一种疏水聚酯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种疏水聚酯纤维及其制备方法，制备方法：将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合得到混合物后进行熔融共混纺丝，通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5

【技术实现步骤摘要】
一种疏水聚酯纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于纤维
，涉及一种疏水聚酯纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]疏水表面具有自清洁、抗腐蚀、防污等特性，在油水分离、高压输电线防水等领域具有较大的应用前景。微纳米多级粗糙结构和低表面能物质是构筑超疏水表面的两个关键因素。
[0003]现有制备超疏水表面的方法有溶胶凝胶法、模板法、刻蚀法、沉积法、相分离法、等离子体、后整理技术。但这些制备方法大多工艺复杂或需要昂贵的加工设备，限制了其在现实生产中的应用。传统制备超疏水织物的方法，往往需要添加纳米粒子来构建粗糙表面结构，然而，纳米粒子与基材表面的结合牢度不是很强，需要加入相应的树脂或黏合剂，增加制备成本。现在较多使用的涂层法也存在易脱落、成本高等问题。此外，在机械摩擦的作用下，纳米粒子和涂层会逐渐脱落，使得表面原有的粗糙结构或涂层被破坏，最终失去超疏水特性。有研究者利用疏水聚偏氟乙烯等作为添加剂与聚酯进行熔融共混纺丝，提高聚酯纤维的疏水性能，但其与水的接触角仍小于90
°
。本专利技术基于模型分析，通过原料筛选、纺丝工艺参数控制，调控纤维表面微纳结构，提高纤维疏水性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种疏水聚酯纤维及其制备方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种疏水聚酯纤维的制备方法，将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合得到混合物后进行熔融共混纺丝，通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5
×
10
‑3N/m，同时控制控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm制得具有疏水性能的聚酯纤维；
[0007]共混体系的界面张力通过实验方法测得，界面张力的测量方法结合嵌入纤维回缩法和形变液滴回缩法，通过观测嵌入纤维形状的回缩过程，利用小形变模型拟合，获得界面张力的数值，并通过测量不同分子量及分布和不同温度的界面张力，建立界面张力与温度、分子量及其分布的数据模型，用以研究更广泛温度和分子量及其分布范围内的界面张力；
[0008]疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分。
[0009]荷叶、蝴蝶表面的纳米结构赋予了荷叶和蝴蝶身体表面良好的疏水性，使水滴极易从其表面上滑落，研究表明，超疏水微结构的临界值在100nm左右。液滴在粗糙固体表面上的接触视为复合接触形式。由于粗糙表面的微纳沟槽尺寸小于液滴的等效直径(含有3μL水的球形液滴)，液滴不能完全填满沟槽，液滴与固体表面之间会有一部分空气，两相间的固液界面实际上是由固液界面和气液界面组成，液滴难以润湿纤维表面，从而使表面形成疏水特性。
[0010]作为优选得技术方案：
[0011]如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，凹槽在纤维横向上的长度的值是通过控制常数a>4并控制常数C的取值范围为1～5控制的，常数C的取值范围为1～5可保证聚酯和第二聚合物之间发生微小的界面分离；常数a>4时，分散相会发生大形变，在拉伸条件下可形变成长微纤；C在1以上时，分散相所受拉伸应力相比界面结合力占主导，界面会发生分离，C的取值在1～5范围内时，分散相与基体间仅发生有限的相分离，从而形成较小的凹槽结构；
[0012]常数a的计算公式如下：
[0013][0014][0015][0016]式中，η
m
为聚酯的粘度，单位为Pa
·
s；为应力应变速率，单位为s
‑1；D
d
为聚合物共混物在流入喷丝孔前第二聚合物的初始直径，单位为m；Γ为第二聚合物和聚酯之间的界面张力，单位为N/m；p为第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值；聚合物粘度由毛细管流变仪测量得到，利用毛细管流变仪入口区收敛流场流动的压力降ΔP0计算熔体在拉伸流场中的粘度；
[0017]常数C的计算公式如下：
[0018][0019]W
a
＝γ
d
+γ
m
‑
Γ；
[0020]式中，F为熔融共混纺丝时纤维所受的拉伸应力，单位为N，F由在线张力仪测得；D为分散相的直径，单位为m；A为疏水聚酯纤维的横截面积，单位为m2；W
a
为聚酯与第二聚合物之间的界面结合功，单位为N/m；γ
d
和γ
m
分别为第二聚合物和聚酯的表面能，单位为N/m。
[0021]如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，常数a的取值是通过调节聚酯的粘度和分子量及其分布、第二聚合物的种类和分子量及其分布、熔体挤出的速度、纺丝温度、拉伸温度和纺丝速度来实现控制的。
[0022]如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，常数C的取值是通过调节拉伸比、拉伸温度、纺丝速度、聚酯的粘度、第二聚合物的种类、纺丝温度和喷丝孔孔径来实现控制的。
[0023]如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，混合物中第二聚合物的含量的取值范围为10～20wt％；
[0024]聚酯在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为50～1000Pa
·
s；
[0025]聚酯的数均分子量的取值范围为20000～30000，分子量分布指数的取值范围为2～5；
[0026]第二聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺，在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为60～4000Pa
·
s；零切粘度通过旋转流变仪测得的流变曲线，结合三参数Bird
‑
Carreau
‑
Yasuda模型回归测得；
[0027]第二聚合物的数均分子量的取值范围为1000～300000，分子量分布指数的取值范
围为1～5；
[0028]第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值的取值范围为0.01～20；
[0029]熔体挤出的速度的取值范围为2.5
×
10
‑
11
～1.5
×
10
‑8m3/s；
[0030]纺丝温度的取值范围为275～290℃；
[0031]拉伸温度的取值范围为60～160℃；
[0032]纺丝速度的取值范围为800m/min以上；
[0033]拉伸比的取值范围为2～5；
[0034]喷丝孔孔径的取值范围为0.2
×
10
‑3～0.3
×
10
‑3m。
[0035]本专利技术还提供一种疏水聚酯纤维，采用如上任一项所述的制备方法制得；疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分。
[0036]作为优选的技术方案：
[0037]如上所述的一种疏水聚酯纤维，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合得到混合物后进行熔融共混纺丝，通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5
×
10
‑3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm制得疏水聚酯纤维；疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分。2.根据权利要求1所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，凹槽在纤维横向上的长度的值是通过控制常数a>4并控制常数C的取值范围为1～5控制的；常数a的计算公式如下：常数a的计算公式如下：常数a的计算公式如下：式中，η
m
为聚酯的粘度，单位为Pa
·
s；为应力应变速率，单位为s
‑1；D
d
为聚合物共混物在流入喷丝孔前第二聚合物的初始直径，单位为m；Γ为第二聚合物和聚酯之间的界面张力，单位为N/m；p为第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值；常数C的计算公式如下：W
a
＝γ
d
+γ
m
‑
Γ；式中，F为熔融共混纺丝时纤维所受的拉伸应力，单位为N；D为分散相的直径，单位为m；A为疏水聚酯纤维的横截面积，单位为m2；W
a
为聚酯与第二聚合物之间的界面结合功，单位为N/m；γ
d
和γ
m
分别为第二聚合物和聚酯的表面能，单位为N/m。3.根据权利要求2所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，常数a的取值是通过调节聚酯的粘度和分子量及其分布、第二聚合物的种类和分子量及其分布、熔体挤出的速度、纺丝温度、拉伸温度和纺丝速度来实现控制的。4.根据权利要求3所述的一种疏水聚酯纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，潘丹，王立诚，孙俊芬，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：