一种自分散纳米生物质炭及高浓度聚酯母粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种自分散纳米生物质炭及高浓度聚酯母粒的制备方法，将纳米生物质炭材料与双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯的水溶液或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物的水溶液混合后进行水热活化(水热活化的温度为150～250℃)，制得具有自分散效果的纳米生物质炭；将所述的具有自分散效果的纳米生物质炭与聚酯切片、抗氧剂注入双螺杆挤出机进行共混造粒，制得生物质炭含量为20～35wt％高浓度聚酯母粒。本发明专利技术通过炭化

【技术实现步骤摘要】
一种自分散纳米生物质炭及高浓度聚酯母粒的制备方法


[0001]本专利技术属于生物炭制备和聚酯制备
，涉及一种自分散纳米生物质炭及高浓度聚酯母粒的制备方法。

技术介绍

[0002]我国是农业大国，来自农业和林业的废弃物产量很大，我国仅农业秸秆产生量高达约8～10亿吨，大都采用焚烧处理，这样不仅造成环境污染，更是对资源的极大浪费，因此农业废弃物资源化利用迫在眉睫。热解是将生物质原料通过加热分解的方式转化为其它产品加以利用，实施较为简单，也利于大批量处理生物质原料，是解决上述农林废弃生物质原料的有效方法之一。生物质炭材料的原料来源非常广泛，包括竹子、玉米秸秆、稻壳、椰子壳、山核桃、香榧壳等在内的多样化的生物质材料被用于微孔碳的制备，炭材料的种类非常多。国内专利一种富碳磁性生物炭的制备方法(CN113634232)，一种高得率生物炭的制备方法(CN104371748)、磁性香榧果壳活性炭的制备方法(CN106698422)、一种咖啡渣生物炭及水中尿素的去除方法(CN113526648)等专利都介绍了生物质炭材料的制备方法，但大部分采用活化法，制备的生物质主要应用于吸附、环境领域，应用领域比较受限。近年来，随着生物炭行业的兴起，开始有研究人员逐渐将生物炭应用于聚酯化纤纺织领域。生物质炭在纺织中应用的途径基本上有三种：(1)适用于溶液纺丝体系的直接添加：在纺丝过程中将纳米级的生物质炭粉末直接加入纺丝溶液中，经湿法纺丝制成功能性纤维。该方法一般用于功能性粘胶纤维、纤维素纤维的制备。(2)后道整理涂覆法：将生物质炭粉体与功能助剂混合后，直接涂覆在织物表面，该方法制备的纺织品功能持久性较差，随着洗涤次数的增加，功能不断衰减。(3)适用于熔融纺丝体系的母粒添加：将生物质炭经过研磨成纳米级粉体后加入分散剂，与聚酯、聚酰胺等熔融共混，制备竹炭母粒，然后再与聚酯、聚酰胺切片熔融共混纺丝或复合纺丝，制备功能性聚酯、聚酰胺纤维。如申请公开专利CN103014907A中，将竹炭微粒采用硅进行表面处理，再和叶吩锰搅拌混合，然后与聚酯切片混合制成聚酯母粒，经共混纺丝制备成功能聚酯纤维。申请公开专利CN101857977A中提到了一种茶炭纤维的制备方法，直接将纳米级茶炭粉、树脂、助剂、着色剂和粘合剂简单共混制备母粒，然后再将母粒与切片共混纺丝制备负离子纤维。专利CN103820879介绍了一种含咖啡炭的亲水聚酯纤维及其制备方法，将纳米级二氧化硅粉体附着在纳米级咖啡炭粉体表面孔隙上制备复合粉体，再制成母粒与切片进行共混纺丝，碱洗制备功能聚酯纤维。专利CN102828274和专利CN10382087等都将生物质炭作为一种功能粉体，直接添加到树脂基体中进行共混制备成母粒，再与树脂切片进行共混纺丝。综合分析现有的技术可以看出，基本都是直接或采用硅烷偶联剂对生物质炭粉体进行简单表面处理后，与树脂基体进行共混。直接共混法，生物质炭表面能高，极易发生团聚，严重影响树脂的可纺性和功能效果发挥。采用硅烷偶联剂处理后，偶联剂包覆在生物质炭表面，能够初步提升其分散性，但硅烷偶联剂耐水解性较差，一般对含硅元素的填料比较有效，且比较适用于热固性树脂，添加后会增加树脂的刚性，因此在实际生产过程中，硅烷偶联剂对生物质炭材料的分散效果改善有限，且增加了树脂纤维
的刚性，使其手感变差，应用受限。
[0003]随着聚酯聚酯纤维产品多元化的需求，新型功能聚酯纤维材料的开发越来越急迫。目前，聚酯及纤维新产品开发的主要技术手段有共聚改性、共混改性与表面涂覆整理。共聚改性因其柔性化程度低、加工适应性差(同一条生产线只能生产同一品种)，普及程度较低。表面涂敷整理存在功能持久性问题，随着洗涤次数的增加，产品的功能性不断降低，该方法应用受限。母粒添加改性因其对设备要求低、品种切片灵活、功能效果持久，广受聚酯加工企业欢迎。作为功能载体的母粒，其品质(流动性、热稳定性、功能成份的分散性)成为影响纤维品种的关键因素。目前母粒的制备方法只有直接共混法，将聚酯基体与功能材料进行共混造粒得到功能母粒。专利CN108129808(一种纺丝用聚酯母粒及其生产工艺)，利用原生和再生聚酯切片为基体，添加增容剂、纳米无机填料溶胶和偶联剂等制备功能母粒，其中纳米无机粉体的含量为1～3％。专利CN110079059(亲水易去污的聚酯母粒及其制备方法)、CN107880500(一种银系抗菌聚酯母粒及其制备方法)等都是采用直接共混法，将功能材料与聚酯基体，在分散剂、抗氧剂、稳定剂的作用下进行共混分散。专利CN112724607(高含量高色素炭黑
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热塑性聚酯母粒及其制备方法)以聚酯为基体，对高色素炭黑采用臭氧或硝酸氧化改性提高其表面亲水性，再配合硅烷偶联剂进行修饰，以及自制特定结构分散剂提高色素炭黑在热塑性聚酯载体树脂中的分散性，结合密炼机和双螺杆挤出造粒工艺实现高黑度和高光泽的高色素炭黑
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热塑性聚酯母粒，该方法在一定程度上解决了炭黑的分散性，能够制备高含量的高色素炭黑母粒。但是该方法分散剂制备工艺流程复杂，且主要是通过将聚酯基体、炭黑、分散剂、偶联剂等物理共混，高剪切等进行增加炭黑的添加量和分散性，在将母粒与聚酯进行纺丝时，存在相容性和炭黑的进一步分散问题。专利CN109180923(一种高流动性耐污易染聚酯母粒及其制备)中采用具有支化结构的酸或酸酐和二元醇进行聚合改性，制得熔融指数低，具有高流动性的聚酯母粒，该母粒主要指针对阳离子可染改性，提高母粒的流动性和耐污性。专利CN106634060(一种油性自分散纳米炭黑的制备方法)和CN106634059(一种水性自分散纳米炭黑的制备方法)主要时通过在炭黑表面接枝硅烷偶联剂，再利用硅烷偶联剂上的基团与其它油性/水性单体共聚，在炭黑表面包覆一层具有分散和稳定作用的聚合物，从而实现在油性/水性溶剂中的自分散。该专利制备的自分散炭黑，主要是利用相似相溶原理，适用于低温、低浓度的溶液体系，对高温、高粘的高分子熔体体系并不适用。
[0004]因此，开发一种具有自分散效果的生物质炭及高浓度聚酯母粒具有重要的现实意义和应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种自分散纳米生物质炭及高浓度聚酯母粒的制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，将纳米生物质炭材料与改性剂溶液混合后进行水热活化，制得具有自分散效果的纳米生物质炭；在水热活化过程中，生物质炭中的碳元素和水蒸气发生反应，生成一氧化碳和氢气，进一步对生物炭表面进行刻蚀，生成微孔结构；并且在水热活化过程中，双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯或双(二辛氧
基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物与生物质炭中未完全分解的纤维素、木质素中的羟基或羧基发生反应，锚固在生物质炭表面；
[0008]改性剂溶液为双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯的水溶液或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物的水溶液；
[0009]水热活化的温度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，其特征在于：将纳米生物质炭材料与改性剂溶液混合后进行水热活化，制得具有自分散效果的纳米生物质炭；改性剂溶液为双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯的水溶液或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物的水溶液；水热活化的温度为150～250℃。2.根据权利要求1所述的一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：(1)生物质原料在氮气氛围下以5～15℃/min的速率升温至400～600℃，保温1～2小时，得到生物质炭材料；(2)将生物质炭材料在粉碎机中进行粉碎、研磨，得到纳米生物质炭材料；(3)将双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物按照添加量为0.5～2.5wt％溶解于水中，得到改性剂溶液；(4)将纳米生物质炭材料按照添加量为10～50wt％添加到改性剂溶液中，进行超声分散得到纳米生物质炭混合溶液；(5)将纳米生物质炭混合溶液装入密闭容器中，以5～10℃/min的速率升温至150～250℃，保温1～2小时，进行水热活化，然后对水热活化产物进行干燥处理制得具有自分散效果的纳米生物质炭。3.根据权利要求2所述的一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中生物质原料为楠竹、稻壳、玉米芯、香榧壳或椰壳；生物质炭材料得率为30～45％。4.根据权利要求2所述的一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中纳米生物质炭材料的平均粒径为10～30nm。5.根据权利要求2所述的一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中超声频率为50～100kHz，超声时间为15～45分钟。6.根据权利要求2所述的一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤(5)中干燥处理的温度为100～110℃，时间为6小时。7.根据权利要求1或2所述的一种具有自分散效果的纳米生物质炭的制备方法，其特征在于，具有自分散效果的纳米生物质炭表面含有基团或者与具有自分散效果的纳米生物质炭中，双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈向玲，王华平，吉鹏，王朝生，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：