本發(fā)明涉及一種納米碳化鋯的有機(jī)化改性方法，以及含有該改性納米碳化鋯的吸光發(fā)熱錦綸的制備方法，屬于功能纖維材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：御寒保暖是服裝最主要的功能之一。傳統(tǒng)服裝材料主要通過(guò)控制人體與外界環(huán)境之間的熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射而起到御寒保暖作用。在外界環(huán)境溫度低于人體正常體溫時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)增加衣物的厚度來(lái)減少人體與外界環(huán)境之間的熱交換，從而維持人體的正常體溫。隨著人們對(duì)服裝時(shí)尚及美觀要求的日益提高，輕薄化已經(jīng)成為趨勢(shì)，尤其是冬季運(yùn)動(dòng)服裝，厚實(shí)臃腫的服裝不僅影響美觀，還影響其運(yùn)動(dòng)功能性。為了提高紡織材料的保溫效果，日本鐘紡公司、可樂(lè)麗公司、三菱人造絲公司以及天津工業(yè)大學(xué)等通過(guò)在聚酯、聚酰胺、聚丙烯或聚丙烯腈中混入具有高輻射率遠(yuǎn)紅外線的陶瓷微粉，制備了遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維。采用這類(lèi)纖維制成的面料，具有較好的保溫效果，但仍不能滿足冬季服裝既輕盈又保暖的要求。于是，又有研究開(kāi)發(fā)者致力于可從外部吸收能量的發(fā)熱纖維的開(kāi)發(fā)。例如，利用微導(dǎo)電材料通電后發(fā)熱的“東麗熱”纖維，以及利用鐵粉等材料被空氣中的氧氣氧化而發(fā)熱的化學(xué)反應(yīng)發(fā)熱纖維等。但是，采用這類(lèi)纖維制成的面料及服裝卻有穿著使用不便且耐久性差的缺憾。吸光發(fā)熱纖維是指能吸收太陽(yáng)光、燈光及各種光源中的可見(jiàn)光與近紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來(lái)的纖維?；瘜W(xué)元素周期表中第IV族過(guò)渡會(huì)屬元素的碳化物或氧化物，如碳化鋯(ZrC)、氧化鈦(TiO2)等，對(duì)可見(jiàn)光的吸收率高，受光照后輻射能力及發(fā)熱效果好。例如，日本泰薩特公司和尤尼吉卡公司通過(guò)在聚酰胺、聚酯中添加ZrC和金屬鋁粉，開(kāi)發(fā)成功商品名為Solar-α的陽(yáng)光蓄熱纖維，在陽(yáng)光照射下可以顯著提高服裝內(nèi)溫度達(dá)8℃。專(zhuān)利CN103132177A通過(guò)在聚酯纖維中在線添加1-8wt％的納米ZrC，制備了單絲細(xì)度為2-5dtex的吸光發(fā)熱纖維。由于納米材料比表面積大，表面能極高，在聚合物基體中極易團(tuán)聚，從而導(dǎo)致纖維可紡性差、產(chǎn)品性能下降，紡細(xì)旦纖維困難。為了獲得性能良好的纖維，需要使納米粒子均勻穩(wěn)定分散在聚合物基體中，保持納米材料的納米級(jí)粒度。專(zhuān)利CN103436976A通過(guò)對(duì)SiC、MgO、ZnO、Al2O3等納米粒子的有機(jī)化改性，提高了納米粒子在聚烯烴基體中的均勻穩(wěn)定分散性能，制得了力學(xué)性能增強(qiáng)的聚丙烯、聚乙烯復(fù)合纖維。專(zhuān)利CN103484959A公開(kāi)了一種用于纖維材料中的碳化鋯組合物及其制備方法，所述組合物包括碳化鋯、金屬氧化物及樹(shù)脂，該組合物可改善碳化鋯粉體表面的凹凸與尖銳外觀，及其在纖維中的分散，有利于后續(xù)加工。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的一個(gè)目的為了解決納米碳化鋯在成纖高聚物，尤其是成纖聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂中的均勻穩(wěn)定分散問(wèn)題，而提出的一種納米碳化鋯的有機(jī)化改性方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是將獲得的該改性納米碳化鋯應(yīng)用于錦綸的制備，以獲得具有吸光發(fā)熱特性的錦綸材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：第一步：按質(zhì)量計(jì)，在100份二丁醚中，加入20～25份粒徑為100-300nm的納米碳化鋯，室溫下研磨分散1h，制得納米碳化鋯分散液；第二步：在第一步所得分散液中加入三甲氧基氯硅烷(用量為納米碳化鋯的3～5wt％)，攪拌升溫至40℃，反應(yīng)1h；第三步：將第二步所得反應(yīng)液，經(jīng)噴霧干燥，得表面包覆三甲氧基硅的有機(jī)化改性納米碳化鋯。碳化鋯的X射線光電子能譜(XPS)圖(參見(jiàn)圖1)表明，由于碳化鋯在存儲(chǔ)過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化、水解反應(yīng)，其表面含有一定數(shù)量的-OH。這些-OH可以與三甲氧基氯硅烷發(fā)生取代反應(yīng)，從而在碳化鋯表面連接上三甲氧基硅基團(tuán)，其反應(yīng)歷程見(jiàn)附圖2。制得的改性納米碳化鋯與聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂共混，以制成錦綸材料，以獲得吸光發(fā)熱特性。制取該種錦綸材料的方法如下：先按質(zhì)量計(jì)，將制得的有機(jī)化改性納米碳化鋯12～18份與100份成纖用聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂摻混，經(jīng)螺桿擠出機(jī)熔融共混擠出、造粒，制得功能母粒；再將所制得的功能母粒與聚己內(nèi)酰胺切片共混，經(jīng)熔融、紡絲、拉伸、卷繞制得吸光發(fā)熱錦綸，功能母粒與聚己內(nèi)酰胺切片按20/80～10/90質(zhì)量比共混。有益效果(1)本發(fā)明所提供的納米碳化鋯的有機(jī)化改性方法，制備過(guò)程簡(jiǎn)便，易于工業(yè)化生產(chǎn)，表面有機(jī)包覆層完整，可有效改善納米碳化鋯在聚合物基體中的均勻穩(wěn)定分散性能。(2)本發(fā)明所提供的含有機(jī)化改性納米碳化鋯的吸光發(fā)熱錦綸的制備方法，可紡性好，可制備細(xì)旦纖維(單絲細(xì)度＜1.0dtex)，產(chǎn)品具有良好的物理機(jī)械性能，在較少的添加量下，即可獲得良好的吸光發(fā)熱性能。附圖說(shuō)明圖1為碳化鋯的X射線光電子能譜(XPS)圖；圖2為在碳化鋯表面連接上三甲氧基硅基團(tuán)的反應(yīng)過(guò)程；圖3為含有本發(fā)明碳化鋯的錦綸材料具有的吸光發(fā)熱性能測(cè)試結(jié)果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1第一步：按質(zhì)量計(jì)，在100份二丁醚中，加入20份粒徑為100～300nm的納米碳化鋯，采用臥式研磨機(jī)，室溫下研磨分散1h，制得納米碳化鋯分散液；第二步：將第一步所得分散液中移入反應(yīng)釜，加入三甲氧基氯硅烷(用量為納米碳化鋯的5wt％)，在攪拌條件下升溫至40℃，反應(yīng)1h；第三步：將第二步所得的反應(yīng)液，經(jīng)噴霧干燥機(jī)干燥。干燥工藝為進(jìn)料速率3.0～4.0kg/h、進(jìn)口風(fēng)溫度180～190℃、出口風(fēng)溫度90～100℃、排風(fēng)速率0.35～0.40m3/min、霧化壓強(qiáng)100～120kPa；第四步：按質(zhì)量計(jì)，將第三步所制得的有機(jī)化改性納米碳化鋯12份與100份聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂經(jīng)螺桿擠出機(jī)熔融共混擠出、造粒，制得功能母粒。共混工藝為螺桿轉(zhuǎn)速150rpm，各區(qū)溫度依次為210±3℃、250±3℃、245±3℃、235±3℃、180±3℃。第五步：按質(zhì)量計(jì)，將第四步所得的功能母粒10份與90份聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂共混，經(jīng)熔融、紡絲、拉伸、卷繞制得吸光發(fā)熱錦綸纖維，其性能指標(biāo)參見(jiàn)表1。紡絲工藝為螺桿轉(zhuǎn)速45r/min，螺桿擠壓機(jī)各區(qū)溫度依次為262±3℃、266±3℃、267±3℃、270±3℃、270±3℃，噴絲孔直徑0.18mm、孔數(shù)48，環(huán)吹風(fēng)溫度18±1℃、濕度95±2％、風(fēng)速0.40-0.45m/s，卷繞速度4290m/min。實(shí)施例2第一步：按質(zhì)量計(jì)，在100份二丁醚中，加入25份粒徑為100～300nm的納米碳化鋯，采用臥式研磨機(jī)，室溫下研磨分散1h，制得納米碳化鋯分散液；第二步：將第一步所得分散液移入反應(yīng)釜，加入三甲氧基氯硅烷(用量為納米碳化鋯的3wt％)，在攪拌條件下升溫至40℃，反應(yīng)1h；第三步：將第二步所得反應(yīng)液，經(jīng)噴霧干燥機(jī)干燥。干燥工藝為進(jìn)料速率3.0～4.0kg/h、進(jìn)口風(fēng)溫度180～190℃、出口風(fēng)溫度90～100℃、排風(fēng)速率0.35～0.40m3/min、霧化壓強(qiáng)100～120kPa；第四步：按質(zhì)量計(jì)，將第三步所制得的有機(jī)化改性納米碳化鋯18份與100份聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂經(jīng)螺桿擠出機(jī)熔融共混擠出、造粒，制得功能母粒。共混工藝為螺桿轉(zhuǎn)速150rpm，各區(qū)溫度依次為210±3℃、250±3℃、245±3℃、235±3℃、180±3℃。第五步：按質(zhì)量計(jì)，將第四步所得的功能母粒20份與80份聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂共混，經(jīng)熔融、紡絲、拉伸、卷繞制得吸光發(fā)熱錦綸纖維，其性能指標(biāo)參見(jiàn)表1。紡絲工藝為螺桿轉(zhuǎn)速45r/min，螺桿擠壓機(jī)各區(qū)溫度依次為262±3℃、266±3℃、267±3℃、270±3℃、270±3℃，噴絲孔直徑0.18mm、孔數(shù)48，環(huán)吹風(fēng)溫度18±1℃、濕度95±2％、風(fēng)速0.40-0.45m/s，卷繞速度4290m/min。表1吸光發(fā)熱錦綸主要性能指標(biāo)實(shí)施例1實(shí)施例2規(guī)格44.4dtex/48F44.4dtex/48F有機(jī)化納米碳化鋯含量(wt％)1.073.05％強(qiáng)度(cN/dtex)39.839.0斷裂伸長(zhǎng)率(％)43.842.1線密度CV值(％)1.081.12沸水收縮率(％)8.29.2將實(shí)施例1、實(shí)施例2所得纖維制成織物，織物規(guī)格：經(jīng)緯絲線密度44.4dtex，經(jīng)密740根/10cm、緯密560根/10cm，每平方米重量61g。將織物剪成50cm×50cm的試樣，在500W射燈下照射(照射距離50cm)，用紅外溫度傳感器(精度0.1℃)測(cè)定試樣中心部位的表面溫度，每5秒記錄一次溫度，計(jì)算試樣在20min內(nèi)的升溫值，并與同規(guī)格普通織物對(duì)比。各樣品的吸光發(fā)熱性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)附圖3，由圖可以看出，在相同的照射時(shí)間下，以實(shí)施例1、實(shí)施例2所得纖維所織成的織物，其表面溫度高于同規(guī)格普通織物，經(jīng)20min照射后，以實(shí)施例1、實(shí)施例2所得纖維所織成的織物，其表面溫度比同規(guī)格普通織物高6.3℃、7.1℃。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3