一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法与流程

本发明涉及功能性纺织品制造，具体为一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法。

背景技术：

1、聚对苯二甲酸乙二酯纤维是目前全球产量最大的合成纤维原料，因其优异的机械强度、尺寸稳定性及耐化学品性，在服用、产业用及家用纺织品领域占据主导地位，涤纶面料的常规制备流程依次包括聚对苯二甲酸乙二酯聚合物切片制备、熔融纺丝、拉伸定型、纱线加工、织造及后整理等工序；

2、在耐磨性提升方面，现有技术主要存在两类典型方案，且两类方案均存在根本性缺陷；

3、第一类为提高聚对苯二甲酸乙二酯聚合物结晶度的路径，高结晶度聚对苯二甲酸乙二酯纤维分子链高度规整，本体耐磨性较强，但纤维表面化学惰性显著增强，几乎不含可反应官能团，疏水性极高，导致纤维的吸湿性能、抗静电性能及可染色性急剧下降，由此产生高耐磨性与吸湿、抗静电多功能性之间不可调和的性能拮抗矛盾，无法在同一纤维结构中兼顾上述性能；

4、第二类为物理涂层整理方案，包括聚氨酯涂层整理和纳米粒子物理吸附整理，聚氨酯涂层整理方案将水性或溶剂型聚氨酯经刮刀涂布或轧辊转移施加于面料表面，经100～130℃固化形成物理附着耐磨膜层，纳米粒子物理吸附整理方案则将纳米二氧化硅等增强粒子与粘合剂配制成整理液，经浸轧及120～140℃焙烘固化，使纳米粒子借助粘合剂的物理粘结力附着于纤维表面，上述两类方案中，整理剂与聚对苯二甲酸乙二酯纤维之间的结合力均来源于范德华力或物理锚固，结合界面能极低，在反复机械摩擦产生的剪切应力、洗涤过程中热水膨胀与冷却收缩的循环疲劳应力以及洗涤剂化学侵蚀的共同作用下，涂层大面积剥落，面料在10～20次洗涤后耐磨功能显著衰减，同时，剥落的聚合物碎片及纳米粒子作为微塑料随废水进入自然水体，对水生生物及人体健康造成危害；

5、综上，现有技术存在以下两项核心缺陷：其一，均聚对苯二甲酸乙二酯纱线作为基础材料，导致耐磨性与多功能性在纤维本体层面产生不可调和的性能拮抗，无法同时实现高耐磨、高吸湿、抗静电等综合功能，其二，物理涂层整理方案因界面结合力不足，导致耐磨功能层耐久性差，且脱落碎片形成微塑料污染，目前尚无能够从纤维制备与后整理全链条上实现多功能集成、并从源头杜绝微塑料脱落的规模化技术方案，为此，我们提出一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，包括以下步骤：

3、原料制备步骤：以特性粘度为0.80～0.95dl/g的均聚对苯二甲酸乙二酯切片作为芯层原料，以含磺酸钠亲水基团和聚乙二醇软段的共聚改性聚对苯二甲酸乙二酯切片作为皮层原料，所述皮层原料的端羟基含量不低于30mmol/kg。

4、复合纺丝步骤：采用皮芯型双组分复合熔融纺丝工艺，将所述芯层原料与皮层原料分别经独立熔体通道在复合纺丝组件中复合挤出，形成以均聚聚对苯二甲酸乙二酯为芯层、以共聚改性聚对苯二甲酸乙二酯为皮层的核-壳结构复合涤纶纤维，所述复合涤纶纤维的皮芯面积比定义为：

5、；

6、其中，为皮芯面积比（无量纲），为皮层横截面积，单位为μm²，为芯层横截面积，单位为μm²，的取值范围为0.25～0.40，该比值设计原则为：皮层占比足够薄（），以保障芯层高结晶度聚对苯二甲酸乙二酯对纤维整体机械性能的主导贡献，皮层又足够厚（），以确保功能化共聚层充分暴露于纤维表面，为后整理共价键合提供充足反应活性位点。

7、织造步骤：将所述核-壳结构复合涤纶纤维经纱线加工后织造成坯布，并经精炼处理去除油剂及杂质。

8、低温等离子体预活化步骤：采用大气压介质阻挡放电等离子体装置对精炼后的坯布进行表面处理，在皮层纤维表面引入羟基、羰基和羧基等含氧活性基团，提升皮层反应活性位点密度。

9、原位共价键合后整理步骤：将经等离子体预活化处理的坯布浸轧含有表面接枝环氧基的改性纳米二氧化硅与聚醚胺的整理液，经预烘后在150～170℃条件下焙烘3～5min，在此温度下发生两类共价键合反应：改性纳米二氧化硅表面的环氧基与皮层纤维表面的端羟基发生开环加成反应形成醚键共价连接，聚醚胺的末端伯胺基与皮层纤维的端羧基发生脱水缩合反应形成酰胺键共价连接，同时聚醚胺另一端的伯胺基与改性纳米二氧化硅表面多余的环氧基发生开环反应形成碳氮键连接，两类共价键合反应协同作用，以聚醚胺作为桥接分子，将改性纳米二氧化硅与皮层纤维以双端共价键合的方式连接，在纤维皮层表面构建纤维-聚醚胺-改性纳米二氧化硅的致密三维交联共价网络耐磨功能层。

10、水洗定型步骤：焙烘后的织物经80℃热水循环水洗三次，去除未反应的游离整理剂及副产物，再经170～180℃定型处理，控制门幅和克重，得到所述高耐磨涤纶功能性面料。

11、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

12、1.本发明从根本上解决了性能拮抗矛盾，芯层高结晶度均聚对苯二甲酸乙二酯专司机械强度和本体耐磨性，皮层共聚改性聚对苯二甲酸乙二酯专司亲水、抗静电及共价键合功能化，实现了两类性能的空间解耦，芯层与皮层在同一纤维截面中协同发挥作用，互不干扰，彻底打破了传统工艺中耐磨性与多功能性之间的性能拮抗；

13、2.本发明实现了长效耐久的耐磨功能，整理层通过共价键锚定于纤维皮层，共价键键能为200～400kj/mol，远高于物理吸附范德华力的0.1～10kj/mol，经50次标准家庭洗涤后耐磨性能保留率不低于85%，耐久性显著优于物理涂层整理方案；

14、3.本发明从源头大幅降低微塑料释放量，耐磨功能层以化学共价键结合，在正常使用和洗涤条件下不发生宏观剥落，洗涤废水中微塑料释放量较传统物理涂层方案降低不低于70%，响应国内外纺织品微塑料减排法规要求，具有显著的环保效益；

15、4.本发明赋予面料良好的吸湿性和抗静电性，皮层引入的磺酸钠基团和聚乙二醇软段赋予纤维永久性亲水及抗静电功能，聚醚胺的引入进一步增强吸湿导湿能力，面料回潮率和抗静电衰减时间指标均显著优于均聚对苯二甲酸乙二酯面料。

1.一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：所述皮层原料通过以下方式制备：以精对苯二甲酸和乙二醇为主要单体，加入相对于精对苯二甲酸摩尔量3～8mol%的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠进行酯交换反应，酯交换完成后加入数均分子量为600～2000g/mol的聚乙二醇，所述聚乙二醇的加入量为共聚对苯二甲酸乙二酯理论产量的3～10wt%，再在绝对压力不高于100pa、温度275～285℃条件下进行熔融缩聚，直至所述皮层原料特性粘度达到0.55～0.70dl/g，且端羟基含量不低于30mmol/kg。

3.根据权利要求1所述的一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：所述芯层原料在纺丝前经130～140℃真空鼓风干燥不少于6小时，含水率控制在30ppm以下，所述复合纺丝步骤中，芯层纺丝箱体温度为290℃，皮层纺丝箱体温度为275～280℃，初生纤维经热辊牵伸，预牵伸辊温度为80～90℃，主牵伸辊温度为130～140℃，总牵伸倍数为3.0～4.5倍，热定型温度为200～210℃，定型时间为0.5～1.0s。

4.根据权利要求1所述的一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：所述低温等离子体预活化步骤中，放电气体为空气，功率密度为10～30w/cm²，处理时间为30～120s，处理温度为25～40℃，所述等离子体预活化处理结束至所述浸轧整理液之间的时间间隔不超过30min。

5.根据权利要求1所述的一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：所述整理液的组成以整理液总质量计为：表面接枝环氧基的改性纳米二氧化硅2～5wt%，数均分子量为600～2000g/mol的聚醚胺3～8wt%，非离子渗透剂0.5～1.0wt%，冰醋酸以将整理液ph调节至5.5～6.5为准，余量为去离子水，所述改性纳米二氧化硅由粒径为10～30nm的气相二氧化硅经3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷表面接枝改性制得，所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的用量为气相二氧化硅质量的5～10wt%。

6.根据权利要求1所述的一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：所述浸轧步骤采用两浸两轧方式进行，轧余率为65%～80%，轧辊压力为0.3～0.5mpa，整理液温度为20～40℃，所述预烘在80～100℃条件下进行3～5min。

7.根据权利要求1所述的一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：所述原位共价键合后整理步骤中，以表面接枝异氰酸酯基的改性纳米二氧化硅替代表面接枝环氧基的改性纳米二氧化硅，所述表面接枝异氰酸酯基的改性纳米二氧化硅由粒径为10～30nm的气相二氧化硅经3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷表面接枝改性制得，焙烘温度调整为140～160℃，所述异氰酸酯基与所述皮层纤维表面的端羟基发生氨酯化反应生成氨基甲酸酯键共价连接。

8.根据权利要求1所述的一种高耐磨涤纶功能性面料的制备方法，其特征在于：所述织造步骤中，织物组织为斜纹组织，成品面料克重为180～350g/m²，所述精练采用80～90℃碱性精练液去除纺丝油剂及杂质，所述水洗定型步骤中，水洗温度为80℃，循环水洗不少于三次，定型温度为170～180℃。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法制备的高耐磨涤纶功能性面料，其特征在于，所述面料中的耐磨功能层以共价键与纤维皮层结合，经50次标准家庭洗涤后耐磨性能保留率不低于85%，且洗涤废水中微塑料释放量较采用聚氨酯物理涂层整理的对比涤纶面料降低不低于70%。