CN108193296A - 一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其特征在于，首先将竹子剪切、干燥、粉碎、碱处理、炭化及粉碎得到竹炭粉；再通过氯化铈和氯化锌水解沉积在纳米二氧化钛表面，得到表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛，采用偶联剂KH‑550表面处理，得到有机硅改性的抗紫外颗粒；然后将棉麻纤维热溶解得到纤维素溶液；最后混合分散，脱泡，得到一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料。本发明的竹炭纤维浆料经纺丝成型后的纤维成品不仅抗紫外效果佳且耐久性良好，而且抗菌防臭。
Description
技术领域
本发明属于纺织领域，具体涉及一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料及其制备方法。
背景技术
紫外线对纺织品易产生不良影响。蚕丝经紫外辐射后，其分子链主链及侧基中肽键基团的C-N键发生断裂，释放出CO、N2等气体，最终分解成氨基酸。高性能纤维在紫外辐射下也会发生不同程度性能下降，如聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维经紫外线照射后，其内部碳原子氧化成为CO、CO2等，且CO可进一步加速氧化。同时，聚合物中的氢原子被氧化成-COOH，继而双分子分解，产生自由基，袭击PBO大分子，使大分子化学结构破坏，并产生新自由基，进一步加速大分子链断裂，这使PBO纤维力学性能大幅下降。芳纶经紫外照射后，其内部-CONH-基团的C-N键发生断裂氧化形成-COOH，芳纶的拉伸横断面由原纤状的劈裂断面变为平整断面，表明紫外线使芳纶强度降低，脆性增加。
可见，紫外线可使天然纤维与合成纤维的韧性、强度等力学性能下降，纤维的抗紫外改性已成为重要的研究方向。抗紫外改性，即采用抗紫外助剂对纤维、纱线或织物进行改性，从而达到吸收或反射紫外线的目的。
目前，织物的抗紫外改性都是将抗紫外助剂均匀分散至涂层液中，然后将其整理到织物表面，再经烘干，在织物表面形成薄膜。此种方法改性的织物抗紫外的持久性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗紫外效果佳且耐久性良好的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其特征在于，首先将竹子剪切、干燥、粉碎、碱处理、炭化及粉碎得到竹炭粉；再通过氯化铈和氯化锌水解沉积在纳米二氧化钛表面，得到表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛，采用偶联剂KH-550表面处理，得到有机硅改性的抗紫外颗粒；然后将棉麻纤维热溶解得到纤维素溶液；最后混合分散，脱泡，得到一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料。
所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其特征在于，其由如下步骤制备而成：
（1）将竹子剪切成3-4cm的小段，在100-110℃的真空干燥箱中干燥6-8h，采用粉碎机粉碎，并过80-100目的筛，得到竹粉；在35-45℃的恒温水浴中，采用相当于竹粉重量份4-5倍的氢氧化钠水溶液恒温搅拌25-35h，过滤，烘干；置于550-650℃的炭化炉中，氮气氛围中恒温炭化40-50min，在迅速升温至750-850℃，继续恒温15-25min，冷却至室温，粉碎研磨并过200-250目筛，得到竹炭粉；
（2）以无水乙醇为溶剂制备纳米二氧化钛的悬浊液，并超声30-40min，开始磁力搅拌并升高温度至50-60℃，保持温度恒定，缓慢滴入氯化铈和氯化锌混合溶液，同时保持混合溶液的pH为8-9，滴加完毕后继续恒温磁力搅拌10-12h，对浆液进行洗涤、过滤、干燥、高温煅烧处理，即可得到表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛；其中氯化铈和氯化锌混合溶液中氯化铈和氯化锌质量比为1：6-8；纳米二氧化钛、无水乙醇和氯化锌质量比为1：12-15：0.6-0.8；
（3）将表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛超声分散在无水乙醇和去离子水8-9：1的质量比配置的混合溶液中，并在搅拌条件下加入偶联剂KH-550，升高温度至70-80℃，恒温磁力搅拌5-8h，经离心、洗涤、干燥、分碎后得到有机硅改性的抗紫外颗粒；其中表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛、无水乙醇和偶联剂KH-550的质量比为1：8-10：0.1-0.2。
（4）先将棉麻纤维剪切成1-2cm的小段，再和和氯化1-丁基-3-甲基咪唑一起加入到1，4-二氧六环中，80-90℃恒温搅拌反应20-24h，冷却至室温，过滤，得到纤维素溶液；其中棉麻纤维、氯化1-丁基-3-甲基咪唑和1，4-二氧六环的质量比为1：0.6-0.8：5-6；
（5）将竹炭粉、有机硅改性的抗紫外颗粒、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、OP-10加入到去离子水中，混合搅拌均匀，加入到纤维素溶液中，继续混合均匀，脱泡，得到抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料；其中竹炭粉、有机硅改性的抗紫外颗粒、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、OP-10、去离子水和纤维素溶液的质量比为1：0.6-0.8：0.06-0.08：0.03-0.04：0.03-0.04：5-6：20-25。
所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中氢氧化钠水溶液为25-35%的氢氧化钠水溶液。
所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中高温煅烧处理为400-450℃煅烧2-3h。
所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其特征在于，竹炭纤维浆料经静电纺丝成型，成型后的纤维丝条经牵伸和烘干制得竹炭纤维成品。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：
竹炭具有疏松多孔的结构，其分子细密多孔，质地坚硬，有很强的吸附能力，能净化空气、消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫；本发明将竹子经剪切、干燥、粉碎、碱处理、炭化及粉碎得到竹炭粉，加入到纤维浆料中，经纺丝得到的纤维成品，赋予了纤维成品优异的抗菌防臭功能；本发明通过氯化铈和氯化锌水解沉积在纳米二氧化钛表面并经洗涤、过滤、干燥、高温煅烧处理得到表面沉积包覆掺杂有铈的氧化锌；相比于单纯的纳米二氧化钛和氧化锌，表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛其折射率更低，而且降低了二氧化钛和氧化锌的光催化活性，其所吸收的紫外光主要用于电子能级跃迁，不会引发光催化，这使其成为理想的广谱无机紫外屏蔽材料；将表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛采用偶联剂KH-550处理，降低了纳米二氧化钛的表面掺铈氧化锌相互之间的强吸附作用，有利于有机硅改性的抗紫外颗粒在纤维浆料中的分散；将有机硅改性的抗紫外颗粒加入到纤维浆料中，经纺丝得到的纤维成品，抗紫外颗粒进入纤维的分子间，解决了目前纤维的抗紫外效果不佳且耐久性差的问题。本发明的竹炭纤维浆料经纺丝成型后的纤维成品不仅抗紫外效果佳且耐久性良好，而且抗菌防臭。
具体实施方式
本实施例的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其由如下步骤制备而成：
（1）将竹子剪切成3cm的小段，在110℃的真空干燥箱中干燥6h，采用粉碎机粉碎，并过100目的筛，得到竹粉；在45℃的恒温水浴中，采用相当于竹粉重量份5倍的氢氧化钠水溶液恒温搅拌35h，过滤，烘干；置于600℃的炭化炉中，氮气氛围中恒温炭化50min，在迅速升温至800℃，继续恒温20min，冷却至室温，粉碎研磨并过200目筛，得到竹炭粉；
（2）以无水乙醇为溶剂制备纳米二氧化钛的悬浊液，并超声40min，开始磁力搅拌并升高温度至60℃，保持温度恒定，缓慢滴入氯化铈和氯化锌混合溶液，同时保持混合溶液的pH为8-9，滴加完毕后继续恒温磁力搅拌12h，对浆液进行洗涤、过滤、干燥、高温煅烧处理，即可得到表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛；其中氯化铈和氯化锌混合溶液中氯化铈和氯化锌质量比为1：8；纳米二氧化钛、无水乙醇和氯化锌质量比为1：12：0.8；
（3）将表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛超声分散在无水乙醇和去离子水9：1的质量比配置的混合溶液中，并在搅拌条件下加入偶联剂KH-550，升高温度至80℃，恒温磁力搅拌8h，经离心、洗涤、干燥、分碎后得到有机硅改性的抗紫外颗粒；其中表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛、无水乙醇和偶联剂KH-550的质量比为1：10：0.2。
（4）先将棉麻纤维剪切成2cm的小段，再和和氯化1-丁基-3-甲基咪唑一起加入到1，4-二氧六环中，90℃恒温搅拌反应24h，冷却至室温，过滤，得到纤维素溶液；其中棉麻纤维、氯化1-丁基-3-甲基咪唑和1，4-二氧六环的质量比为1：0.6：6；
（5）将竹炭粉、有机硅改性的抗紫外颗粒、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、OP-10加入到去离子水中，混合搅拌均匀，加入到纤维素溶液中，继续混合均匀，脱泡，得到抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料；其中竹炭粉、有机硅改性的抗紫外颗粒、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、OP-10、去离子水和纤维素溶液的质量比为1：0.8：0.08：0.03：0.04：6：25。
本实施例的步骤（1）中氢氧化钠水溶液为30%的氢氧化钠水溶液。
所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中高温煅烧处理为450℃煅烧2.5h。
Claims (6)
1.一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其特征在于，首先将竹子剪切、干燥、粉碎、碱处理、炭化及粉碎得到竹炭粉；再通过氯化铈和氯化锌水解沉积在纳米二氧化钛表面，得到表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛，采用偶联剂KH-550表面处理，得到有机硅改性的抗紫外颗粒；然后将棉麻纤维热溶解得到纤维素溶液；最后混合分散，脱泡，得到一种抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料。
2.根据权利要求书1所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其特征在于，其由如下步骤制备而成：
（1）将竹子剪切成3-4cm的小段，在100-110℃的真空干燥箱中干燥6-8h，采用粉碎机粉碎，并过80-100目的筛，得到竹粉；在35-45℃的恒温水浴中，采用相当于竹粉重量份4-5倍的氢氧化钠水溶液恒温搅拌25-35h，过滤，烘干；置于550-650℃的炭化炉中，氮气氛围中恒温炭化40-50min，在迅速升温至750-850℃，继续恒温15-25min，冷却至室温，粉碎研磨并过200-250目筛，得到竹炭粉；
（2）以无水乙醇为溶剂制备纳米二氧化钛的悬浊液，并超声30-40min，开始磁力搅拌并升高温度至50-60℃，保持温度恒定，缓慢滴入氯化铈和氯化锌混合溶液，同时控制混合溶液的pH值保持恒定，滴加完毕后继续恒温磁力搅拌10-12h，对浆液进行洗涤、过滤、干燥、高温煅烧处理，即可得到表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛；其中氯化铈和氯化锌混合溶液中氯化铈和氯化锌质量比为1：6-8；纳米二氧化钛、无水乙醇和氯化锌质量比为1：12-15：0.6-0.8；
（3）将表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛超声分散在无水乙醇和去离子水8-9：1的质量比配置的混合溶液中，并在搅拌条件下加入偶联剂KH-550，升高温度至70-80℃，恒温磁力搅拌5-8h，经离心、洗涤、干燥、分碎后得到有机硅改性的抗紫外颗粒；其中表面包覆掺铈氧化锌的纳米二氧化钛、无水乙醇和偶联剂KH-550的质量比为1：8-10：0.1-0.2。
3.（4）先将棉麻纤维剪切成1-2cm的小段，再和和氯化1-丁基-3-甲基咪唑一起加入到1，4-二氧六环中，80-90℃恒温搅拌反应20-24h，冷却至室温，过滤，得到纤维素溶液；其中棉麻纤维、氯化1-丁基-3-甲基咪唑和1，4-二氧六环的质量比为1：0.6-0.8：5-6；
（5）将竹炭粉、有机硅改性的抗紫外颗粒、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、OP-10加入到去离子水中，混合搅拌均匀，加入到纤维素溶液中，继续混合均匀，脱泡，得到抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料；其中竹炭粉、有机硅改性的抗紫外颗粒、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、OP-10、去离子水和纤维素溶液的质量比为1：0.6-0.8：0.06-0.08：0.03-0.04：0.03-0.04：5-6：20-25。
4.根据权利要求书2所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中氢氧化钠水溶液为25-35%的氢氧化钠水溶液。
5.根据权利要求书2所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中高温煅烧处理为400-450℃煅烧2-3h。
6.根据权利要求书1所述的抗紫外线且抗菌防臭的竹炭纤维浆料，其特征在于，竹炭纤维浆料经静电纺丝成型，成型后的纤维丝条经牵伸和烘干制得竹炭纤维成品。
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