利用GO-SiO2复合成核添加剂提高涤纶纤维结晶性能的方法

利用go-sio2复合成核添加剂提高涤纶纤维结晶性能的方法
技术领域
1.本发明涉及化学改性和纺丝领域，特别是一种利氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂提高涤纶纤维结晶性能的方法。


背景技术：

2.聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)又称涤纶或的确良，是热塑性聚酯中最主要的品种。它是由对苯二甲酸和乙二醇酯交换，或者是对苯二甲酸和乙二醇酯化合成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应制得。pet具有良好的力学性能，耐酸碱、耐油，而且耐低温和高温性能也不错，无毒无味、卫生、安全性好，可用于食品包装。它的应用十分广泛，具有优良的性能。
3.在聚酯的结晶过程中二氧化硅起到晶核的作用，是一种促进结晶的杂质。二氧化硅的加入增加了非均相成核的数量，促进了分子的结晶，加快了结晶速度，可有效提高聚酯的结晶性能。但是填料在聚酯基质中的分散性也是影响复合材料性能的关键因素。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种利用含氧化石墨烯的成核添加剂提高pet纤维结晶性能和热性能的方法。
5.本发明是通过如下技术方案实现的：
6.利用go-sio2复合成核添加剂提高涤纶纤维结晶性能的方法，将go-sio2 lmpet-peg或go-sio2 lmpet-ppg纳米粒子按照比例与pet进行造粒共混，之后将所造的粒利用熔融纺丝，制备出含改性后二氧化硅的pet纤维；
7.go-sio2杂化复合材料的制备：取少量go纳米片溶解在的去离子水中超声分散，然后加入两倍的无水乙醇溶液并超声处理，加入氨水和teos溶液，采用原位水解方法，以teos为硅源，水解后在go纳米片上转化为二氧化硅；
8.氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂go-sio2 lmpet-peg或go-sio2 lmpet-ppg的制备：按以下比例，称取20mg的go-sio2到9.5ml乙醇 0.5ml水中，超声粉碎分散，加入1ml的iptes用甲酸调ph到4-5，70℃回流，通n2，6h；反应结束后用乙醇洗涤2-3次得到go-sio2-iptes，将go-sio2-iptes分散到10ml dmf中，取50mglmpet-peg分散到5ml dmf中，两者混合，加入50μl二月桂酸二丁基锡dbdu加热到70℃，磁力搅拌10h，即得到go-sio2 lmpet-peg纳米粒子；将lmpet-peg替换为lmpet-ppg可以得到go-sio2 lmpet-ppg纳米粒子。
9.所述的方法，所述的go纳米片为市售，片径:0.5-5μm，厚度:0.8-1.2nm；lmpet分子量为5000-10000。
10.所述的方法，所用的pet为市售纤维级pet，特性粘度为0.65-0.68dl/g。
11.所述的方法，合成的go-sio2 lmpet-peg或go-sio2 lmpet-ppg纳米粒子在pet纤维中的比例为0.2％-1％。
12.所述的方法，离心所用的转速为7000-10000r/min,时间为6-10分钟。
13.所述的方法，所述go/sio2杂化复合材料的制备，采用原位水解方法，以teos为硅源，水解后在go纳米片上转化为二氧化硅；首先将0.06g的go纳米片溶解在60ml的去离子水中超声分散；然后加入120ml无水乙醇溶液并超声处理。超声处理结束后，加入4ml氨水和0.6mlteos溶液；然后，将混合溶液进行磁力搅拌20小时以使其充分反应；最后，将反应溶液离心并用乙醇和水的混合物洗涤2-3次。
14.所述的方法，lmpet-peg制备方法如下：
15.取18.3glmpet溶于质量比为1∶1的苯酚与四氯乙烷溶液，60℃反应，待反应完全溶解(1小时)升温至100℃，反应过程中数次加入少量交联剂乙二醇(约5ml)。然后，向三口瓶中加入0.03g缩聚催化剂sb2o3和32mlpeg400，升温到100℃，继续搅拌反应2-3小时。用质量比为1∶1的苯酚与四氯化碳溶液洗涤除去反应残余的lmpet后,分别用丙酮和乙醇洗涤两次，离心分离混合液以除去反应残余的杂质，将制得的lmpet-peg真空干燥。
16.与原有的纯pet纤维相比，本发明具有以下优点：
17.1、本发明通过氧化石墨烯表面生长二氧化硅作为纳米成核剂增加了非均相成核次数，促进了分子的结晶，加快了结晶速率，有效地提高了聚酯的结晶性能。然而单纯的二氧化硅颗粒容易自身团聚影响改善性能的效果，在氧化石墨烯表面生长二氧化硅可有效解决这一问题。这是由于go是石墨烯的氧化物，边缘有羧基和羰基，基体上有羟基和环氧化物。这些官能团的存在，使go变得极具亲水性，与极性聚合物pet具有良好的相容性。
18.2、本发明将合成的go-sio2杂化复合材料添加到pet中，成功将成核剂均匀地分散在pet中，实现了在较少的添加量条件下提升pet纤维的结晶性能和热性能，其中结晶温度从184℃提升至225℃，热分解温度提升了15℃。
附图说明
19.图1为本发明方法制备得到的pet纤维的sem图；
20.图2为本发明方法制备得到的pet纤维的xrd曲线；
21.图3为本发明方法制备得到的pet纤维的dsc曲线；
具体实施方式
22.以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
23.实施例1
24.本发明公开了一种利用氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂提高涤纶纤维结晶性能的方法，具体方法步骤如下：
25.氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂的制备：称取20mg的go-sio2到9.5ml乙醇 0.5ml水中，超声粉碎分散，加入1ml的iptes用甲酸调ph到4-5，70℃回流，通n2，6h。反应结束后用乙醇洗涤2-3次得到样品go-sio
2-iptes。样品go-sio
2-iptes分散到10ml dmf中，取50mglmpet-peg分散到另一5ml dmf中，两者混合，加入50μl二月桂酸二丁基锡dbdu加热70℃,磁力搅拌10h。即形成go-sio2 lmpet-peg纳米粒子。
26.利用氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂制备pet纤维：首先将所得的含氧化石墨烯的成核添加剂按照一定比例与pet进行造粒共混，之后将所造的颗粒利用熔
融纺丝，制备出含改性后二氧化硅的pet纤维。
27.其中，go-sio2杂化复合材料的制备的方法如下：
28.首先将0.06g的go纳米片溶解在60ml的去离子水中超声分散。然后加入120ml无水乙醇溶液并超声处理。超声处理结束后，加入4ml氨水和4ml teos溶液。然后，将混合溶液进行磁力搅拌20小时以使其充分反应。最后，将反应溶液离心并用乙醇和水的混合物洗涤2-3次。
29.其中，lmpet-peg制备方法如下：
30.取18.3glmpet溶于质量比为1∶1的苯酚与四氯乙烷溶液，60℃反应，待反应完全溶解(1小时)升温至100℃，反应过程中数次加入少量交联剂乙二醇(约5ml)。然后，向三口瓶中加入0.03g缩聚催化剂sb2o3和32mlpeg400，升温到100℃，继续搅拌反应2-3小时。用质量比为1∶1的苯酚与四氯化碳溶液洗涤除去反应残余的lmpet后,分别用丙酮和乙醇洗涤两次，离心分离混合液以除去反应残余的杂质，将制得的lmpet-peg真空干燥。
31.通过对pet纤维的扫描图分析，见图1，其中，a为纯pet纤维，b为氧化石墨烯与二氧化硅复合材料1wt％含量的pet纤维。从图中看出纤维为微米级，且纤维表面光滑，说明含氧化石墨烯的成核添加剂在pet中分散较为均匀。
32.通过xrd和dsc的分析，分别见图2和图3，含氧化石墨烯的成核添加剂的加入，使pet纤维的结晶度有所提高，且结晶温度提升了41℃左右，可见氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂的加入对其性能的提升效果显著。
33.实施例2
34.氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂的制备：称取20mg的go-sio2杂化复合材料到9.5ml乙醇 0.5ml水中，超声粉碎分散，加入1ml的iptes用甲酸调ph到4-5，70℃回流，通n2，6h。反应结束后用乙醇洗涤2-3次。上步实验得到样品go-sio
2-iptes分散到dmf(10ml)中,取50mglmpet-ppg(聚丙二醇)分散到dmf(5ml)中，两者混合，加入50μldbdu(二月桂酸二丁基锡)加热70℃,磁力搅拌10h。即形成go-sio2 lmpet-ppg纳米粒子。
35.利用氧化石墨烯与二氧化硅复合材料的成核添加剂制备pet纤维：首先将所得的含氧化石墨烯的成核添加剂按照一定比例与pet进行造粒共混，之后将所造的颗粒利用熔融纺丝，制备出含改性后二氧化硅的pet纤维。
36.其中，go-sio2杂化复合材料的制备的方法如下：
37.首先将0.06g的go纳米片溶解在60ml的去离子水中超声分散。然后加入120ml无水乙醇溶液并超声处理。超声处理结束后，加入4ml氨水和0.6mlteos溶液。然后，将混合溶液进行磁力搅拌20小时以使其充分反应。最后，将反应溶液离心并用乙醇和水的混合物洗涤2-3次。
38.其中，lmpet-ppg制备方法如下：
39.取18.3glmpet溶于质量比为1∶1的苯酚与四氯乙烷溶液，60℃反应，待反应完全溶解(1小时)升温至100℃，反应过程中数次加入少量交联剂乙二醇(约5ml)。然后，向三口瓶中加入0.03g缩聚催化剂sb2o3和32mlppg，升温到100℃，继续搅拌反应2-3小时。用质量比为1∶1的苯酚与四氯化碳溶液洗涤除去反应残余的lmpet后,分别用丙酮和乙醇洗涤两次，离心分离混合液以除去反应残余的杂质，将制得的lmpet-ppg真空干燥。
40.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，
而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。