一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维及其制备方法和应用，属于纺织品技术领域。该复合纤维由作为支撑基质的尼龙6和具有阻燃抗菌功能的ZIFs/C@TiO2复合物组成。在ZIFs/C@TiO2复合物中具有催化性和光响应性的沸石咪唑酸框架材料(ZIFs)锚定于碳球(C)表面后可以促进炭残留物的形成，延缓燃烧反应的发生；当在装载ZIFs的碳球表面继续涂覆一层同样具有良好光响应性能的TiO2后，一方面燃烧后残留的TiO2壳层可以有效地提高炭层对火焰和热的阻挡，另一方面其在光照下可以破坏细菌的细胞膜与蛋白质，杀死细菌。和纯尼龙6相比，该复合纤维的UL 94等级达到V

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纺织品
，涉及一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]现如今纺织品的应用涵盖了我们日常生活的方方面面，涉及了工业、农业、医疗、交通运输等诸多领域。组成纺织品的材料大致可以分为两大类，一类是天然纤维(如棉、麻、丝、毛等)，另一类是化学纤维(如涤纶、尼龙、腈纶、维纶、丙纶、氯纶、氨纶等)。在众多纤维材料中，尼龙因其在耐磨性、弹性以及耐碱性等方面有着绝佳的表现从而受到了人们广泛的应用。但是近几年来由尼龙引燃或助燃导致的火灾蔓延事件越发频繁，已经成为严重的社会问题。同时，人们对于健康生活、健康防护、疾病预防等问题愈发关注，因而对选用的纤维材料要求越来越高。因此，开发一种既具有阻燃性又具有抗菌性的尼龙6复合纤维材料具有重要的意义。通常是向尼龙6基体中添加阻燃剂和抗菌剂来对其改性。其中，阻燃剂可以是四溴双酚A等有机阻燃剂，也可以是卤、磷、氮、硼、硅系等无机阻燃剂。然而大部分的有机阻燃剂有毒有害，有些甚至被列入致癌物清单中；卤系阻燃剂在使用过程中会不可避免地产生有害身体健康的烟雾和毒气；而磷、氮等无卤阻燃剂虽然具有低毒和低烟的等优点，但阻燃效率较低。同样地，对抗菌剂的选择也分为有机抗菌剂和无机抗菌剂。然而常见的季铵盐类、双肌类、醇类、酚类、有机金属类等有机抗菌剂耐热性不高并且安全性也较低，纳米银、锌、铜等无机抗菌剂又容易发生团聚现象，从而影响材料的抗菌效果和力学性能。因此，为了寻找到一种既高效有安全的抗菌阻燃剂，近年来，沸石咪唑酸框架材料成为科研工作者们的研究重点。
[0003]沸石咪唑酸框架材料(ZIFs)作为金属有机框架(MOFs)家族的一员，主要是由钴离子和锌离子与咪唑配体结合而形成的一类多孔材料。其可以在高温下释放氮气和氨气，从而降低基质表面的氧浓度，进而阻碍燃烧反应的发生。同时，ZIFs具有良好的催化性和光响应功能，在光照过程中，一方面可以产生活性氧化物种(ROS)破坏细菌的细胞膜，另一方面发热并产生大量局部热量，诱导形貌转变，从而加速丰富的金属离子的释放以杀死细菌。
[0004]虽然与常见的阻燃剂和抗菌剂相比，沸石咪唑酸框架材料具有优异的性能表现，但是将其单独添加到尼龙6基体中，阻燃抗菌性能仍然有限。因此，为了进一步提升尼龙6的阻燃抗菌性能，本申请在ZIFs的基础上开发出了一种新型的绿色、高性能的阻燃抗菌剂。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维的制备方法；本专利技术的目的之二在于提供一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维；本专利技术的目的之三在于提供基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维在制备纺织品或无纺布制品方面的应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]1.一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维的制备方法，所述制备方法如下：
[0008](1)制备ZIFs/C复合物：将碳球置于去离子水中形成分散液，然后向所述分散液中加入可溶于水的二价金属盐，混合均匀后滴加2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液，再于100～160℃下反应18～30h，分别用乙醇和水洗涤后干燥即可获得ZIFs/C复合物；
[0009](2)制备ZIFs/C@TiO2复合物：将步骤(1)中所述ZIFs/C复合物分散在乙醇和水的混合液中，然后滴加钛酸丁酯，充分反应后离心、洗涤、干燥即可获得ZIFs/C@TiO2复合物；
[0010](3)制备阻燃抗菌尼龙6复合纤维：将尼龙6切片和步骤(2)中所述ZIFs/C@TiO2复合物混合，然后置于扭矩流变仪中融化、切片，再以30m/min的速度纺丝即可获得阻燃抗菌尼龙6复合纤维。
[0011]优选的，步骤(1)中所述碳球的制备方法如下：
[0012]将1mol/L的葡萄糖水溶液置于反应釜中，160～220℃下反应8～16h，离心后于40～100℃下干燥8～16h。
[0013]优选的，步骤(1)中所述碳球、可溶于水的二价金属盐和2
‑
甲基咪唑的摩尔质量比为0.2:15:60，g:mmol:mmol。
[0014]优选的，步骤(1)中所述可溶于水的二价金属盐为六水合硝酸锌或六水合硝酸钴中的任意一种。
[0015]优选的，步骤(2)中所述ZIFs/C复合物和钛酸丁酯的质量体积比为0.5:0.1，g:ml；所述混合液中乙醇和水的体积比为1:4。
[0016]优选的，步骤(3)中所述尼龙6切片和ZIFs/C@TiO2复合物的质量比为92:8～98:2。
[0017]优选的，步骤(3)中所述扭矩流变仪的加料口温度为220℃、出料口温度为225℃。
[0018]2.所述方法制备的基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维。
[0019]3.所述基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维在制备纺织品或无纺布制品中的应用。
[0020]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维。该复合纤维由尼龙6、沸石咪唑酸框架材料(ZIFs)、碳球(C)和二氧化钛(TiO2)制备而成。其中，ZIFs由可溶于水的二价金属盐和2
‑
甲基咪唑制备而成。ZIFs在高温下可以释放出氮气和氨气，从而可以降低尼龙6基质表面的氧浓度，进而达到阻碍燃烧反应的目的。同时，ZIFs还具有良好光响应性。在光照过程中，其可以产生活性氧化物种(ROS)破坏细菌的细胞膜和蛋白质，杀死细菌；此外，在光照下ZIFs自身发热并产生大量局部热量，从而诱导其形貌发生转变，进而加速内部金属离子的释放再次达到杀死细菌的目的。当ZIFs纳米颗粒锚定于碳球表面后，促进了炭残留物的形成并延缓了燃烧反应的发生；当在装载ZIFs的碳球表面继续涂覆一层TiO2后，有助于填充ZIFs纳米颗粒热分解留下的微孔，同时燃烧后残留的TiO2壳层还可以有效地提高炭层对火焰和热的阻挡，降低基质表面的氧浓度并阻碍燃烧反应和烟气的产生。此外，TiO2也具有良好的光响应性能，在可见光和近红外光的照射下自身产生大量局部热量和ROS可以破坏细菌的细胞膜与蛋白质，进而达到抗菌的效果。相较于纯尼龙6，加入ZIFs/C@TiO2的尼龙6的极限氧指数可提高至30.2％以上，热释放速率和总释放热可分别降低至564.5kW/m2和123.2MJ/m2以下，对大肠杆菌的灭杀率超过99％。可见本申请中的阻燃抗菌尼龙6复合纤维具有优异的阻燃性和抗菌性。
[0021]本专利技术还提供了一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维的制备方法。该制备方法绿色经济、简单易操作、适合扩大化生产。
[0022]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ZIFs的阻燃抗菌尼龙6复合纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法如下：(1)制备ZIFs/C复合物：将碳球置于去离子水中形成分散液，然后向所述分散液中加入可溶于水的二价金属盐，混合均匀后滴加2
‑
甲基咪唑的甲醇溶液，再于100～160oC下反应18～30h，分别用乙醇和水洗涤后干燥即可获得ZIFs/C复合物；(2)制备ZIFs/C@TiO2复合物：将步骤(1)中所述ZIFs/C复合物分散在乙醇和水的混合液中，然后滴加钛酸丁酯，充分反应后离心、洗涤、干燥即可获得ZIFs/C@TiO2复合物；(3)制备阻燃抗菌尼龙6复合纤维：将尼龙6切片和步骤(2)中所述ZIFs/C@TiO2复合物混合，然后置于扭矩流变仪中融化、切片，再以30m/min的速度纺丝即可获得阻燃抗菌尼龙6复合纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述碳球的制备方法如下：将1mol/L的葡萄糖水溶液置于反应釜中，160～220oC下反应8～16h，离心后于40～100oC下干燥8～16...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁佰锁，白雷，刘华丽，李念，
申请(专利权)人：理工清科重庆先进材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：