生静电、抗菌性能不足以及易燃烧和不易染色的问题。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种高耐磨弹性纤维，按照重量份数计，包括以下原料：对苯二甲酸50-60份，二元醇80-90份，催化剂1-2份，防静电剂5-15份，胍基抗菌剂10-15份，阻燃剂1-4份。

4、在本发明的一些实施方案中，所述二元醇为乙二醇、丙二醇和丁二醇的混合物，质量比为1：(0.2-0.3)：(0.3-0.4)。

5、优选地，所述乙二醇、丙二醇和丁二醇的质量比为1：0.25：0.35。

6、对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，俗称涤纶，是目前最常用的一种聚酯纤维，主要采用对苯二甲酸和乙二醇直接酯化法进行合成，因具有加工简单且价格便宜的优点被广泛应用于服饰面料领域，但是pet的结构中分子排列紧密且缺少亲水基，使其染色性、吸湿性、抗静电性等均较差，申请人通过将丙二醇、丁二醇和乙二醇混合，再与对苯二甲酸进行酯化反应，合成的聚酯为pet、pbt和ptt的混合物，pbt为对苯二甲酸和丁二醇合成的，pbt的分子中比pet多2个-ch2，且pbt较大的亚甲基分子的主链结构呈螺旋状，使其具有类似锦纶的高耐磨性和高弹性，并且pbt的玻璃化温度仅为22℃，可以在无载体的情况下用分散染料进行常压下沸染，有效地提高了聚酯纤维的染色性；ptt为对苯二甲酸和丙二醇合成而成，ptt分子链上接有三个亚甲基单元，使其分子链之间会产生“奇碳效应”，进而使得ptt纤维具有如同线圈式弹簧一样的变形能力且回弹性优于pet和pbt，但丙二醇和丁二醇的成本均较高，申请人通过进一步地控制乙二醇、丙二醇和丁二醇之间的配比，使其耐磨、弹性、染色性提高的同时还具有较低的成本。

7、在本发明的一些实施方案中，所述催化剂为三氧化二锑、乙二醇锑和醋酸锑中的任一种。

8、优选地，所述催化剂为乙二醇锑。

9、聚酯的缩聚反应是一种增链反应，催化机理属于螯合配位，需要催化剂金属原子能提供空轨道，以便与羰基氧的孤对电子进行配位，以达到催化的目的，申请人选用催化活性高、副产物较少且价格便宜的锑系催化剂，并进一步地优选乙二醇锑，乙二醇锑作为乙二醇的络合物，使催化剂在聚酯缩聚过程中分散性提高，从而提高缩聚的效率。

10、在本发明的一些实施方案中，所述防静电剂的制备方法包括以下步骤：

11、(1)将十二烷基磺酸钠置于反应容器中，加入去离子水和无水乙醇，搅拌，得到混合溶液备用；

12、(2)取步骤(1)混合溶液，依次加入吡咯和0.2-0.4mol/l三氯化铁水溶液，搅拌，离心，洗涤，干燥，研磨后得到反应产物备用；

13、(3)将氧化石墨烯加入步骤(2)的反应产物中，加入硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水，再添加水杨酸调节ph至3-4，超声，加热，反应3-5h，即得到防静电剂。

14、优选地，所述防静电剂的制备方法包括以下步骤：

15、(1)将十二烷基磺酸钠置于反应容器中，加入去离子水和无水乙醇，搅拌，得到混合溶液备用；

16、(2)取步骤(1)混合溶液，依次加入吡咯和0.2-0.4mol/l三氯化铁水溶液，搅拌20-40min，离心，用无水乙醇和去离子水各洗涤三次，在50-70℃条件下干燥12-24h，研磨后得到反应产物备用；

17、(3)将氧化石墨烯加入步骤(2)的反应产物中，加入硅烷偶联剂kh560、无水乙醇和去离子水，再添加水杨酸调节ph至3-4，超声，加热，反应3-5h，即得到防静电剂。

18、在本发明的一些实施方案中，所述步骤(2)中使用的步骤(1)混合溶液、吡咯和三氯化铁水溶液的质量比为1：(0.15-0.25)：(1-3)；所述步骤(3)中，使用的步骤(2)的反应产物和氧化石墨烯的质量比为1：(0.02-0.04)。

19、优选地，所述步骤(2)中使用的步骤(1)混合溶液、吡咯和三氯化铁水溶液的质量比为1：0.2：2；所述步骤(3)中，使用的步骤(2)的反应产物和氧化石墨烯的质量比为1：0.03。

20、其中，氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为3-5μm。

21、本发明对所述氧化石墨烯的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于购自先丰纳米材料有限公司。

22、聚酯纤维具有结实耐用特点的同时常常伴随着静电的产生，人们经常使用碳黑等导电物质，通过化学物理等手段添加到纤维中，以防止静电的产生，聚苯胺、聚吡咯类导电聚合物也越来越受到人们的关注，但是导电聚合物主链为共轭结构，导致纤维存在加工成型困难的缺点，并且其热稳定性较差，不利于防静电效果的持续作用。一方面，申请人通过在聚吡咯中加入阴离子活性剂十二烷基磺酸钠，以促进聚吡咯在体系中的结合；另一方面，申请人通过引入氧化石墨烯，氧化石墨烯的层状结构以及润滑性，并且石墨烯和聚吡咯之间可以形成强大的π-π键相互作用，有利于氧化石墨烯填补聚吡咯分子间的细小带隙，从而增强聚吡咯共轭结构的完整性，提高整体的导电性，并且氧化石墨烯具有良好的亲水性能，可以提高聚酯纤维的吸湿性，从而进一步地提高其防静电性能；进一步地，申请人使用有机酸水杨酸调节ph至3-4，在促进氧化石墨烯包覆的同时水杨酸和合成聚吡咯时使用三氯化铁水溶液中的fe3+发生螯合作用，促进防静电剂整体稳定性的提高。

23、在本发明的一些实施方案中，所述胍基抗菌剂的结构式如下：

24、

25、胍是一种阳离子化合物，低分子胍通过影响细菌的生长分裂，使孢子萌发并产生呼吸，从而通过抑制细胞膨胀、瓦解细胞质和破坏细胞壁的方式杀死微生物，从而起到良好的抑菌效果，但是胍类抗菌剂存在有机类抗菌剂热稳定性较差的普遍缺陷，申请人合成了一种具有优良抗菌性能以及耐高温性能的新型抗菌剂胍基抗菌剂，一方面，该胍基抗菌剂具有双胍基结构，使其具有良好的抗菌性能；另一方面，该胍基抗菌剂具有偶氮基团，偶氮基团由-n＝n-键和两个苯环构成，具有良好的高温稳定性，从而使胍基抗菌剂具有良好的热稳定性，并且偶氮分子中的-n＝n-键具有较高的能量，可以吸收一定的能量，使其具有较高的反应活性，从而促进聚酯纤维的染色性；进一步地，该胍基抗菌剂结构中还含有具有良好亲水性的羧基基团，从而增加纤维的吸湿性，从而降低纤维产生静电的可能性。

26、在本发明的一些实施方案中，所述胍基抗菌剂的合成方法包括以下步骤：

27、①将双氰胺加入到异丙醇中，并向其中加入4-二甲苯偶氮苯-4-羧酸，在90-110℃条件下滴加浓盐酸，反应6-8h得到混合物备用；

28、②将步骤①得到的混合物进行蒸发后溶于甲醇，滤去不溶物，将剩余液体蒸发、重结晶、过滤即得到胍基抗菌剂。

29、其中，双氰胺和4-二甲苯偶氮苯-4-羧酸的反应摩尔比为1：(1-2.5)。

30、优选地，双氰胺和4-二甲苯偶氮苯-4-羧酸的反应摩尔比为1：1。

31、在本发明的一些实施方案中，所述阻燃剂为无卤阻燃剂。

32、优选地，所述阻燃剂为三聚磷酸脂或聚磷酸铵。

33、无卤阻燃剂不含cl、br等卤素元素，在生产、使用和处理的过程中都不会对环境造成污染，适合在聚酯纤维中使用。

34、本发明另一方面还提供了上述技术方案所述的高耐磨弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：

35、s1、将对苯二甲酸、二元醇加入反应釜中，在浓硫酸的催化作用下，氮气气氛中加压0.1-0.3mpa，180-260℃保温，反应6-8h，得到对苯二甲酸二元醇酯；

36、s2、将催化剂加入步骤s1得到的对苯二甲酸二元醇酯中，在240-270℃抽真空条件下，反应3-4h，得到聚酯备用；

37、s3、将防静电剂、胍基抗菌剂和阻燃剂依次加入步骤s2的聚酯中，在110-130℃混合搅拌20-40min，得到混合物备用；

38、s4、将步骤s3得到的混合物经挤出、熔融纺丝工艺即得到高耐磨弹性纤维。

39、在本发明的一些实施方案中，所述高耐磨弹性纤维的特性粘度为0.63-0.78dl/g。

40、优选地，所述高耐磨弹性纤维的特性粘度为0.72dl/g。

41、在本发明的一些实施方案中，所述熔融纺丝工艺的纺丝温度为270-290℃，纺丝速度为900-1100m/min。

42、优选地，所述熔融纺丝工艺的纺丝温度为280℃，纺丝速度为1000m/min。

43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

44、(1)本发明选用对苯二甲酸和二元醇作为主要成分合成聚酯，再加入防静电剂和胍基抗菌剂等制备合成了一种高耐磨弹性纤维，保证聚酯纤维材料高耐磨、高弹性的同时还解决了现有聚酯纤维易产生静电、抗菌性能不足以及易燃烧和不易染色的问题。

45、(2)本发明中对具有导电性的高分子聚合物进行十二烷基磺酸钠和氧化石墨烯改性，使抗静电剂在纤维体系中可以良好地结合，并增强其亲水性，从而使纤维具有良好的抗静电性。

46、(3)本发明合成了一种新型胍基抗菌剂，在提高纤维抗菌性的同时还具有良好的耐高温性能、亲水性能和易染色性。

47、(4)本发明所制备的纤维具有高耐磨、高弹性以及具有抗菌性、防静电性能，可广泛应用于功能性纤维领域，具有较好的商业应用价值。