一種改性中空棉的用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于滌綸制品領(lǐng)域，具體涉及一種改性中空棉的用途。本申請是本申請人 (濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司）于2016年1月21日提交中國國家知識產(chǎn)權(quán)局的發(fā)明名稱為 "一種改性中空棉及其制備方法"的繼續(xù)申請。
【背景技術(shù)】
[0002] 滌綸是合成纖維中的一個重要品種，是我國聚酯纖維的商品名稱，它是以聚對苯 二甲酸乙二酯(PET)或聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)，經(jīng)紡絲和后處理制成的纖維。
[0003] 聚對苯二甲酸乙二酯(PET)是以聚對苯二甲酸(PTA)或?qū)Ρ蕉姿岫柞?DMT)和 乙二醇(EG)為原料經(jīng)酯化或酯交換和縮聚反應(yīng)而制得的成纖高聚物。聚對苯二甲酸丁二酯 (PBT)是以聚對苯二甲酸(PTA)或?qū)Ρ蕉姿岫柞?DMT)和1，4_ 丁二醇為原料經(jīng)酯化或酯 交換和縮聚反應(yīng)而制得的成纖高聚物。
[0004]滌綸是三大合成纖維中工藝最簡單的一種，價格也相對便宜，且其具有結(jié)實(shí)耐用、 彈性好、不易變形、耐腐蝕、絕緣、挺括、易洗快干等特點(diǎn)，為人們所喜愛。
[0005] 滌綸中空棉是由不同規(guī)格的滌綸超細(xì)纖維經(jīng)過特殊工藝生產(chǎn)制造，因質(zhì)似羽絨， 也有稱之為絲綿或者羽絨棉，廣泛應(yīng)用于羽絨棉服、羽絨棉褲、滑雪衫、防寒服，羽絨棉被， 汽車坐墊等多種保暖制品?，F(xiàn)有的滌綸中空棉的缺點(diǎn)是保暖性不高、不耐水洗、不夠輕便。
[0006] 石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度 的二維晶體，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料。將石 墨烯加入滌綸等基體中，有望能夠賦予滌綸新的性能，尤其是加入具有抑菌和低溫遠(yuǎn)紅外 功能的生物質(zhì)石墨烯，滌綸有希望具有抑菌和低溫遠(yuǎn)紅外功能。
[0007] 但石墨烯的固體狀態(tài)容易團(tuán)聚，形成較大的顆粒團(tuán)聚體，加入滌綸等基體中時，及 其不易分散均勻，極大地降低了滌綸等基體母粒的加工流動性，因而無法進(jìn)行紡絲工藝，無 法將石墨烯應(yīng)用在滌綸等基體材料中。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)為了能夠?qū)⑹┚鶆蚍稚?，常添加分散劑，但是分散劑對于材料具?劣化影響，如何尋找一種不需要添加分散劑的方法將石墨烯均勻摻雜在滌綸等基材中，充 分應(yīng)用石墨烯的性能（如保溫性能、低溫遠(yuǎn)紅外和抑菌的性能），是本領(lǐng)域一個亟待解決的 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)，提供一種將石墨烯摻雜在滌綸材料中，獲得具有保溫性能優(yōu)異、低 溫遠(yuǎn)紅外性能和抑菌性能的改性中空棉，本發(fā)明的目的在于利用改性中空棉用作保暖性產(chǎn) 品的填充物的用途，所述中空棉中摻雜有石墨烯。
[0010] 本發(fā)明所述保暖性產(chǎn)品選自被子、枕頭、靠墊、衣服、睡袋或帳篷。
[0011] 本發(fā)明所述衣服選自保暖襯衣、保暖內(nèi)衣、羽絨服、羽絨坎肩或羽絨褲。
[0012] 本發(fā)明所述被子、枕頭、靠墊、衣服、睡袋、帳篷，以及保暖襯衣、保暖內(nèi)衣或羽絨服 的制備方法參考本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中對應(yīng)產(chǎn)品的制備方法，本發(fā)明不做具體限定，甚至于可 以參考本領(lǐng)域通過未改性中空棉制備對應(yīng)產(chǎn)品的工藝。
[0013] 本發(fā)明所述"改性中空棉"通過摻雜石墨烯的形式獲得，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以稱 之為中空棉共混物、中空棉復(fù)合物、中空棉改性物、含有石墨烯的中空棉或含有石墨烯的改 性中空棉。
[0014] 本發(fā)明所述"摻雜"的意思是將石墨烯以各種本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的形式加 入中空棉中，典型但非限制性的可以通過分散在中空棉的表面，或者通過原位復(fù)合改性中 空棉的基材，或者與中空棉物理共混等。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以將"摻雜"替換為含有、包 括、分散、具有等。
[0015] 優(yōu)選地，所述石墨烯為生物質(zhì)石墨烯。
[0016] 所述生物質(zhì)石墨烯由生物質(zhì)制備得到;優(yōu)選所述生物質(zhì)石墨烯由生物質(zhì)得到的纖 維素制備得到。
[0017] 層數(shù)多于10層，厚度在100nm以內(nèi)碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，稱為石墨稀納米片 層；以生物質(zhì)為碳源制備的層數(shù)多于10層，厚度在l〇〇nm以內(nèi)碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)， 稱為生物質(zhì)石墨烯納米片層;層數(shù)為1~10層碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，稱為石墨烯；以 生物質(zhì)為碳源制備的層數(shù)為1~10層碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，稱為生物質(zhì)石墨烯。
[0018] 本發(fā)明所述石墨稀包括石墨稀納米片層和石墨稀，進(jìn)一步包括生物質(zhì)石墨稀納米 片層和生物質(zhì)石墨稀。
[0019] 本發(fā)明所述的石墨烯可通過不同制備方法得到，例如機(jī)械剝離法、外延生長法、化 學(xué)氣相沉淀法，石墨氧化還原法，還可以是通過對生物質(zhì)資源水熱碳化法，以及現(xiàn)有技術(shù)中 其他方法制備的石墨烯。但是，無論哪種方法都很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備得到嚴(yán)格意義理論上 的石墨烯，例如現(xiàn)有技術(shù)制備得到的石墨烯中會存在某些雜質(zhì)元素、碳元素的其他同素異 形體或?qū)訑?shù)非單層甚至多層的石墨烯結(jié)構(gòu)(例如3層、5層、10層、20層等），本發(fā)明所利用的 石墨烯也包括上述非嚴(yán)格意義理論上的石墨烯。
[0020] 優(yōu)選地，所述生物質(zhì)選自農(nóng)林廢棄物和/或植物中的任意1種或至少2種的組合。 [0021 ]優(yōu)選地，所述植物為針葉木或闊葉木中的任意1種或至少2種的組合。
[0022]優(yōu)選地，所述農(nóng)林廢棄物為玉米桿、玉米芯、高粱桿、甜菜渣、甘蔗渣、糠醛渣、木糖 渣、木肩、棉桿、果殼、和蘆葦中的任意1種或至少2種的組合。
[0023]優(yōu)選地，所述農(nóng)林廢棄物為玉米芯。
[0024] 除了上述對生物質(zhì)的列舉以外，本發(fā)明所述生物質(zhì)可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠獲 知的任何一種生物質(zhì)資源，本發(fā)明不再繼續(xù)贅述。
[0025] 本發(fā)明所述生物質(zhì)石墨烯是指以生物質(zhì)為碳源制備得到的石墨烯，具體的以生物 質(zhì)為碳源制備石墨烯的過程本領(lǐng)域已有報(bào)道，典型但非限制性的包括CN104724699A，本發(fā) 明不再贅述。
[0026] 優(yōu)選地，所述改性中空棉中石墨稀含量為0.2~10wt%，優(yōu)選0.3~8wt%，進(jìn)一步 優(yōu)選0.5~5wt%。
[0027] 示例性地，本發(fā)明所述改性中空棉中石墨烯含量為0.3wt %、0.6wt %、0.9wt %、 1. lwt % > 1.4wt % > 1.6wt % > 1.8wt % > 2 . lwt % > 2.4wt % > 2.5wt % > 2.8wt % > 3 . Owt % > 3.4wt% >3.6wt % >3.9wt% >4.2wt % >4.5wt% >4.9wt % >5.2wt% >5.8wt% >6.3wt%> 6·5wt%、6·6wt %、6·9wt%、7·3wt %、7·5wt%、7·9wt %、8·2wt%、8·8wt%、9·3wt%、 9 · 9wt% 等。
[0028] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的改性中空棉的遠(yuǎn)紅外檢測法向發(fā)射率大于0.85，例如0.87、 0·89、0·91、0·92、0·93 等，優(yōu)選大于 0.88。
[0029] 本發(fā)明提供的改性中空棉的保暖效果為：1kg本發(fā)明所述的改性中空棉的保暖效 果與2.5~3kg普通中孔棉的保暖效果相同，且在保證保暖效果的同時，透氣性良好。
[0030] 本發(fā)明所述的改性中空棉的制備方法，包括如下步驟：
[0031 ] (1)粉碎空白滌綸切片，得到空白滌綸切片顆粒；
[0032] (2)將石墨烯與空白滌綸切片顆粒混合，螺桿擠出，干燥后，得到含有石墨烯的滌 給母粒；
[0033] (3)將含有石墨烯的滌綸母粒與空白滌綸切片混合均勻；
[0034] (4)將所得物料進(jìn)行熔融紡絲，然后開松得到改性中空棉。
[0035]本發(fā)明采用物理方式分散固態(tài)石墨烯與滌綸基材中，獲得了均勻分散有石墨烯的 改性中空棉。具體地，本發(fā)明首先將空白的滌綸切片切碎，增大粗糙面，增加其附著石墨烯 的比表面積和摩擦力，提高石墨烯的分散性;之后將固態(tài)的石墨烯分散于空白的滌綸切片 顆粒中，螺桿擠出得到石墨烯復(fù)合滌綸母粒，在石墨烯復(fù)合滌綸母粒中，滌綸母粒作為石墨 烯的載體，將石墨烯進(jìn)行了初步分散;然后將負(fù)載有石墨烯的滌綸母粒按配方量與空白的 滌綸切片進(jìn)行物理混合，得到待紡絲的物料，在所述待紡絲的物料中，石墨烯實(shí)現(xiàn)了均勻分 散;最后按照常規(guī)的中空棉的制備工藝進(jìn)行熔融紡絲即可得到均勻摻雜有石墨烯的改性中 空棉，解決了現(xiàn)有技術(shù)石墨烯分散不均勻的技術(shù)問題，獲得了保溫性、透氣性、低溫遠(yuǎn)紅外 與抗菌性表現(xiàn)優(yōu)異的改性中空棉。
[0036] 本發(fā)明通過將容易團(tuán)聚的石墨烯顆粒分散在空白滌綸切片顆粒中實(shí)現(xiàn)初步分散， 之后將得到的母粒再次與空白滌綸切片混合，獲得分散均勻的待紡絲物料。
[0037] 本發(fā)明所述空白滌綸切片是指沒有添加功能性顆粒石墨烯的滌綸切片。
[0038]均勻分布是指:測量值在某一范圍中各處出現(xiàn)的機(jī)會一樣。對于本申請，所述分散 均勻是指，對于任意立方厘米的范圍內(nèi)，改性中空棉的石墨烯的含量相差不大。
[0039] 優(yōu)選地，所述空白滌纟侖切片顆粒的粒徑< 3mm，例如0. lmm、0.5mm、0.9mm、l .3mm、 1 · 8mm、2 · 2mm、2 · 5mm、2 · 8mm 等。
[0040] 優(yōu)選地，所述步驟（1)和步驟(3)所述的空白滌綸切片均各自獨(dú)立地為PET(聚對苯 二甲酸乙二酯)和/或PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯）。
[0041 ]優(yōu)選地，步驟(1)所述空白滌綸切片為PET。
[0042] 本發(fā)明對步驟(1)和步驟(3)所述的空白滌綸切片的選擇不做具體限定，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。但PET熔點(diǎn)為220°C左右，PBT熔點(diǎn)為270°C左右，從工藝 溫度的節(jié)能角度，本發(fā)明優(yōu)選第一空白滌綸切片為PET，第二空白滌綸切片為PET。
[0043] 優(yōu)選地，所述含有石墨烯的滌綸母粒中石墨烯含量為l_20wt%，例如2wt%、 4wt%、6wt%、8wt%、12wt%、15wt%、17wt%、19wt%等，優(yōu)選5_15wt%，最優(yōu)選6-lOwt%。
[0044] 優(yōu)選地，步驟(2)所述螺桿擠出的熔融溫度為230~270°C，例如235°C、240°C、244 °C、249°C、253°C、258°C、262°C、267°C 等，優(yōu)選240 ~260°C。
[0045] 優(yōu)選地，所述含有石墨稀的滌纟侖母粒的水分含量< 600ppm，例如50ppm、80ppm、 130卩。111、18(^。111、23(^。111、28(^。111、35(^。11