生物质石墨烯改性再生聚酯纤维的制备及性能

孙海波 王双成 马军强 栾 峰 吕冬生

(山东圣泉新材料股份有限公司，山东济南，250204)

伴随着聚酯包装瓶的大量使用，其产生的废弃物难以降解，对环境造成很大的污染；同时在当今石油资源日趋减少的状况下，资源再利用，大力发展循环经济势在必行。通过查阅资料，了解到再生聚酯纤维是化纤发展的一个重要方向，具有战略性意义[1-2]。目前欧美等国家都在大力推广使用再生聚酯，如耐克、阿迪达斯、宜家家居、迪卡侬、ZARA等国际品牌对于再生涤纶非常青睐。宜家家居、迪卡侬、耐克都制定了相关计划，截止到2035年实现公司销售的所有聚酯产品全部使用100%再生聚酯。生产循环再利用化纤产品的原料，包括回收的聚酯瓶、废旧纺织品以及加工过程中的边角料、废丝等。今后的发展，优质的循环再利用化纤企业的规模将日益扩大，再生聚酯也将越来越多地替代原生涤纶。生物质石墨烯是从玉米芯中提炼出来的，同样也属于一种再生原料，将生物质石墨烯与再生聚酯复合制备生物质石墨烯改性再生聚酯纤维，该复合纤维环保可再生，同时具有抗菌抑菌、远红外等功能[3-5]。

1 试验部分

1.1 原料与设备

原料：生物质石墨烯、聚酯切片。

设备：TS75P型切片干燥器，EP90FO型螺杆挤压机，SW46SSD型卷绕头，塑料粉磨机。

1.2 试验方法

1.2.1生物质石墨烯改性再生聚酯纤维的制备

先用塑料粉磨机将聚酯切片磨成粉末，再将生物质石墨烯按照质量5%～20%的比例添加到聚酯粉末中，混和均匀后，加到螺杆挤出机中挤出、切粒，制得生物质石墨烯改性再生聚酯母粒。

再将生物质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体纺丝液，通过熔体纺丝机进行纺丝，制备出生物质石墨烯含量为0.5%、1%的186.7 dtex/72 F生物质石墨烯改性再生聚酯纤维，主要生产工艺：干燥温度110 ℃～130 ℃，干燥时间8 h～12 h，挤压机一区温度290 ℃，挤压机二区温度290 ℃，挤压机三区温度280 ℃，挤压机四区温度275 ℃，挤压机五区温度270 ℃，联苯温度285 ℃，侧吹风速度0.5 m/s，卷绕速度3 100 m/min。

1.2.2生物质石墨烯改性再生聚酯纤维的性能

表征

采用LLY-06E型电子单纤维强力仪，根据FZ/T 98009—2011《电子单纤维强力仪》，测试纤维断裂强度，夹持隔距为10 mm，拉伸速度20 mm/min，每个样品测试20次，取平均值。

参照标准GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价第三部分：振荡法》，测定了生物质石墨烯改性再生聚酯纤维对大肠杆菌、白色念珠菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率。

生物质石墨烯改性再生聚酯纤维的远红外性能，委托国家红外及工业电热产品质量监督检验中心测试，测试标准参照GB/T30127—2013《纺织品 远红外性能的检测和评价》。

利用激光多普勒血流仪测试生物质石墨烯改性再生聚酯纤维的微循环功能。

2 结果与分析

2.1 力学性能分析

186.7 dtex/72 F生物质石墨烯改性再生聚酯纤维和普通再生聚酯纤维的力学性能指标如下。其中，再生聚酯即生物质石墨烯改性再生聚酯纤维。

纤维种类 再生聚酯 普通再生聚酯

线密度偏差率/% 2.8 3.0

线密度CV/% 0.55 0.58

长度偏差率/% 0 0

断裂强度

/cN·dtex-14.5 4.0

断裂强度CV/% 2.2 2.3

断裂伸长率/% 24.3 23.3

断裂伸长率CV/% 4.2 4.0

卷曲收缩率/% 7.93 7.95

卷曲稳定度/% 77.3 77.0

由以上数据可知，生物质石墨烯改性再生聚酯纤维与普通再生聚酯纤维相比，力学性能得到一定的改善。这是由于生物质石墨烯组分表面具有大量极性官能团，可以增加无定形区分子链之间的相互作用，也与基体聚合物建立较强的相互作用，同时生物质石墨烯组分也具有承载外加负荷的作用，应力能通过两相界面传递，可以被均匀地分散，减小了应力集中的发生，使得纤维的力学性能有所改善。

2.2 抑菌性能测试

生物质石墨烯改性再生聚酯纤维对几种菌的抑菌率测试结果见表1。

表1 生物质石墨烯改性再生聚酯纤维对几种菌的抑菌率测试结果

石墨烯含量大肠杆菌/%白色念珠菌/%金黄色葡萄球菌/%00.5%1%759999709999729999

由表1可以看出，当石墨烯的添加量为0.5%或1%时，纤维对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌抑菌率都达到99%，远超过国家标准要求，具有良好的抑菌效果。文献[6]指出,纳米级的石墨烯对于细菌都有杀伤效果，这是因为纳米级的石墨烯本身是连成一串的碳原子，像一层很密实的布。他们提出三种机理：一是直接“砍”，石墨烯就如同锋利的刀，直接把细菌砍死；二是“饿死”细菌，把细菌包裹起来吸收不到营养，活活“饿死”；三是缓慢消亡，细菌将石墨烯吞噬，导致细菌缓慢消亡。

2.3 远红外性能测试

按照GB/T 30127—2013《纺织品 远红外性能的检测和评价》规定，对于絮片类、非织造类、毛绒类等疏松样品，若试样的远红外法向发射率不低于0.83%，且远红外辐射30 s时试样温升不小于1.7 ℃时，样品具有远红外功能。生物质石墨烯改性再生聚酯纤维远红外性能测试结果见表2。

表2 生物质石墨烯改性再生聚酯纤维远红外性能测试结果

石墨烯含量远红外发射率/%远红外温升/℃00.5%1%0.500.880.901.62.02.2

通过表2数据可以看出，当石墨烯的添加量大于0.5%时，生物质石墨烯改性再生聚酯纤维的远红外发射率和远红外温升均远大于国家标准要求，属于远红外功能材料。

2.4 微循环性能测试

生物质石墨烯改性再生聚酯纤维面料微循环性能测试结果见表3。

表3 生物质石墨烯改性再生聚酯纤维面料微循环性能指标

样品血流灌注量(PU值)皮肤表面温度/℃普通涤纶面料生物质石墨烯改性再生聚酯纤维面料6.297.6131.2532.49

由表3数据可以看出，与普通面料相比，生物质石墨烯改性再生聚酯纤维面料对人体血流灌注量(PU值)提升了21%，对皮肤表面温度提升了4%，说明生物质石墨烯改性再生聚酯纤维面料能够改善人体微循环，加快新陈代谢。

3 结论

(1)通过力学性能测试得出，添加一定量的生物质石墨烯对再生聚酯纤维的力学性能有一定的改善。

(2)抑菌性能测试表明，生物质石墨烯改性再生聚酯纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率都达到99%，具有良好的抑菌效果。

(3)远红外性能测试结果表明，生物质石墨烯改性再生聚酯纤维具有良好的远红外功能。

(4)微循环测试分析表明，生物质石墨烯改性再生聚酯纤维面料能够改善人体微循环、促进新陈代谢。