一种多功能生物基呋喃聚酯纤维及其制备方法与流程

本发明涉及纺织，具体涉及一种多功能生物基呋喃聚酯纤维及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球对低碳循环经济的重视，生物基材料已成为其中的重要一环，而呋喃生物基材料可与大部分苯系材料应用场景对标的独特优势，成为国内外化工企业近年来的重点布局赛道及消费品牌的应用选择。其中，生物基聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)则是重点关注和研究一大方向，它具有与石油基pet相似的结构，其聚合单体2，5-呋喃二甲酸(fdca)是5-羟甲基2-呋喃甲醛(hmf)有机氧化得到，而hmf可以通过玉米、甜菜和秸秆等生物质原料经化学转化或生物发酵获得，相较于通过石油炼化-聚合得到pet更具有资源可再生上的优势。在力学性能方面，pef与pet相当，但拥有更优异阻隔性，此外pef的熔融温度在195-210℃明显低于pet的250-260℃，能极大减少加工能耗，被认为是pet最有潜力的替代者。如果在涤纶长丝市场pef能完全替代pet，每年可节省数千万吨的不可再生资源，并减少20-30mt二氧化碳的排放。

2、但如今人们对于生活品质的要求越来越高，单纯的生物基来源优势，相对目前早已成熟的涤纶聚酯产品，应用优势不够明显，而开发差异化多功能产品是进一步提升其亮点的重要方向，并且开发差异化多功能产品也是制约纺织服装行业发展的瓶颈。虽然目前对于生物基呋喃聚酯纤维取得了一些进展，但对于其功能性开发研究几乎没有，这将极大限制生物基纤维材料的应用场景。目前提高纤维及其编织物产品功能性的方法主要有三种，一是共聚法，指在聚合过程就加入功能成分参与化学反应，该方法虽然改性效果最好，但技术难度高，生产成本大；二是后处理法，指是在纤维或织物表面进行改性处理，但由于与织物表面结合力弱，功能成分极易在洗涤或摩擦后流失，导致功能降低甚至完全丧失；三是共混法，通过在熔融纺丝过程中加入功能母粒，该方式工艺简单，生产成本低，效果相对持久，但对母粒的品质要求高。

3、在开发多功能性产品时，由于不同改性剂同时添加使用，容易相互影响或发生团聚或发生反应，功能性降低，无法发挥综合功能性，同时传统的生产方法如改性剂添加种类和数量较多，纺丝难度大，容易飘丝断头，难以成纤。因此，研究一种功能性、机械性以及耐水洗性能优良的多功能生物基呋喃聚酯纤维及其制备方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的某种或某些技术问题，本技术的目的之一在于提供一种多功能生物基呋喃聚酯纤维，抗菌抗病毒效果好、辐射升温高且阻燃性好。

2、本技术的目的之二在于提供一种多功能生物基呋喃聚酯纤维的制备方法。

3、为解决上述现有的技术问题，本技术的目的之一采用如下技术方案实现：

4、一种多功能生物基呋喃聚酯纤维，其特征在于：包括重量百分比为10～15％的复合母粒以及重量百分比为85～90％的聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)，所述复合母粒的含水率为30～50ppm，所述聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)的含水率为40～60ppm。

5、该生物基纤维及其织物具有暖感、阻燃、抗菌、抗病毒等多重功能性，其织物与原织物对比，光照5～10min，温差高出15～20℃，远红外发射率大于98％，辐射升温大于3.0℃，克罗值大于0.5，传热系数大于18.0w/m2k，热阻小于0.05m2k/w，对大肠杆菌、金葡萄球、白念珠菌、肺炎杆菌的抑菌率均大于99.0％，对流感以及冠状病毒等具有较好的抗病毒效果，抗病毒活性值大于2.5，抗病毒活性率大于99.5％，阴燃时间和续燃时间均为0，损坏长度90～100mm，极限氧指数大于30％。

6、优选的，所述复合母粒包括重量百分比为40～70％的聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)、重量百分比为6.5～10.0％的光谱发热剂远红外发射剂纳米级氧化钼、重量百分比为1.5～5.0％的抗菌与抗病毒剂纳米级氧化锌和纳米级氧化亚铜、以及重量百分比为10.0～15.0％的阻燃剂三聚氰胺磷酸酯，所述聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)的含水率为23～27ppm，所述阻燃剂三聚氰胺磷酸酯的含水率为25～30ppm。

7、本技术的目的之二采用如下技术方案实现：

8、一种多功能生物基呋喃聚酯纤维的制备方法，所述制备方法的步骤包括：

9、s1、改性剂处理：准备无机改性剂和有机改性剂，然后对无机改性剂和有机改性剂进行表面修饰；

10、s2、复合母粒制取：将步骤s1中修饰后的无机改性剂和有机改性剂按照一定比例依次通过球磨法机械搅拌，并且使用聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)分别进行分层包覆处理，再添加到pef基体中熔融共混后制备出复合母粒；

11、s3、纤维制备：然后优化纺丝及加弹工艺制备出具有暖感阻燃抗菌多功能生物基呋喃聚酯纤维。

12、优选的，所述优化纺丝及加弹工艺包括：纺丝组件起始压力80～100kgf/cm2，由于呋喃聚酯相对于涤纶聚酯熔点低40-50℃，并且纤维取向结晶慢，需要降低加工速度和温度，因此，纺丝和假捻变形加工速度比现有的纤维速度低30～40％，纺丝温度、假捻变形温度、假捻定性温度比现有的纤维降低40～50℃。另外，提高上油量，有利于集束降低摩擦等，提高加工稳定性，故纺丝采用双道上油并且上油率提高40％，假捻变形加工过程上油提高10％。多重功能性复合母粒的添加量质量比占纤维总质量的10％～15％。

13、优选的，所述无机改性剂包括纳米二氧化钼、纳米氧化锌、纳米氧化亚铜。

14、优选的，所述有机改性剂包括三聚氰胺磷酸酯。

15、优选的，所述纳米二氧化钼、纳米氧化锌、纳米氧化亚铜的粉体平均粒径控制在100～400nm，该范围内的粒径，分散效果好，压滤值低于0.3mpa，可纺性好。

16、优选的，所述纳米氧化锌、纳米氧化亚铜、纳米二氧化钼、以及所述三聚氰胺磷酸酯质量比为1：1：2～5：3～7。

17、优选的，所述步骤s1中的无机改性剂表面修饰方法包括：采用球磨法机械搅拌的方式对纳米二氧化钼使用十二烷基苯磺酸表面活性剂表面修饰，采用球磨法机械搅拌的方式对纳米氧化锌以及纳米氧化亚铜使用硬脂酸复配体表面修饰。

18、优选的，所述三聚氰胺磷酸酯采用球磨法机械搅拌的方式使用旋喷等离子喷涂机进行arc3h5低温等离子表面修饰。

19、通过对无机改性剂和有机改性剂进行表面修饰后，可降低改性剂的表面电荷，提高分散性，为后续分层包覆，避免团聚，使多种改性剂均匀分布于基体中创造条件。

20、优选的，所述步骤s2中的所述聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)优先对所述无机改性剂的粉体进行包覆，且平均粒径小的无机改性剂的粉体优先包覆，有机改性剂的粉体最后包覆，有机改性剂的粉体按照热稳定性高低顺序包覆。

21、优选的，所述无机改性剂和有机改性剂经所述聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)包覆后，均匀分散在所述聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯中。

22、优选的，所述球石研磨机包覆温度为235～245℃，每一改性剂加入后包覆时间30～50min，在该包覆温度和加工时间范围内，能够使其分散充分且基体分解程度降低。

23、优选的，所述聚2，5呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)质量比占母粒总量的60～70％，各改性剂总量占母粒的20～40％，该占比既能保证功能性，又不增加复配母粒及纺丝的难度。

24、优选的，所述多功能生物基呋喃聚酯纤维的断裂强度≥2.5cn/dtex，断裂伸长率为15％～30％，符合大多数家纺或服装用纤维的织造要求。

25、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

26、采用纳米二氧化钼、纳米氧化锌、纳米氧化亚铜、三聚氰胺磷酸酯作为改性剂，然后对改性剂进行表面修饰，提高其分散性，再采用球磨法机械搅拌对上述各改性剂分次使用pef分层包覆，并按照一定比例添加到母粒中制备出具有暖感、阻燃、抗菌等多种功能性复合母粒，最后采用低温、低起始压力、低拉、双道上油等纺丝及假捻变形工艺制备具有暖感、阻燃、抗菌、抗病毒等多种复合功能性一体化的功能性呋喃聚酯纤维。其中纳米二氧化钼收到光照后电子运动轨道发生跃迁，从而发出热量，具有较好的光谱发热效果，同时纳米二氧化钼在常态下，还具有较好发射红外线的功能，因此还具有远红外保暖的效果，纳米氧化锌、纳米氧化亚铜均具有抗菌效果，二者的复合应用，再控制好添加比例，对冠状病毒和流感病毒具有较好的抗病毒效果，三聚氰胺磷酸酯具有很好的阻燃性能，因此采用包覆复合方法把其性能综合应用，可制得可纺性好功能性强的多重功能性复合母粒，选择并控制好纺丝工艺和假捻变形工艺，可以制备出使用性能好的光致发热、红外保暖、阻燃、抗菌等多种复合功能性纤维。本发明只需在现有设备进行生产工艺优化，无需设备改造即可生产，有利于拓展生物基聚酯纤维及其多功能产品的应用空间，丰富并优化服装面料的轻质化和防护性能，有着显著的经济效益和社会效益。