生物質石墨烯改性再生聚酯纖維的制備及性能

孫海波 王雙成 馬軍強 欒 峰 呂冬生

(山東圣泉新材料股份有限公司，山東濟南，250204)

伴隨著聚酯包裝瓶的大量使用，其產生的廢棄物難以降解，對環境造成很大的污染；同時在當今石油資源日趨減少的狀況下，資源再利用，大力發展循環經濟勢在必行。通過查閱資料，了解到再生聚酯纖維是化纖發展的一個重要方向，具有戰略性意義[1-2]。目前歐美等國家都在大力推廣使用再生聚酯，如耐克、阿迪達斯、宜家家居、迪卡儂、ZARA等國際品牌對于再生滌綸非常青睞。宜家家居、迪卡儂、耐克都制定了相關計劃，截止到2035年實現公司銷售的所有聚酯產品全部使用100%再生聚酯。生產循環再利用化纖產品的原料，包括回收的聚酯瓶、廢舊紡織品以及加工過程中的邊角料、廢絲等。今后的發展，優質的循環再利用化纖企業的規模將日益擴大，再生聚酯也將越來越多地替代原生滌綸。生物質石墨烯是從玉米芯中提煉出來的，同樣也屬于一種再生原料，將生物質石墨烯與再生聚酯復合制備生物質石墨烯改性再生聚酯纖維，該復合纖維環保可再生，同時具有抗菌抑菌、遠紅外等功能[3-5]。

1 試驗部分

1.1 原料與設備

原料：生物質石墨烯、聚酯切片。

設備：TS75P型切片干燥器，EP90FO型螺桿擠壓機，SW46SSD型卷繞頭，塑料粉磨機。

1.2 試驗方法

1.2.1生物質石墨烯改性再生聚酯纖維的制備

先用塑料粉磨機將聚酯切片磨成粉末，再將生物質石墨烯按照質量5%～20%的比例添加到聚酯粉末中，混和均勻后，加到螺桿擠出機中擠出、切粒，制得生物質石墨烯改性再生聚酯母粒。

再將生物質石墨烯改性再生聚酯母粒按照一定的比例加入到再生聚酯熔體紡絲液，通過熔體紡絲機進行紡絲，制備出生物質石墨烯含量為0.5%、1%的186.7 dtex/72 F生物質石墨烯改性再生聚酯纖維，主要生產工藝：干燥溫度110 ℃～130 ℃，干燥時間8 h～12 h，擠壓機一區溫度290 ℃，擠壓機二區溫度290 ℃，擠壓機三區溫度280 ℃，擠壓機四區溫度275 ℃，擠壓機五區溫度270 ℃，聯苯溫度285 ℃，側吹風速度0.5 m/s，卷繞速度3 100 m/min。

1.2.2生物質石墨烯改性再生聚酯纖維的性能

表征

采用LLY-06E型電子單纖維強力儀，根據FZ/T 98009—2011《電子單纖維強力儀》，測試纖維斷裂強度，夾持隔距為10 mm，拉伸速度20 mm/min，每個樣品測試20次，取平均值。

參照標準GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價第三部分：振蕩法》，測定了生物質石墨烯改性再生聚酯纖維對大腸桿菌、白色念珠菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率。

生物質石墨烯改性再生聚酯纖維的遠紅外性能，委托國家紅外及工業電熱產品質量監督檢驗中心測試，測試標準參照GB/T30127—2013《紡織品 遠紅外性能的檢測和評價》。

利用激光多普勒血流儀測試生物質石墨烯改性再生聚酯纖維的微循環功能。

2 結果與分析

2.1 力學性能分析

186.7 dtex/72 F生物質石墨烯改性再生聚酯纖維和普通再生聚酯纖維的力學性能指標如下。其中，再生聚酯即生物質石墨烯改性再生聚酯纖維。

纖維種類 再生聚酯 普通再生聚酯

線密度偏差率/% 2.8 3.0

線密度CV/% 0.55 0.58

長度偏差率/% 0 0

斷裂強度

/cN·dtex-14.5 4.0

斷裂強度CV/% 2.2 2.3

斷裂伸長率/% 24.3 23.3

斷裂伸長率CV/% 4.2 4.0

卷曲收縮率/% 7.93 7.95

卷曲穩定度/% 77.3 77.0

由以上數據可知，生物質石墨烯改性再生聚酯纖維與普通再生聚酯纖維相比，力學性能得到一定的改善。這是由于生物質石墨烯組分表面具有大量極性官能團，可以增加無定形區分子鏈之間的相互作用，也與基體聚合物建立較強的相互作用，同時生物質石墨烯組分也具有承載外加負荷的作用，應力能通過兩相界面傳遞，可以被均勻地分散，減小了應力集中的發生，使得纖維的力學性能有所改善。

2.2 抑菌性能測試

生物質石墨烯改性再生聚酯纖維對幾種菌的抑菌率測試結果見表1。

表1 生物質石墨烯改性再生聚酯纖維對幾種菌的抑菌率測試結果

石墨烯含量大腸桿菌/%白色念珠菌/%金黃色葡萄球菌/%00.5%1%759999709999729999

由表1可以看出，當石墨烯的添加量為0.5%或1%時，纖維對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌抑菌率都達到99%，遠超過國家標準要求，具有良好的抑菌效果。文獻[6]指出,納米級的石墨烯對于細菌都有殺傷效果，這是因為納米級的石墨烯本身是連成一串的碳原子，像一層很密實的布。他們提出三種機理：一是直接“砍”，石墨烯就如同鋒利的刀，直接把細菌砍死；二是“餓死”細菌，把細菌包裹起來吸收不到營養，活活“餓死”；三是緩慢消亡，細菌將石墨烯吞噬，導致細菌緩慢消亡。

2.3 遠紅外性能測試

按照GB/T 30127—2013《紡織品 遠紅外性能的檢測和評價》規定，對于絮片類、非織造類、毛絨類等疏松樣品，若試樣的遠紅外法向發射率不低于0.83%，且遠紅外輻射30 s時試樣溫升不小于1.7 ℃時，樣品具有遠紅外功能。生物質石墨烯改性再生聚酯纖維遠紅外性能測試結果見表2。

表2 生物質石墨烯改性再生聚酯纖維遠紅外性能測試結果

石墨烯含量遠紅外發射率/%遠紅外溫升/℃00.5%1%0.500.880.901.62.02.2

通過表2數據可以看出，當石墨烯的添加量大于0.5%時，生物質石墨烯改性再生聚酯纖維的遠紅外發射率和遠紅外溫升均遠大于國家標準要求，屬于遠紅外功能材料。

2.4 微循環性能測試

生物質石墨烯改性再生聚酯纖維面料微循環性能測試結果見表3。

表3 生物質石墨烯改性再生聚酯纖維面料微循環性能指標

樣品血流灌注量(PU值)皮膚表面溫度/℃普通滌綸面料生物質石墨烯改性再生聚酯纖維面料6.297.6131.2532.49

由表3數據可以看出，與普通面料相比，生物質石墨烯改性再生聚酯纖維面料對人體血流灌注量(PU值)提升了21%，對皮膚表面溫度提升了4%，說明生物質石墨烯改性再生聚酯纖維面料能夠改善人體微循環，加快新陳代謝。

3 結論

(1)通過力學性能測試得出，添加一定量的生物質石墨烯對再生聚酯纖維的力學性能有一定的改善。

(2)抑菌性能測試表明，生物質石墨烯改性再生聚酯纖維對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率都達到99%，具有良好的抑菌效果。

(3)遠紅外性能測試結果表明，生物質石墨烯改性再生聚酯纖維具有良好的遠紅外功能。

(4)微循環測試分析表明，生物質石墨烯改性再生聚酯纖維面料能夠改善人體微循環、促進新陳代謝。