[发明专利]一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法，属于纤维新材料技术领域。

背景技术

功能长丝是一种附加值高、功能性突出、用途广泛的新型材料。然而，功能长丝的制备技术较为复杂，设备要求高，工序繁杂，需要较高水平的技术人员。我国在功能长丝领域落后于发达国家，不仅体现在工程技术和设备上，更体现在功能长丝制备方法的创新上，导致在一些高科技尖端技术领域受制于国外。因此，发展功能长丝的新型制备方法和技术手段具有重要的战略意义和经济价值。

功能纳米粒子是指具有单一或多种功能性的纳米粒子，包括碳纳米管、石墨烯、炭黑、二氧化钛、二氧化锌、铁粒子、四氧化三铁、三氧化二铝、银粒子等等。这些功能纳米粒子具有导电、导磁、抗菌、抗紫外、自催化、隔热等多种功能。目前，将功能纳米粒子与聚合物进行共混纺丝制备功能长丝是最为常见的方法和技术，共混纺丝包括湿法共混纺丝和熔融共混纺丝。湿法共混纺丝主要针对聚乙烯醇基产品，但由于聚乙烯醇本身的环保、降解和湿热稳定性等问题，其规模化应用受到极大的限制。熔融共混纺丝主要针对涤纶、锦纶、丙纶或乙纶基产品，由于熔融共混纺丝工艺简单、占地小，采用该方法制备的功能长丝已经有商品在市场上销售，但是采用该方法制备功能长丝也遇到了如下几个的问题：一、功能纳米粒子的分散性问题，功能纳米粒子由于其纳米尺寸效应，导致其在熔融共混纺丝过程中不易分散，不仅影响产品的性能，还增加了加工设备的损耗；二、功能纳米粒子的包覆性问题，在熔融共混纺丝过程中，功能纳米粒子容易被聚合物基体包覆，导致共混长丝无法体现出功能纳米粒子的功能性，如：抗菌性、导电性等；三、功能纳米粒子的填充量较低，较低的填充量无法实现功能长丝功能性能的最大化，而较高的填充量势必影响聚合物长丝的力学性能，导致其不具备使用价值。这些问题导致熔融共混纺丝方法制备的功能长丝无法在其功能性上实现进一步的提升，需要新的技术和方法来提高功能长丝的功能性。针对如上所述的难题我们采用一种聚合物长丝表面复合的方法在聚合物长丝表面复合功能纳米粒子/热塑性聚氨酯改性层，实现聚合物长丝表面的功能化。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种可以有效解决功能纳米粒子的分散性问题、功能纳米粒子的包覆性问题、功能纳米粒子的填充量较低等问题的聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法，为满足本发明目的的解决方案是：

一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法采用以下步骤： 

A 功能纳米粒子表面的蛋白化改性       

采用超声波将功能纳米粒子分散在质量分数为0.5-2%的水溶性蛋白质水溶液中，功能纳米粒子与水溶性蛋白质水溶液的质量比为1:10-1:20，分散温度为50-60°C，分散1-3h后将分散溶液的温度降低至1-5°C，静止放置24-72h后经过离心机离心和干燥得到表面蛋白化的功能纳米粒子，离心机的离心速率为5000转/分钟，干燥温度为80°C；

B 共混溶液的制备

按如下质量百分比：

表面蛋白化的功能纳米粒子      1-16%

热塑性聚氨酯                  1-12%

二甲基甲酰胺                  72-98%

将经步骤A制备的表面蛋白化的功能纳米粒子放入二甲基甲酰胺中，采用超声波分散1-3h后，加入热塑性聚氨酯，在温度为25-35°C的条件下，采用机械搅拌使热塑性聚氨酯溶解，溶解3-5h后经过静止抽真空脱泡得到共混溶液，共混溶液的粘度为500-2000mPa·s，静止抽真空脱泡温度为25-35°C；

C 聚合物长丝表面复合共混溶液的形成与厚度的控制

将经步骤B制备的共混溶液在超声波震荡状态下升温至35-45°C，将聚合物长丝以50-400m/min的速率经过共混溶液和厚度控制模具上的导丝孔，得到表面复合共混溶液厚度为10-200μm的聚合物长丝，聚合物长丝经过共混溶液的距离为2-15cm；

D 聚合物长丝表面复合共混溶液的相转化初步成型

将经步骤C制备的表面复合共混溶液的聚合物长丝以50-400m/min的速率经过温度为60-85°C的去离子水后，得到表面复合共混溶液初步成型的聚合物长丝，表面复合共混溶液的聚合物长丝经过去离子水的距离为1-5cm；

E 聚合物长丝表面复合共混溶液的热固化成型