專利名稱：一種光催化多功能纖維材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于環境凈化材料技術領域，具體涉及一種光催化多功能纖維材料及其制 備方法。
背景技術：
隨著社會的進步和人民生活水平的提高，人們對生活品質提出了更高的要求。百 姓購房，居室裝修，以及石油、煤、天然氣、化工制品、汽車等的應用與推廣，在提高我們的生 活水平的同時給我們的室內和室外空氣帶來一定程度的污染，尤其近年來室內裝修日益豪 華，家用化學品大量使用、吸煙、烹飪等人為活動造成的室內外空氣污染問題已不容忽視， 而環境的好壞直接影響著人們的身體健康，為了人們的身體健康，人們發明了光催化技術， 利用太陽能在室溫下發生反應，將有機污染物氧化分解成h20，還原重金屬無機離子，殺菌 除味等，并將其應用到涂料、地板、玻璃、陶瓷等材料中，這在一定程度上減輕了環境的污
^fe O與涂料、地板、玻璃、陶瓷等材料相比，光催化多功能纖維材料具有更大的比表面 積，因此能與空氣中的有機污染物充分接觸，可以更快速、高效地消除空氣中的有機污染 物，還原重金屬無機離子，殺菌除味等，但是目前具有此功能的纖維材料很少，而且這很少 的纖維材料在有機物分解率、細菌抑制率等方面都很低，對人的身體健康起不到很大的益 處。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種有機物分解率高、殺菌抑菌效果 好、可循環使用的環境友好型光催化多功能纖維材料。本發明的另一目的是提供該光催化多功能纖維材料的制備方法。本發明光催化多功能纖維材料，包括以下質量分數的組分聚丙烯母粒10 25%、聚丙烯切片75 90% ；其中，聚丙烯母粒由3 15%納米鎢、2 10%稀土氧化物、10 25%助催化材 料、50 84%聚丙烯、0. 3 3%分散劑、0. 2 5%偶聯劑和0. 1 消泡劑組成。本發明一種光催化多功能纖維材料的制備方法，包括以下步驟1)取18 24份鎢酸鹽于容器中，先加足量水溶解完全，然后加入過量稀酸直至全 部生成黃色沉淀，靜置24 30小時后，水洗并過濾沉淀3 5次后，再在沉淀中加入15% 的稀氨水至黃色沉淀全部轉化為透明膠體；2)取12 16份稀土氧化物于容器中，加足量稀硝酸溶解完全，再加5 8份助溶 劑混合均勻，室溫下攪拌0. 4 0. 6小時得稀土硝酸鹽混合溶液；3)將透明膠體加入稀土硝酸鹽混合溶液中，再加入1/4 1/3步驟(1)中溶解鎢 酸鹽的水，室溫下攪拌0. 8 1. 2小時后，滴加稀酸至pH值為3 5，靜置4 5小時形成 溶膠；
4)在溶膠中加入50 200份助催化材料，以1000 3000轉/分鐘攪拌至溶膠混
合均勻，靜置2 4小時得到濕凝膠；5)將濕凝膠在100 110°C下烘干并碾磨成粉末，再將粉末于450 560°C下煅 燒1. 5 2. 5小時后再次研磨均勻，然后經超聲分散即得到粒徑為0. 5 5微米含有稀土 摻雜納米氧化鎢的光催化多功能纖維材料粉體；6)在光催化多功能纖維材料粉體中加入3 4倍于粉體質量的烘干聚丙烯基體、 1. 5 20份分散劑、2 28份偶聯劑和1 10份消泡劑，并混合均勻，在180 220°C下經 螺桿擠出機熔融、捏合、擠出、切粒后制成聚丙烯母粒；7)在制成的聚丙烯母粒中加入3 5倍于母粒質量的聚丙烯切片并混合均勻，經 螺桿擠出機熔融、捏合、擠出、切粒后制成光催化多功能纖維切片，然后再經常規的熔融紡 絲和變形工藝制成光催化多功能纖維材料；其中所述的助溶劑為甲醇、乙醇或冰醋酸，所述的聚丙烯基體為具有可紡性的聚 丙烯PP。所述的鎢酸鹽為偏鎢酸銨、鎢酸鈉或鎢酸鉀。所述的稀土氧化物為Er3+、Pr3+、Sm3+、Nd3+、Gd3+、EU3+或Ce3+稀土氧化物中的一種或 兩種以上的混合物。所述的助催化材料為粒徑為0. 5 3微米的六環石粉體或電氣石粉體中的一種或 兩種的混合物。所述的分散劑為聚乙烯蠟或液體蠟。所述的偶聯劑為鈦酸酯、磷酸酯或硅烷。所述的消泡劑為聚硅氧烷。所述的稀酸為稀硝酸、稀鹽酸或稀硫酸。本發明測試效果(1)將本發明制得的光催化多功能纖維材料均勻安置在lm3的 環境測試艙內的六個面上進行甲醛消除率試驗，本測試以不安置本發明纖維材料的環境測 試艙作為對照，即對照艙，以安置本發明纖維材料的環境測試艙作為試驗，即試驗艙，當在 兩艙中通入相同的初濃度為的污染性氣體，24小時后測得對照艙終濃度為Qi，試驗艙終 濃度為Q2，則纖維材料凈化率L為L = | (Q2-Qi) | /Q0,本測試中，自然光條件下在對照艙和試驗艙中均加入4ppm的甲醛，24小時后檢測 試驗艙中的空氣甲醛濃度為0. 2ppm ；對照艙為3. 8ppm。利用上述數據計算本發明纖維材料 凈化率為90%。測試效果(2)本發明測試參照GB 15979-2002《一次性使用衛生用品衛生標準》 附錄C4，將本發明光催化多功能纖維材料樣品制成30mmX20mm大小，以同樣大小的聚丙烯 纖維(未經任何功能處理纖維材料原樣)作為對照樣，檢測用菌分別為大腸桿菌ATCC25922 和金黃葡萄球菌ATCC6538，經測試本發明纖維材料殺菌、抑菌效果分別為91%和92%。根據GB15979-2002標準規定，抑菌率大于50 %產品有抑菌作用，抑菌率大于90 % 產品為強抑菌作用，本發明所制備的光催化多功能纖維材料的殺菌、抑菌效果十分顯著。經測試效果得出結論，本發明具有以下有益效果1)本發明在制備光催化多功能纖維材料的同時，使稀土摻雜納米氧化鎢包裹在六 環石粉體或電氣石粉體上，形成微納米結構，其能帶結構是由一個充滿電子的低能價帶和一個空的高能導帶構成，其間的區域禁帶是一個不連續區域，當稀土摻雜納米氧化鎢受到 大于其帶隙能的光激發，并且由于和六環石或電氣石微粒的復合，形成高活性電子，使價帶 上的電子躍遷至導帶，而在價帶上留下相應的更多空穴。載這種協同效應和疊加作用下，生 成的羥基自由基( 0H)具有極強的氧化能力，提高了光量子效率，從而達到抑殺細菌和凈 化空氣的目的。因此本發明方法制備的光催化多功能纖維材料具有很強的抑菌殺菌功能；2)本發明制備得到的光催化多功能纖維材料，稀土摻雜納米氧化鎢粒徑在40 80nm之間，經紫外-可見分光光度計測定其吸收曲線發現，在波長400 650nm之間產生明 顯吸收；同時BET結果表明，稀土摻雜提高了纖維材料中納米氧化鎢的比表面積，可與空氣 中的有機污染物充分接觸，因此本發明纖維材料能更快速、更高效地消除空氣中的有機污 染物，起到凈化空氣的作用；3)本發明方法制備的纖維材料對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑制率大于90%， 對甲醛的降解率大于85%，降解甲醛的活性比不摻雜稀土氧化物的納米氧化鎢高出5 8 倍，因此本發明纖維材料可以廣泛應用在空氣凈化設備，抗菌家用紡織品，汽車內飾用品， 醫療衛生服裝，運動保健護具等各種領域。
具體實施例方式實施例1 一種光催化多功能纖維材料，包括以下質量分數的組分聚丙烯母粒25%、聚丙烯切片75% ；其中，聚丙烯母粒由3%納米鎢、2%稀土氧化物、20%助催化材料、74. 聚丙烯、 0. 3%分散劑、0. 4%偶聯劑和0. 2%消泡劑組成。具體制備方法包括以下步驟1)取180克鎢酸鈉于燒杯中，先加3400mL去離子水溶解完全，然后加入1200mL稀 鹽酸直至全部生成黃色沉淀，靜置24小時后，用去離子水清洗過濾沉淀3次后，再在沉淀中 加入15%的稀氨水至黃色沉淀全部轉化為透明納米鎢膠體；2)取將40克的氧化釤和80克的氧化銪于燒杯中，加足量稀硝酸溶解完全，再加 50克乙醇并混合均勻，室溫下攪拌0. 4小時得稀土硝酸鹽混合溶液；3)將透明納米鎢膠體加入稀土硝酸鹽混合溶液中，再加入850mL去離子水，室溫 下攪拌0. 8小時后，滴加稀鹽酸至pH值為3，靜置4小時形成含有釤和銪摻雜納米氧化鎢溶 膠；4)在溶膠中加入0. 5微米800克六環石粉體和1微米400克電氣石粉體的混合粉 體，以1000轉/分鐘攪拌至溶膠混合均勻，靜置2小時得到濕凝膠；5)將濕凝膠在100°C下烘干并在瑪瑙研缽中碾成粉末，再將粉末放入馬弗爐中在 450°C下煅燒1. 5小時后再次研磨均勻，然后經超聲分散即得到粒徑為2微米含有釤和銪摻 雜納米氧化鎢的光催化多功能材料粉體；6)在含有釤和銪摻雜納米氧化鎢的光催化多功能材料粉體中加入3倍于粉體質 量的聚丙烯PP、15克聚乙烯蠟、20克鈦酸酯和10克聚硅氧烷，并混合均勻，在180°C下經螺 桿擠出機熔融、捏合、擠出，制成聚丙烯母粒；7)在制成的聚丙烯母粒中加入3倍于母粒質量的聚丙烯切片并混合均勻，經螺桿擠出機熔融、捏合、擠出、切粒后制成光催化多功能纖維切片，然后再經常規的熔融紡絲和 變形工藝制成光催化多功能纖維材料。實施例2 一種光催化多功能纖維材料，包括以下重量分數的組分聚丙烯母粒16. 7%、聚丙烯切片83. 3% ；其中，聚丙烯母粒由4. 8 %納米鎢、3 %稀土氧化物、12 %助催化材料、71. 7 %聚丙 烯、3%分散劑、4. 6%偶聯劑和0. 9%消泡劑組成。1)取240克偏鎢酸銨于燒杯中，先加4500mL去離子水溶解完全，然后加入1500mL 稀硝酸直至全部生成黃色沉淀，靜置30小時后，用去離子水清洗過濾沉淀5次后，再在沉淀 中加入15%的稀氨水至黃色沉淀全部轉化為透明納米鎢膠體；2)取160克的氧化鐠于燒杯中，加足量稀硝酸溶解完全，再加80克冰醋酸并混合 均勻，室溫下攪拌0. 6小時得稀土硝酸鹽混合溶液；3)將透明納米鎢膠體加入稀土硝酸鹽混合溶液中，再加入1500mL去離子水，室溫 下攪拌1. 2小時后，滴加稀鹽酸至pH值為5，靜置5小時形成含有鐠摻雜納米氧化鎢溶膠；4)在溶膠中加入1. 5微米600克六環石粉體，以3000轉/分鐘攪拌至溶膠混合均 勻，靜置4小時得到濕凝膠；5)將濕凝膠在110°C下烘干并在瑪瑙研缽中碾成粉末，再將粉末放入馬弗爐中在 560°C下煅燒2. 5小時后再次研磨均勻，然后經超聲分散即得到粒徑為2微米含有鐠摻雜納 米氧化鎢的光催化多功能材料粉體；6)在含有鐠摻雜納米氧化鎢的光催化多功能材料粉體中加入4倍于粉體質量的 聚丙烯PP、200克液體蠟、280克磷酸酯和100克聚硅氧烷，并混合均勻，在220°C下經過螺 桿擠出機熔融、捏合、擠出，制成聚丙烯母粒；7)在制成的聚丙烯母粒中加入5倍于母粒質量的聚丙烯切片并混合均勻，經螺桿 擠出機熔融、捏合、擠出、切粒后制成光催化多功能纖維切片，然后再經常規的熔融紡絲和 變形工藝制成光催化多功能纖維材料。實施例3 一種光催化多功能纖維材料，包括以下重量分數的組分聚丙烯母粒20%、聚丙烯切片80% ；其中，聚丙烯母粒由3%納米鎢、2. 5%稀土氧化物、18%助催化材料、74%聚丙烯、 1 %分散劑、1 %偶聯劑和0. 5 %消泡劑組成。具體制備方法包括以下步驟1)取210克鎢酸鉀于燒杯中，先加4000mL去離子水溶解完全，然后加入1200mL稀 硫酸直至全部生成黃色沉淀，靜置27小時后，用去離子水清洗過濾沉淀4次后，再在沉淀中 加入15%的稀氨水至黃色沉淀全部轉化為透明納米鎢膠體；2)取40克的氧化鉺、40克的氧化釹、40克的氧化釓和20克的氧化鈰于燒杯中，加 足量稀硝酸溶解完全，再加70克甲醇并混合均勻，室溫下攪拌0. 5小時得稀土硝酸鹽混合 溶液；3)將透明納米鎢膠體加入稀土硝酸鹽混合溶液中，再加入1200mL去離子水，室溫 下攪拌1. 0小時后，滴加稀鹽酸至pH值為4，靜置4. 5小時形成含有鉺、釹、釓和鈰摻雜納米氧化鎢溶膠；4)在溶膠中加入3微米2000克電氣石粉體，以2000轉/分鐘攪拌至溶膠混合均 勻，靜置3小時得到濕凝膠；5)將濕凝膠在105°C下烘干并在瑪瑙研缽中碾成粉末，再將粉末放入馬弗爐中在 500°C下煅燒2小時后再次研磨均勻，然后經超聲分散即得到粒徑為5微米含有釤和銪摻雜 納米氧化鎢的光催化多功能材料粉體；6)在含有釤和銪摻雜納米氧化鎢的光催化多功能材料粉體中加入3. 5倍于粉體 質量的聚丙烯PP、100克液體蠟、120克磷酸酯和60克聚硅氧烷，并混合均勻，在200°C下經 螺桿擠出機用常規方法制成聚丙烯母粒；7)在制成的聚丙烯母粒中加入4倍于母粒質量的聚丙烯切片并混合均勻，經常規 的螺桿擠出機制成光催化多功能纖維切片，然后再經常規的熔融紡絲和變形工藝制成光催 化多功能纖維材料。
權利要求
一種光催化多功能纖維材料，其特征是包括以下質量分數的組分聚丙烯母粒 10～25％、聚丙烯切片 75～90％；其中，聚丙烯母粒由3～15％納米鎢、2～10％稀土氧化物、10～25％助催化材料、50～84％聚丙烯、0.3～3％分散劑、0.2～5％偶聯劑和0.1～1％消泡劑組成。
2.權利要求1所述一種光催化多功能纖維材料的制備方法，其特征是包括以下步驟1)取18 24份鎢酸鹽于容器中，先加足量水溶解完全，然后加入過量稀酸直至全部生 成黃色沉淀，靜置24 30小時后，水洗并過濾沉淀3 5次后，再在沉淀中加入15%的稀 氨水至黃色沉淀全部轉化為透明膠體；2)取12 16份稀土氧化物于容器中，加足量稀硝酸溶解完全，再加5 8份助溶劑混 合均勻，室溫下攪拌0. 4 0. 6小時得稀土硝酸鹽混合溶液；3)將透明膠體加入稀土硝酸鹽混合溶液中，再加入1/4 1/3步驟(1)中溶解鎢酸鹽 的水，室溫下攪拌0. 8 1. 2小時后，滴加稀酸至pH值為3 5，靜置4 5小時形成溶膠；4)在溶膠中加入50 200份助催化材料，以1000 3000轉/分鐘攪拌至溶膠混合均 勻，靜置2 4小時得到濕凝膠；5)將濕凝膠在100 110°C下烘干并碾磨成粉末，再將粉末于450 560°C下煅燒 1. 5 2. 5小時后再次研磨均勻，然后經超聲分散即得到粒徑為0. 5 5微米含有稀土摻雜 納米氧化鎢的光催化多功能纖維材料粉體；6)在光催化多功能纖維材料粉體中加入3 4倍于粉體質量的烘干聚丙烯基體、 1. 5 20份分散劑、2 28份偶聯劑和1 10份消泡劑，并混合均勻，在180 220°C下經 螺桿擠出機熔融、捏合、擠出、切粒后制成聚丙烯母粒；7)在制成的聚丙烯母粒中加入3 5倍于母粒質量的聚丙烯切片并混合均勻，經螺桿 擠出機熔融、捏合、擠出、切粒后制成光催化多功能纖維切片，然后再經常規的熔融紡絲和 變形工藝制成光催化多功能纖維材料；其中所述的助溶劑為甲醇、乙醇或冰醋酸，所述的聚丙烯基體為具有可紡性的聚丙烯PP。
3.根據權利要求1所述的一種光催化多功能纖維材料，其特征是所述的鎢酸鹽為偏鎢 酸銨、鎢酸鈉或鎢酸鉀。
4.根據權利要求1所述的一種光催化多功能纖維材料，其特征是所述的稀土氧化物為 Er3\ Pr3\ Sm3\ Nd3+、Gd3+、Eu3+或Ce3+稀土氧化物中的一種或兩種以上的混合物。
5.根據權利要求1所述的一種光催化多功能纖維材料，其特征是所述的助催化材料為 粒徑為0. 5 3微米的六環石粉體或電氣石粉體中的一種或兩種的混合物。
6.根據權利要求1所述的一種光催化多功能纖維材料，其特征是所述的分散劑為聚乙 烯蠟或液體蠟。
7.根據權利要求1所述的一種光催化多功能纖維材料，其特征是所述的偶聯劑為鈦酸酯、磷酸酯或硅烷。
8.根據權利要求1所述的一種光催化多功能纖維材料，其特征是所述的消泡劑為聚硅氧烷。
9.根據權利要求2所述的一種光催化多功能纖維材料的制備方法，其特征是所述的稀 酸為稀硝酸、稀鹽酸或稀硫酸。
全文摘要
本發明涉及一種光催化多功能纖維材料及其制備方法，屬于材料技術領域。本發明主要解決目前纖維材料有機物分解率低、殺菌抑菌效果不明顯等技術問題。本發明纖維材料由聚丙烯母粒和聚丙烯切片組成，方法是先將鎢酸鹽轉化為膠體；再將稀土氧化物制成稀土硝酸鹽混合溶液；將膠體加入稀土硝酸鹽混合溶液中滴加稀酸形成溶膠；在溶膠中加入助催化材料得到濕凝膠；將濕凝膠烘干煅燒后，經超聲分散得到粉體；在粉體中加入烘干聚丙烯基體、分散劑、偶聯劑和消泡劑經螺桿擠出機制成聚丙烯母粒；在母粒中加入聚丙烯切片，經螺桿擠出機和熔融紡絲及變形工藝制成光催化多功能纖維材料。本發明具有有機物分解率高、殺菌效果好等優點。
文檔編號D01F6/46GK101851805SQ20101017964
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者田小兵 申請人:田小兵