專(zhuān)利名稱(chēng)：一種稀土熒光纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維制造技術(shù)，具體為一種利用閃蒸法制備稀土熒光纖維的方法。
背景技術(shù)：
稀土元素具有特殊的光電磁性質(zhì)，是研制開(kāi)發(fā)各種新型功能材料的“寶庫(kù)”正不斷 派生新的高科技產(chǎn)業(yè)。其中稀土元素的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域就是制備熒光材料。目前稀土熒 光纖維的制備方法主要是將納米稀土熒光材料粉體和聚合物混合均勻，然后通過(guò)造粒機(jī)進(jìn) 行造粒，再經(jīng)過(guò)紡絲機(jī)紡絲、拉伸機(jī)拉伸后得到稀土熒光纖維。此生產(chǎn)工藝步驟多，流程長(zhǎng)， 操作復(fù)雜，并且由于聚合物熔體粘度較大，稀土熒光材料一般為納米級(jí)顆粒，在造粒和紡絲 的過(guò)程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，使稀土熒光材料分散不均勻，從而降低熒光材料粉體的發(fā)光 效率，影響稀土熒光纖維的發(fā)光質(zhì)量和力學(xué)性能。閃蒸法制備纖維的方法是將成纖聚合物在高溫高壓條件下溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲兄?成聚合物溶液，該溶劑等于或低于其正常沸點(diǎn)時(shí)不能溶解該聚合物，紡絲時(shí)溶液通過(guò)噴絲 孔而降為常壓，由于壓力突然降低，溶劑急劇蒸發(fā)，引起聚合物高度原纖化而成為超細(xì)纖維 叢絲的方法。閃蒸制備超細(xì)纖維的一種公開(kāi)方法(參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利3，081，519和美國(guó)專(zhuān)利 3，227，794)是將紡絲溶液在高溫高壓下配制好以后送至供料管，然后經(jīng)減壓節(jié)流孔送入 減壓室，此時(shí)由于壓力降低，聚合物和溶劑產(chǎn)生相分離，但為了使溶劑不氣化，必須嚴(yán)格控 制減壓室的壓力。相分離后的紡絲溶液再經(jīng)過(guò)減壓，在低溫低壓的梯形紡絲頭噴出，此時(shí)溶 劑劇烈膨脹閃蒸氣化，溫度降低，聚合物被蒸汽流高倍拉伸固化，形成具有三維網(wǎng)狀的超細(xì) 纖維網(wǎng)狀叢絲。在申請(qǐng)人的檢索范圍內(nèi)，閃蒸紡絲方法只是用來(lái)做纖維，尤其是超細(xì)纖維， 尚未見(jiàn)有用來(lái)做發(fā)光功能纖維的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種稀土熒光纖維的制 備方法。該方法具有原料適應(yīng)廣，納米稀土熒光材料分散均勻，工藝簡(jiǎn)單，容易控制，產(chǎn)品質(zhì) 量好，便于工業(yè)化操作等特點(diǎn)。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種稀土熒光纖維的制備方法，采 用閃蒸法工藝，具體工藝過(guò)程是先把聚合物及納米稀土熒光材料按照每IOOg聚合物使用 0. 5-5g納米稀土熒光材料的質(zhì)量比例放入高壓釜內(nèi)混合均勻，再按照每IOg聚合物使用 50-200ml的比例加入溶劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍訜嵘郎?，并?50-350°C溫度和5_25MPa壓力 條件下，使聚合物充分溶解后，繼續(xù)攪拌10-30min，使聚合物和納米稀土發(fā)光材料在溶劑中 充分分散均勻和穩(wěn)定，然后打開(kāi)高壓釜放料控制閥門(mén)，使紡絲溶液從噴絲口噴出，形成的高 速氣流對(duì)固化的聚合物進(jìn)行高倍拉伸，納米稀土熒光材料被包裹在聚合物纖維內(nèi)部或鑲嵌 在聚合物纖維的表面，即制備出稀土熒光纖維；所述聚合物為聚烯烴，聚酯，聚砜或聚偏氟 乙烯；所述納米稀土熒光材料為三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2)R,粒徑為30-100nm ；所述溶劑為1，2-二氯乙烷、氯仿或環(huán)己烷。本發(fā)明稀土熒光纖維的制備方法特征是將納米稀土熒光材料添加到聚合物的稀 溶液中，由于體系粘度大大低于熔融共混時(shí)的粘度，使得納米稀土熒光材料能夠很均勻的 分散在溶液中，防止了納米稀土熒光材料的團(tuán)聚，同時(shí)由于聚合物也是均勻分散在溶液中， 從而能夠制備出發(fā)光效率高的稀土熒光纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法簡(jiǎn)化了制備稀 土熒光纖維的工藝和設(shè)備，降低了操作風(fēng)險(xiǎn)，減少了成本，并且工藝簡(jiǎn)單，容易控制，便于工 業(yè)化操作，同時(shí)也提高了稀土熒光纖維的發(fā)光效率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的稀土熒光纖維(簡(jiǎn)稱(chēng)纖維)的制備方法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)方法)，采用 閃蒸法工藝，具體工藝過(guò)程是先把聚合物及納米稀土熒光材料按照每IOOg聚合物使用 0. 5-5g納米稀土熒光材料的質(zhì)量比例混合均勻，放入高壓釜內(nèi)，然后按照每IOg聚合物使 用50-200ml的比例加入溶劑，充分?jǐn)嚢杈鶆?，加熱升溫，并?50-350°C溫度和5_25MPa壓 力條件下，使聚合物充分溶解，繼續(xù)攪拌10-30min，使聚合物和納米稀土發(fā)光材料在溶劑中 分散均勻，并穩(wěn)定一段時(shí)間，然后打開(kāi)高壓釜放料控制閥門(mén)，使紡絲溶液從噴絲口噴出，此 時(shí)由于溶劑的溫度大大高于沸點(diǎn)，在常壓下瞬間蒸發(fā)，形成的高速氣流對(duì)固化的聚合物進(jìn) 行高倍拉伸，納米稀土熒光材料就被包裹在聚合物纖維內(nèi)部或鑲嵌在聚合物纖維的表面， 即制備出稀土熒光纖維；所述聚合物為聚烯烴，聚酯，聚砜或聚偏氟乙烯；所述納米稀土熒 光材料為三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2)R,粒徑為30-100nm ；所述溶劑為1，2-二氯乙烷、氯 仿或環(huán)己烷。用稀土元素制備熒光材料的方法很多。本發(fā)明所述的三元有機(jī)稀土配合物 Ln2M1 (M2) R及其制備方法系現(xiàn)有技術(shù)(參見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利CN1803804A)稀土熒光材料的結(jié)構(gòu)式 為L(zhǎng)n2M1 (M2) R，式中以?xún)蓚€(gè)三價(jià)稀土離子Ln為中心離子，由Ml和M2兩種配體經(jīng)配合反應(yīng)而 獲得，具體組成如下Ln為稀土離子，Ml和M2為配體，R為配體溶劑。常規(guī)的稀土熒光纖維一般都是熔融紡絲方法制備，本發(fā)明采用閃蒸方法紡絲，由 于將納米稀土熒光材料直接分散在粘度很低的紡絲溶液中，使得納米稀土熒光材料在纖維 中分散良好，在本質(zhì)上解決了熔融共混中納米顆粒團(tuán)聚的問(wèn)題，同時(shí)省略了常規(guī)溶液紡絲 中造粒過(guò)程，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)設(shè)備，使操作更加簡(jiǎn)單。利用本發(fā)明方法可直接制得稀土熒光纖維。本發(fā)明方法所得的纖維直徑介于 200nm-5 μ m之間，均值1_3 μ m,纖維呈簇狀或絲帶狀，在波長(zhǎng)為325nm的紫外燈下，纖維的 發(fā)光性能良好。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。下面給出本發(fā)明方法的具體實(shí)施例。實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明方法的具體或進(jìn)一步說(shuō) 明，不限制本發(fā)明的權(quán)利要求。實(shí)施例1采用本發(fā)明方法制備聚乙烯稀土熒光纖維。將IOg聚乙烯和0. Ig三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2)R,粒徑為30nm，放入高壓釜 內(nèi)，加入IOOml的溶劑1、2_ 二氯乙烷，攪拌均勻，對(duì)高壓釜加熱加壓，在溫度200°C和壓力15MPa下，攪拌15min，使聚乙烯和三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2) R在1、2-二氯乙烷中分散 均勻。然后打開(kāi)高壓釜放料控制閥門(mén)，使紡絲溶液迅速?lài)姵?，溶劑瞬間汽化并對(duì)聚乙烯纖維 進(jìn)行高倍拉伸，在接受裝置上即可得到三維網(wǎng)狀聚乙烯稀土熒光纖維。經(jīng)檢驗(yàn)，本實(shí)施例所制備的聚乙烯稀土熒光纖維直徑介于500ηπι-5μπι之間，均值 1 μ m，纖維呈簇狀或絲帶狀，在波長(zhǎng)為325nm的紫外燈下，纖維的發(fā)光性能良好。實(shí)施例2 采用本發(fā)明方法制備聚酯稀土熒光纖維。將8g聚酯和0. 05g三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2)R,粒徑為lOOnm，放入高壓釜內(nèi)， 加入120ml的溶劑氯仿，攪拌均勻并對(duì)高壓釜加熱加壓。在溫度350°C和壓力20MPa下，攪 拌30min，使聚酯和三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2) R在氯仿中分散均勻，然后打開(kāi)高壓釜放 料控制閥門(mén)，使紡絲溶液迅速?lài)姵?，溶劑瞬間汽化并對(duì)聚酯纖維進(jìn)行高倍拉伸，在接受裝置 上即可得到三維網(wǎng)狀聚酯熒光纖維。經(jīng)檢驗(yàn)，本實(shí)施例所制備的聚酯熒光纖維直徑介于200ηπι-5μπι之間，均值 1.5 μ m，纖維呈簇狀或絲帶狀，在波長(zhǎng)為325nm的紫外燈下，纖維的發(fā)光性能良好。實(shí)施例3采用本發(fā)明方法制備聚偏氟乙烯稀土熒光纖維。將12g聚偏氟乙烯和0. 2g三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2) R，粒徑為50nm，放入高 壓釜內(nèi)，加入150ml的溶劑環(huán)己烷，攪拌均勻并對(duì)高壓釜加熱加壓。在溫度220°C和壓力 20MPa下，攪拌30min，使聚偏氟乙烯和三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1 (M2) R在環(huán)己烷中分散均 勻，然后打開(kāi)高壓釜放料控制閥門(mén)，使紡絲溶液迅速?lài)姵觯軇┧查g汽化并對(duì)聚偏氟乙烯纖 維進(jìn)行常規(guī)高倍拉伸，在接受裝置上即可得到三維網(wǎng)狀聚偏氟乙烯熒光纖維。經(jīng)檢驗(yàn)，本實(shí)施例所制備的聚偏氟乙烯熒光纖維直徑介于800nm-5 μ m之間，均值 3 μ m，纖維呈簇狀或絲帶狀，在波長(zhǎng)為325nm的紫外燈下，纖維的發(fā)光性能良好。
權(quán)利要求
一種稀土熒光纖維的制備方法，采用閃蒸法工藝，具體工藝過(guò)程是先把聚合物及納米稀土熒光材料按照每100g聚合物使用0.5-5g納米稀土熒光材料的質(zhì)量比例放入高壓釜內(nèi)混合均勻，然后按照每10g聚合物使用50-200ml的比例加入溶劑，充分?jǐn)嚢杈鶆?，加熱升溫，并?50-350℃溫度和5-25MPa壓力條件下，使聚合物充分溶解后，繼續(xù)攪拌10-30min，使聚合物和納米稀土發(fā)光材料在溶劑中充分分散均勻和穩(wěn)定，然后打開(kāi)高壓釜放料控制閥門(mén)，使紡絲溶液從噴絲口噴出，形成的高速氣流對(duì)固化的聚合物進(jìn)行高倍拉伸，納米稀土熒光材料被包裹在聚合物纖維內(nèi)部或鑲嵌在聚合物纖維的表面，即制備出稀土熒光纖維；所述聚合物為聚烯烴，聚酯，聚砜或聚偏氟乙烯；所述納米稀土熒光材料為三元有機(jī)稀土配合物L(fēng)n2M1(M2)R，粒徑為30-100nm；所述溶劑為1，2-二氯乙烷、氯仿或環(huán)己烷。
2.—種稀土熒光纖維，其特征在于該纖維由權(quán)利要求1所述稀土熒光纖維的制備方法 制得，纖維直徑介于200nm-5 μ m之間，均值為1_3 μ m,纖維呈簇狀或絲帶狀。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種稀土熒光纖維的制備方法，采用閃蒸法工藝先把聚合物及納米稀土熒光材料按照每100g聚合物使用0.5-5g納米稀土熒光材料的質(zhì)量比放入高壓釜內(nèi)混均，再按照每10g聚合物使用50-200ml的比例加入溶劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍訜嵘郎?，并?50-350℃溫度和5-25MPa壓力下，使聚合物充分溶解后，繼續(xù)攪拌10-30min，然后打開(kāi)高壓釜放料控制閥門(mén)，使紡絲溶液從噴絲口噴出，高速氣流對(duì)固化聚合物高倍拉伸后，即制備出稀土熒光纖維；聚合物為聚烯烴，聚酯，聚砜或聚偏氟乙烯；納米稀土熒光材料為L(zhǎng)n2M1(M2)R，粒徑30-100nm；溶劑為1，2-二氯乙烷、氯仿或環(huán)己烷。
文檔編號(hào)D01F6/46GK101838860SQ20101018003
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者夏磊, 程博聞, 西鵬 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)