原位聚合制备PET/Cu2O纳米复合树脂及其纤维抗菌性能研究

摘要

工业化大量生产的聚酯纤维(PET)俗称涤纶，是合成纤维的第一大品种。PET纤维具有许多优良的性能，如耐皱性、弹性、尺寸稳定性、电绝缘性以及耐弱酸弱碱性等。随着科学技术的快速发展,人们对身体健康和卫生保健的意识愈来愈强,因而对抗菌纤维及其纺织品提出了更高的要求。无机抗菌材料中的铜系纳米材料价格较低，抗菌效果较为显著、且安全性高，特别是其具有高温稳定的性质，使其在熔融纺丝制备抗菌纤维中得到越来越多的重视。但是常规的共混法制备复合树脂会造成纳米粒子严重的团聚现象，团聚体失去纳米特性，导致纳米粒子的抗菌性能减弱甚至是消失。本课题针对常规共混法及其纤维过程中存在较为严重团聚现象而导致抗菌效果低的问题，采用了原位聚合的方法，制备PET/Cu2O纳米复合树脂并纺成其纤维，并比较其与共混法制备的树脂及纤维在结构、性能上的差异。课题主要的工作内容如下：
　　1.直接酯化合成聚酯过程中采用原位聚合的方法制备了纳米Cu2O添加比例分别为0.2％、0.4%、0.6%的PET/Cu2O纳米复合树脂。另一方面，合成纯PET并与不同比列的纳米Cu2O共混，通过双螺杆挤出机造粒，制备了PET/Cu2O纳米复合树脂。分析了纳米Cu2O的加入对聚合反应的影响，且对原位聚合、共混法制得的复合树脂的结构性能进行测试对比。聚合工艺参数表明，纳米Cu2O的加入对聚合反应的酯化、缩聚过程均不产生影响。红外测试表明，共混法制备的复合树脂其分子结构中存在更多的端羧基。SEM分析复合树脂断面表明，相比于共混法制备的复合树脂，纳米Cu2O在原位聚合制备的复合树脂的断面上分布更均匀且团聚现象不明显、分散性好。粘度测试结果表明，与原位聚合制备的复合树脂相比，共混法制备的复合树脂其粘度值下降约13%，且纳米Cu2O添加比例越高，粘度下降的幅度越大。
　　2.分别对两种不同制备方法、三种不同纳米Cu2O添加比例的复合树脂进行熔融纺丝，制备了六种PET/Cu2O纳米复合纤维。并对两种制备方法制得树脂所纺的复合纤维的结构性能进行测试对比。SEM分析纤维表面形态结果表明，大多数纳米Cu2O被包覆在PET纤维之中，且相比于原位聚合制备树脂所纺的纤维，共混法树脂所纺的复合纤维，纳米Cu2O在其表面分布不均匀，部分密集、部分稀疏，且团聚体的数量更多、尺寸较大，部分达到2～3μm。单丝强度测试仪结果显示，随着纳米Cu2O添加比例的增大，复合纤维断裂强度均减小，且相同纳米Cu2O添加比例的复合树脂，原位聚合法制备树脂所纺的纤维其强度比共混树脂制备的纤维高47%至72%。将复合纤维制备成相同密度的织布，进行抗菌性能测试，实验结果表明，PET/Cu2O纳米复合纤维具有良好的抗菌性，当纳米Cu2O含量在0.2%时即具有96.9%以上的抗菌率，且原位聚合制备的纤维，其抗菌效果更好：当纳米Cu2O添加比例为0.2%时，即有99.73%的抗菌率；添加比例为0.6%时，达到99.96%的抗菌率。

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第一章 绪论

1.1 PET纤维简介

1.1.1 概述

1.1.2 PET纤维结构与性能

1.1.3 聚酯纤维的应用

1.2 国内外抗菌材料发展介绍

1.2.1 抗菌材料的发展及其种类

1.2.2抗菌剂的抗菌机理

1.3 抗菌纤维介绍

1.3.1 抗菌纤维的概念及在国内的发展

1.3.2 抗菌纤维对抗菌剂的要求

1.4 抗菌聚酯纤维的生产方法

1.4.1 化学改性表面接枝法

1.4.2 母粒纺丝法

1.4.3 复合纺丝技术

1.4.4 后处理法

1.4.5 光催化抗菌技术

1.5 我国抗菌PET纤维发展及存在的问题

1.5.1 我国抗菌PET纤维的发展

1.5.2 抗菌纤维及织物在制造与应用中存在的问题

1.6本课题的研究内容及意义

第二章 PET/Cu2O复合树脂的制备及性能研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验设计思路及流程

2.2.1 实验原料与仪器设备

2.2.3 PET/Cu2O复合树脂的制备

2.2.4 结构与性能的测试及表征

2.3 结果与分析

2.3.1 PET/Cu2O纳米复合树脂热学性能分析

2.3.2 PET/Cu2O纳米复合树脂热稳定性分析

2.3.3 PET/Cu2O纳米复合树脂断面分散性分析

2.3.4 PET/Cu2O纳米复合树脂红外分析

2.3.5 PET/Cu2O纳米复合树脂粘度分析

2.4 本章小结

第三章 PET/Cu2O纳米复合纤维的制备及性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验仪器及设备

3.2.3 PET/Cu2O纳米复合纤维的制备

3.2.4 PET/Cu2O复合纤维结构与性能的测试及表征

3.3 结果与分析

3.3.1 PET/Cu2O纳米复合纤维热稳定性分析

3.3.2 PET/Cu2O纳米复合纤维表面的分散性分析

3.3.3 PET/Cu2O复合纤维的结晶度分析

3.3.4 PET/Cu2O复合纤维的取向度分析

3.3.5 PET/Cu2O复合纤维的力学性能分析

3.3.6 PET/Cu2O复合纤维的抗菌性能分析

3.4本章小结

第四章 全文总结及展望

参考文献

致谢