一種多孔吸附纖維及其制備方法
【專利摘要】本發明一種多孔吸附纖維，多孔吸附纖維是由聚酯，金屬?有機框架材料，醋酸丁酸纖維素制備而成，其中聚酯80～99.85％、金屬?有機框架材料0.05～19.9％、醋酸丁酸纖維素0.1～5％；制備多孔吸附纖維的方法是首先將金屬?有機框架材料，醋酸丁酸纖維素混合均勻得到多孔載體材料，然后將聚酯與多孔載體材料混合均勻用紡絲機進行熔融紡絲處理，得到多孔復合纖維，將多孔復合纖維依次浸漬于丙酮溶劑與吸附溶劑中，然后漂洗、干燥，即制備得到多孔吸附纖維。該種方法制備多孔吸附纖維生產工藝簡單，成本低廉，具有較大的應用前景。
【專利說明】
一種多孔吸附纖維及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及功能紡能材料領域，尤其涉及一種多孔吸附纖維及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 多孔吸附纖維材料指纖維表面存在大量的孔洞結構，而具有的吸附功能型藥物的 纖維材料。目前制備多孔吸附纖維的主要方法有兩相分離法、熔融法。金屬-有機框架材料， 是指金屬離子與有機配體通過自組裝形成周期性網絡的多孔材料，具有孔隙率高、比表面 積大、孔道規則、粒徑可控等優點，廣泛應用于醫療、吸附、催化、儲能等領域。
[0003] 中國發明專利（公開號105199739A，【公開日】為2015年12月30日），公開了一種自修 復多孔纖維的制備方法，首先利用廢舊棉布以及枯黃植物制備改性纖維素，其次進行發泡 處理得到內部多孔的纖維體，最后利用內部多孔的纖維體制備自修復多孔纖維。該發明先 在廢舊棉布、枯黃植物中提取改性纖維素，然后利用氣體發泡技術，將纖維素制備成多孔纖 維。該制備方法存在著工藝復雜、制備出的纖維機械性能差，應用范圍有限等缺點。
[0004] 中國發明專利（公開號104275165A，【公開日】為2015年1月14日）公開了一種介孔離 子式吸附無紡布的制備方法，該制備方法經過多孔硅酸鈣粉體的離子改性、離子改性多孔 硅酸鈣粉體分散溶液的制備、聚烯烴無紡布的浸乳、浸乳無紡布的離子式吸附活化后制備 出介孔離子式吸附無紡布。該制備方法工藝復雜、影響無紡布的手感、且改性硅酸鈣粉體容 易脫落，應用范圍難以推廣等缺點。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的就是針對上述技術的不足，提供一種工藝簡單，成本低廉，制備得到 多孔吸附纖維及其制備方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：
[0007] -種多孔吸附纖維是由聚酯，金屬-有機框架材料，醋酸丁酸纖維素制備而成；其 中金屬-有機框架材料是一種新型的有機材料，具有孔隙率高、比表面積大、孔道規則、粒徑 可控等優點，將金屬-有機框架材料引入吸附纖維的制作中，制得的功能化載體纖維具有孔 隙率大，吸附能力強的特點。本發明采用聚酯、醋酸丁酸纖維素(CAB)、金屬-有機框架材料 進行熔融共混紡絲的方法，制備一種多孔吸附纖維。由于CAB易溶于丙酮，當CAB與聚酯、金 屬-有機框架材料制備成纖維后，經過丙酮浸漬后，CAB易被丙酮提取掉，如此在纖維表面、 內部就形成微米尺寸的孔，增大了纖維的比表面積;另外由于金屬有機框架材料尺寸小，孔 洞在微納尺寸，對聚酯纖維的紡絲性能及力學性能不會有較大的影響。
[0008] 所述多孔吸附纖維由聚酯80~99.85%、金屬-有機框架材料0.05~19.9%、醋酸 丁酸纖維素〇. 1~5 %制備而成。由于選用了以上比例，聚酯含量80~99.85%，可以保證聚 酯纖維的力學性能，金屬-有機框架材料〇. 05~19.9%，醋酸丁酸纖維素0.1~5%可以保證 制備出的聚酯纖維有較大的孔隙率。
[0009] 所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸丙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二 醇酯中的一種;所述金屬-有機框架材料為粉末狀，粒徑目數為2000~10000目，該粒徑的金 屬-有機框架材料符合紡絲要求；所述金屬-有機框架材料的結構為類沸石咪唑骨架型 (ZIFs)，萊瓦希爾骨架型(MILs)，孔、通道式骨架型(PCNs)中的一種。
[0010] -種多孔吸附纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0011] a)多孔復合纖維的制備
[0012] 按重量百分比計，將金屬-有機框架材料〇.〇5~19.9%，醋酸丁酸纖維素0.1~5% 混合均勻得到多孔載體材料，將聚酯80~99.85%與多孔載體材料混合均勻投入紡絲機中 進行熔融紡絲處理，得到多孔復合纖維。
[0013] b)多孔吸附纖維的制備
[0014] 將多孔復合纖維依次浸漬于丙酮與功能型吸附溶劑中，然后置于清水中，漂洗、干 燥，即制備得到多孔吸附纖維；
[0015] 本發明優選的多孔吸附纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0016] a)多孔復合纖維的制備
[0017]按重量百分比計，稱量原料金屬-有機框架材料0.05~19.9%，醋酸丁酸纖維素 (CAB)0.1~5%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯80~99.85%，聚酯與多孔載體材料 混合均勻投入紡絲機中進行熔融紡絲處理，得到多孔復合纖維，所述的熔融紡絲的噴絲板 為中空性、單組份圓形、三角形、六角形中的一種；
[0018] b)多孔吸附纖維的制備
[0019] 將多孔復合纖維浸漬于丙酮溶劑，浸漬時間為30~60min，浸漬溫度為20~50°C， 洗凈丙酮，干燥后，再將纖維置于功能型吸附溶劑中進行吸附，吸附時間為20~60min，吸附 溫度為20~50°C，然后置于清水中，漂洗、干燥，即制備得到多孔吸附纖維；
[0020] 所述功能型吸附溶劑為:銀離子溶劑，鹵胺類溶液，超疏水整理劑，超親水整理劑， 阻燃整理劑中的一種。
[0021] 所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚對苯二甲酸丙二醇酯(PBT)，聚對苯 二甲酸丁二醇酯（PTT)中的一種；所述金屬-有機框架材料為粉末狀，粒徑目數為2000~ 10000目；所述金屬-有機框架材料的結構為類沸石咪唑骨架型（ZIFs)，萊瓦希爾骨架型 (MILs)，孔、通道式骨架型(PCNs)中的一種。
[0022] 本發明的有益效果：本發明采用聚酯、金屬-有機框架材料、醋酸丁酸纖維素 (CAB)，共混紡絲，然后進過浸漬處理，制備得到多孔吸附纖維。用該方法制備出來的多孔吸 附纖維具有孔洞呈現微納尺寸結構特點，孔隙率大、吸附能力強;根據對這種較好的吸附效 果，可制備得到抗菌纖維、抗靜電纖維、超疏水纖維等功能化纖維;且生產工藝簡單、機械性 能優異，適合大規模應用。
【具體實施方式】
[0023]實施例1制備多孔吸附纖維A [0024] a)多孔復合纖維的制備
[0025]按重量百分比計，稱量粒徑為2000目的MILs型的金屬-有機框架材料0.05%，醋酸 丁酸纖維素(CAB)O.l%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯99.85%，聚酯PET與多孔載 體材料混合均勻，在紡絲機上進行熔融紡絲，紡絲組件為單組份圓形，紡絲溫度為280°C，進 行卷繞收集，得到多孔復合纖維；
[0026] b)多孔吸附纖維的制備
[0027]將多孔復合纖維浸漬于丙酮溶劑中浸漬60min，浸漬溫度為20°C，然后置于清水 中，漂洗、干燥，即制備得到多孔吸附纖維A。
[0028] 實施例2制備抗菌型多孔吸附纖維B
[0029] a)多孔復合纖維的制備
[0030] 按重量百分比計，稱量粒徑為4000目的ZIFs型的金屬-有機框架材料0.6%，醋酸 丁酸纖維素(CAB)0.4%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯PBT99%，聚酯PBT與多孔載 體材料混合均勻，在紡絲機上進行熔融紡絲，紡絲組件為中空型，紡絲溫度為280°C，進行卷 繞收集，得到多孔復合纖維；
[0031] b)抗菌型多孔吸附纖維的制備
[0032] 將多孔復合纖維先浸漬于丙酮溶劑，浸漬時間為30min，浸漬溫度為50°C，洗凈丙 酮，干燥后，再將纖維置于質量百分濃度為5%的銀離子溶劑中分別浸漬20min，浸漬溫度為 30°C，然后置于清水中，漂洗、干燥，即制備得到抗菌型多孔吸附纖維B。
[0033] 實施例3制備抗菌型多孔吸附纖維C [0034] a)多孔復合纖維的制備
[0035]按重量百分比計，稱量粒徑為6000目的PCNs型的金屬-有機框架材料3.5%，醋酸 丁酸纖維素(CAB)1.5%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯PTT95%，聚酯PTT與多孔載 體材料混合均勻，在紡絲機上進行熔融紡絲，紡絲組件為三角形，紡絲溫度為280°C，進行卷 繞收集，得到多孔復合纖維；
[0036] b)抗菌型多孔吸附纖維的制備
[0037]將多孔復合纖維先浸漬于丙酮溶劑，浸漬時間為40min，浸漬溫度為40°C，洗凈丙 酮，干燥后，再將纖維置于活性氯的含量為lOOOOppm氯胺類溶液中分別浸漬30min，浸漬溫 度為40°C，然后置于清水中，漂洗、干燥，即制備得到抗菌型多孔吸附纖維C。
[0038] 實施例4制備疏水型多孔吸附纖維D [0039] a)多孔復合纖維的制備
[0040]按重量百分比計，稱量粒徑為8000目的PCNs型的金屬-有機框架材料5%，醋酸丁 酸纖維素(CAB)5%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯PTT90%，聚酯PTT與多孔載體材 料混合均勻，在紡絲機上進行熔融紡絲，紡絲組件為六角形，紡絲溫度為280°C，進行卷繞收 集，得到多孔復合纖維；
[0041] b)超疏水型多孔吸附纖維的制備
[0042]將多孔復合纖維先浸漬于丙酮溶劑，浸漬時間為50min，浸漬溫度為50°C，洗凈丙 酮，干燥后，再將纖維置于生態無氟超疏水整理劑中分別浸漬50min，浸漬溫度為50°C，然后 置于清水中，漂洗、干燥，即制備超疏水型多孔吸附纖維D。
[0043] 實施例5制備親水型多孔吸附纖維E
[0044] a)多孔復合纖維的制備
[0045] 按重量百分比計，稱量粒徑為10000目的PCNs型金屬-有機框架材料19.9%，醋酸 丁酸纖維素(CAB)O.l%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯PTT80%，聚酯PTT與多孔載 體材料混合均勻，在紡絲機上進行熔融紡絲，紡絲組件為六角形，紡絲溫度為280°C，進行卷 繞收集，得到多孔復合纖維；
[0046] b)親水型多孔吸附纖維的制備
[0047]將多孔復合纖維先浸漬于丙酮溶劑，浸漬時間為60min，浸漬溫度為50°C，洗凈丙 酮，干燥后，再將纖維置于聚丙烯酸鈉類親水整理劑中分別浸漬60min，浸漬溫度為50°C，然 后置于清水中，漂洗、干燥，即制備親水型多孔吸附纖維E。
[0048] 實施例6制備阻燃型多孔吸附纖維F
[0049] a)多孔復合纖維的制備
[0050] 按重量百分比計，稱量粒徑為10000目的PCNs型金屬-有機框架材料19.9%，醋酸 丁酸纖維素(CAB)O.l%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯PTT80%，聚酯PTT與多孔載 體材料，在紡絲機上進行熔融紡絲，紡絲組件為六角形，紡絲溫度為280Γ，進行卷繞收集， 得到多孔復合纖維；
[0051] b)燃型多孔吸附纖維的制備
[0052]將多孔復合纖維先浸漬于丙酮溶劑，浸漬時間為60min，浸漬溫度為50°C，洗凈丙 酮，干燥后，再將纖維置于含磷阻燃整理劑中分別浸漬60min，浸漬溫度為50°C，然后置于清 水中，漂洗、干燥，即制備阻燃型多孔吸附纖維E。
[0053]本發明中用測試各實施例中纖維的比表面積來反應纖維的吸附性，比表面積采用 Rise-1030全自動比表面積機孔隙度分析儀進行分析;接觸角反應纖維的疏水與親水性，采 用Dataphysics 0CA50AF接觸角測試儀進行檢測;極限氧指數反應纖維燃燒的難易程度，極 限氧指數的測試方法為:將試樣豎直地固定在玻璃燃燒筒中，其底座與可產生氮氧混合氣 流的裝置相連，點燃試樣的頂端，混合氣流中的氧濃度將會持續下降，直至火焰熄滅，記錄 混合氣流中點燃后能使其維持穩定的燭焰形燃燒時氧氣的最低體積分數即為極限氧指數； 抗菌率反應纖維的抗菌性能，其測量方法:將各樣品的抗菌纖維與細菌接觸，采用細菌計數 測定法(AATCC 100-1988)進行測定，計數接觸前的細菌數(m)，接觸60min后再采用上述的 細菌計數測定法計數接觸后的細菌數(η)，計算殺菌率(m-n)/(m) X 100%。
[0054]測試的結果如下表1所示。
[0055]對比例是采用常規的纖維，常規的纖維是使用純的PET，在紡絲機上進行熔融紡 絲，紡絲組件為六角形，紡絲溫度為280°C，進行卷繞收集，并在丙酮中浸漬、清水漂洗得到 聚酯常規纖維，得到為對比例中的常規纖維。
[0056]表 1
[0057]
[0058] 從表1中可以看出，用本申請案制備出的多孔吸附纖維A、B、C、D、E、F與對比樣相 比，功能性有較大的提高。其中，多孔吸附纖維A的比表面積為對比樣的3倍，抗菌型多孔纖 維B、C都具有良好的殺菌效果，通過吸附疏水整理劑和親水整理劑的多孔纖維D和E，與空白 相比，有很好的親疏水效果。阻燃型多孔纖維F的極限氧指數比空白對比樣也有較大的提 高，達到了阻燃纖維的要求。
【主權項】
1. 一種多孔吸附纖維，其特征在于：按重量百分比計，多孔吸附纖維由聚酯80~ 99.85%、金屬-有機框架材料0.05~19.9%、醋酸丁酸纖維素0.1~5%制備而成。2. 根據權利要求1所述一種多孔吸附纖維，其特征在于:所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二 醇酯，聚對苯二甲酸丙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯中的一種;所述金屬-有機框架材料 的粒徑目數為2000~10000目；所述金屬-有機框架材料的結構為類沸石咪唑骨架型，萊瓦 希爾骨架型，孔、通道式骨架型中的一種。3. -種多孔吸附纖維的制備方法，包括以下步驟： a) 多孔復合纖維的制備： 按重量百分比計，將金屬-有機框架材料〇. 05~19.9 %、醋酸丁酸纖維素0.1~5 %混合 均勻得到多孔載體材料，將聚酯80~99.85%與多孔載體材料混合均勻放入紡絲機中進行 熔融紡絲處理，得到多孔復合纖維； b) 多孔吸附纖維的制備： 將多孔復合纖維依次浸漬于丙酮與功能型吸附溶劑中，然后進行漂洗、干燥，即制備得 到多功能載體纖維。4. 根據權利要求3所述的一種多孔吸附纖維的制備方法，具體包括以下步驟： a) 多孔復合纖維的制備： 按重量百分比計，稱量原料:金屬-有機框架材料〇.05~19.9%，醋酸丁酸纖維素0.1~ 5%，混合均勻得到多孔載體材料，稱量聚酯80~99.85%，聚酯與多孔載體材料混合均勻放 入紡絲機中進行熔融紡絲處理，得到多孔復合纖維，所述熔融紡絲的噴絲板為中空性、單組 份圓形、三角形、六角形中的一種； b) 多孔吸附纖維的制備： 將多孔復合纖維浸漬于丙酮溶劑中，浸漬時間為30~60min，浸漬溫度為20~50°C，洗 凈丙酮，干燥后，再將纖維置于功能型吸附溶劑中進行吸附，吸附時間為20~60min，吸附溫 度為20~50°C，然后置于清水中，漂洗、干燥，即制備得到多孔吸附纖維。5. 根據權利要求3或4所述的一種多孔吸附纖維的制備方法，其特征在于:所述聚酯為 聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸丙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯中的一種;所述金 屬-有機框架材料的粒徑目數為2000~10000目；所述金屬-有機框架材料的結構為類沸石 咪唑骨架型，萊瓦希爾骨架型，孔、通道式骨架型中的一種;所述功能型吸附溶劑為銀離子 溶劑，鹵胺類溶液，超疏水整理劑，超親水整理劑、阻燃整理劑中的一種。
【文檔編號】B01J20/26GK106048778SQ201610488452
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】王棟, 趙青華, 梅濤, 郭啟浩, 牛應買
【申請人】武漢紡織大學