CN107723833B - 一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚酯制备领域，公开了一种α‑纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，包括：（1）α‑纳米氧化铝的无定型氧化铝包覆：将α‑纳米氧化铝粉体分散于去离子水中搅拌，加热，调节pH，再滴加入硫酸铝溶液，同时用稀硫酸调节pH，滴加完后继续搅拌熟化，洗涤至中性后烘干；（2）α‑纳米氧化铝的聚乙二醇包覆：将粉体与水、聚乙二醇、分散剂混合后球磨，洗涤、烘干后得到改性α‑纳米氧化铝；（3）凉感聚酯纤维的制备。本发明采用改性α‑纳米氧化铝代替传统冰凉母粒，在聚酯熔体中分散性较好，纺丝过程中对于设备压力较小，得到的纤维凉感明显，并且具有一定的保健作用。
Description
技术领域
本发明涉及聚酯制备领域，尤其涉及一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法。
背景技术
聚酯纤维面料由于其良好的抗皱性、保形性，强度较高，挺括，并且制造成本较低，被广泛应用于服装领域。而由于消费理念的改变，人们对于夏季服装的要求已不仅仅满足于其外观的时尚性，更注重于其内在的凉爽舒适性。在这样的趋势下，凉感纤维应运而生。传统的凉感纤维通常选用天然云母、玉石粉体等作为添加剂，利用其优异的热传导能力及抗紫外性能，对常规聚酯纤维进行改性。
如申请号201110325475.4，201110325475.4，201710074517.9，将含有云母、玉石或珍珠等粉体的冰凉母粒与常规聚酯进行熔融共混纺丝，经十字形喷丝板喷出，得到十字形冰凉聚酯纤维，以其制成的服装面料具有良好的吸湿、凉爽功能。但由于云母、玉石、珍珠等均为天然材料，将其粉碎成纳米级较为困难，且容易发生团聚，在聚酯熔体中分散性相对较差，对于纺丝设备压力较大。
发明内容
为解决传统冰凉聚酯纤维在纺丝过程中对设备压力较大，凉感不明显等问题，本发明提供了一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，该改性方法较为简单。改性后的α-纳米氧化铝粉体在聚酯熔体中分散性较好，纺丝过程中对于设备压力较小，得到的纤维凉感明显，并且具有一定的保健作用。
本发明的具体技术方案为：一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）α-纳米氧化铝的无定型氧化铝包覆：
将α-纳米氧化铝粉体分散于去离子水中搅拌，加热，调节pH，再缓慢滴加入硫酸铝溶液，同时用稀硫酸调节pH，滴加完后继续搅拌熟化，洗涤至中性后烘干。
（2）α-纳米氧化铝的聚乙二醇包覆：
将步骤（1）制得的粉体与水、聚乙二醇、分散剂混合后球磨，洗涤、烘干后得到改性α-纳米氧化铝。
（3）凉感聚酯纤维的制备：
将对苯二甲酸、乙二醇、改性α-纳米氧化铝和助剂加入聚合釜中反应后经纺丝制成凉感聚酯纤维。
本发明采用α-纳米氧化铝粉体作为凉感聚酯纤维添加剂。由于α-纳米氧化铝粉体一般采用湿法烧结制备，粒径可以有效控制在纳米级，无需经过粉碎处理。对其进行表面处理后，可改善其在聚酯熔体中的分散性和界面相容性，纺丝过程对于设备压力较小。且α-纳米氧化铝是一种远红外发射材料，导热系数也极高，制得的α-纳米氧化铝型凉感聚酯纤维凉感明显，具有一定的保健作用。
在步骤（1）中，先以硫酸铝作为前驱体，对α-纳米氧化铝表面进行无定型氧化铝包覆，由于无定型氧化铝具有较高的比表面积，且表面含有大量的羟基，更容易发生接枝反应。
在步骤（2）中，对α-纳米氧化铝表面进一步包覆聚乙二醇，包覆聚乙二醇后，在后续聚合反应中能够减小α-纳米氧化铝在熔体中的空间位阻，与熔体的相容性更好，更易于分散。
作为优选，步骤（1）中，α-纳米氧化铝粉体分散于去离子水中后的质量分数为10-30%，硫酸铝溶液质量分数为5-20%，稀硫酸质量分数为5-25%，控制氧化铝包覆层与α-纳米氧化铝的质量比为1-5:100。
作为优选，选用市售α-纳米氧化铝，粒径在30-80 nm。
作为优选，步骤（1）中，初始pH调节至10-12，反应温度调节至60-90℃，硫酸铝溶液滴加完后pH调节至5-7，熟化时间为2-6 h。选用质量分数为5-25%氢氧化钠溶液进行调节pH。
作为优选，步骤（2）中，所述粉体与聚乙二醇的质量比为10-100:1，分散剂的添加量为粉体质量的0.5-5‰，分散剂为电荷改性剂，优选为六偏磷酸钠。
作为优选，步骤（2）中，球磨时间为0.5-5 h。
球磨时间不宜过长，球磨后经沉降去除团聚严重的颗粒。
作为优选，步骤（1）和（2）中，烘干方式选择真空干燥，温度选择50-90℃，干燥时间为12-24h。
作为优选，步骤（3）中，乙二醇和苯二甲酸的质量比为0.4-0.6:1，助剂使用量为乙二醇和苯二甲酸质量和的0.01-1%，改性α-纳米氧化铝的用量为乙二醇和苯二甲酸质量和的0.1-1%。
作为优选，步骤（3）中，所述助剂由催化剂和稳定剂组成，催化剂为乙二醇锑，稳定剂为磷酸三乙酯，催化剂与稳定剂的质量比为1-5:1。
作为优选，步骤（3）中，聚合釜中反应分为酯化阶段和缩聚阶段，酯化阶段加热温度为220-240℃，加热时间为60-120 min，缩聚阶段加热温度为270-290℃，加热时间为45-90min，缩聚阶段真空度为0-70 Pa。
作为优选，步骤（3）中，纺丝温度为260-290℃，纺丝速度为2800-3600 m/min。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
（1）制备方法简便。
（2）改性后的α-纳米氧化铝粉末团聚较少，在聚酯熔体中分散性好，对于纺丝设备压力较小。
（3）得到的纤维凉感明显，并且具有一定的保健作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
将10 g α-纳米氧化铝粉体分散于90 g水中，搅拌加热至70℃，10%氢氧化钠溶液调pH至10，缓慢滴加质量分数为10%的硫酸铝溶液和10%稀硫酸溶液，控制氧化铝包覆层与α-纳米氧化铝粉体的质量比为1%，滴加完后，用10%稀硫酸溶液调节pH至6，继续搅拌熟化3h，洗涤至中性，真空烘箱70℃干燥16 h。取无机包覆后的粉体8 g，聚乙二醇0.1 g，六偏磷酸钠20 mg，分散于50 g水中，湿法球磨2 h，沉降除去体系中大颗粒后，真空烘箱70℃干燥16 h，得到改性后的粉体1。
将精对苯二甲酸1660 g，乙二醇664 g、乙二醇锑15 g，磷酸三乙酯7 g，粉体14.65g加入聚合釜中反应。酯化阶段加热至240℃，加热时间60 min，缩聚阶段加热至270℃，加热时间90 min，真空度 50 Pa。在纺丝设备上纺丝，纺丝温度控制在290℃，纺速为3000m/min，得到凉感聚酯纤维1。
实施例2
将20 g α-纳米氧化铝粉体分散于80 g水中，搅拌加热至80℃，15% 氢氧化钠溶液调pH至11，缓慢滴加质量分数为15%的硫酸铝溶液和15%稀硫酸溶液，控制氧化铝包覆层与α-纳米氧化铝粉体的质量比为2%，滴加完后，用15%稀硫酸溶液调节pH至6，继续搅拌熟化4h，洗涤至中性，真空烘箱80℃干燥20 h。取无机包覆后的粉体15 g，聚乙二醇0.5 g，六偏磷酸钠50 mg，分散于85 g水中，湿法球磨3 h，沉降除去体系中大颗粒后，真空烘箱80℃干燥20 h，得到改性后的粉体2。
将精对苯二甲酸1660 g，乙二醇830 g、乙二醇锑2 g，磷酸三乙酯0.4 g，粉体212.45g加入聚合釜中反应。酯化阶段加热至220℃，加热时间80 min，缩聚阶段加热至280℃，加热时间80 min，真空度 60 Pa。在纺丝设备上纺丝，纺丝温度控制在280℃，纺速为3200 m/min，得到凉感聚酯纤维2。
实施例3
将30 g α-纳米氧化铝粉体分散于70 g水中，搅拌加热至90℃，20% 氢氧化钠溶液调pH至12，缓慢滴加质量分数为20%的硫酸铝溶液和20%稀硫酸溶液，控制氧化铝包覆层与α-纳米氧化铝粉体的质量比为3%，滴加完后，用20%稀硫酸溶液调节pH至7，继续搅拌熟化5h，洗涤至中性，真空烘箱80℃干燥24 h。取无机包覆后的粉体25 g，聚乙二醇0.25 g，六偏磷酸钠75 mg，分散于75 g水中，湿法球磨3 h，沉降除去体系中大颗粒后，真空烘箱80℃干燥24 h，得到改性后的粉体3。
将精对苯二甲酸1660 g，乙二醇996 g、乙二醇锑10 g，磷酸三乙酯4 g，粉体118.59 g加入聚合釜中反应。酯化阶段加热至230℃，加热时间120 min，缩聚阶段加热至290℃，加热时间90 min，真空度 70 Pa。在纺丝设备上纺丝，纺丝温度控制在280℃，纺速为3400 m/min，得到凉感聚酯纤维3。
对比例1
将1.9kg常规聚酯切片熔融纺丝，并以螺杆在线添加的方式加入100g市售冰凉云母母粒（云母含量20%），纺丝温度控制在280 ℃，纺速为3400 m/min，可纺性较差，几乎无法升头，组件压力上升较快。而将实施例3中聚合得到的切片（粉体在聚酯中的含量同样为1%）进行纺丝则可纺性较好，组件压力上升较慢。
实施例1-3制得的凉感聚酯纤维1-3，凉感较好且具有一定的远红外保健功能，长时间试验发现，纺丝稳定，断头较少。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）α-纳米氧化铝的无定型氧化铝包覆：
将α-纳米氧化铝粉体分散于去离子水中搅拌，加热，调节pH，再缓慢滴加入硫酸铝溶液，同时用稀硫酸调节pH，滴加完后继续搅拌熟化，洗涤至中性后烘干；控制氧化铝包覆层与α-纳米氧化铝的质量比为1-5:100；
（2）α-纳米氧化铝的聚乙二醇包覆：
将步骤（1）制得的粉体与水、聚乙二醇、分散剂混合后球磨，洗涤、烘干后得到改性α-纳米氧化铝；所述粉体与聚乙二醇的质量比为10-100:1；
（3）凉感聚酯纤维的制备：
将对苯二甲酸、乙二醇、改性α-纳米氧化铝和助剂加入聚合釜中反应后经纺丝制成凉感聚酯纤维。
2.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，α-纳米氧化铝粉体分散于去离子水中后的质量分数为10-30%，硫酸铝溶液质量分数为5-20%，稀硫酸质量分数为5-25%。
3.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，初始pH调节至10-12，反应温度调节至60-90℃，硫酸铝溶液滴加完后pH调节至5-7，熟化时间为2-6 h。
4.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，分散剂的添加量为粉体质量的0.5-5‰，分散剂为电荷改性剂。
5.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，球磨时间为0.5-5 h。
6.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中，烘干方式选择真空干燥，温度选择50-90℃，干燥时间为12-24h。
7.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，乙二醇和对苯二甲酸的质量比为0.4-0.6:1，助剂使用量为乙二醇和对苯二甲酸质量和的0.01-1%，改性α-纳米氧化铝的用量为乙二醇和对苯二甲酸质量和的0.1-1%。
8.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述助剂由催化剂和稳定剂组成，催化剂为乙二醇锑，稳定剂为磷酸三乙酯，催化剂与稳定剂的质量比为1-5:1。
9.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，聚合釜中反应分为酯化阶段和缩聚阶段，酯化阶段加热温度为220-240℃，加热时间为60-120 min，缩聚阶段加热温度为270-290℃，加热时间为45-90min，缩聚阶段真空度为0-70 Pa。
10.如权利要求1所述的一种α-纳米氧化铝改性的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，纺丝温度为260-290℃，纺丝速度为2800-3600 m/min。
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