[发明专利]改性二氧化钛纳米管、导电母粒和纤维、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种改性二氧化钛纳米管、导电母粒和纤维、制备方法及应用。该改性二氧化钛纳米管的制备方法包括下述步骤：(1)二氧化钛纳米管浆液、“含有锡盐和锑盐的溶液”与碱溶液进行共沉淀反应，所得固体经煅烧，制得导电钛纳米管；二氧化钛纳米管浆液中二氧化钛纳米管的长径比为(20‑2000)：1，共沉淀反应的pH值为不大于5；(2)导电钛纳米管和改性剂进行混合反应，即得改性二氧化钛纳米管；其中，改性剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。本发明的改性二氧化钛纳米管，原料成本低，比电阻低，白度高；制备方法简单；用于制备导电纤维添加比重较低，导电纤维的导电效果好，颜色浅，断裂强度相对高。

技术领域

本发明具体涉及一种改性二氧化钛纳米管、导电母粒和纤维、制备方法及应用。

背景技术

二氧化钛俗称钛白粉，是一种无毒无害的白色无机氧化物半导体材料，具有遮盖性好、着色力强、化学性质稳定以及最佳光亮度等优良的理化性能，且廉价易得对人体无剌激，因此被广泛的应用于涂料、塑料、橡胶、造纸等领域。

目前，国内外关于透明、浅色的无机导电粉体的开发研究非常活跃，一般以重晶石、石英粉、钛白粉、氧化锌、云母粉等为核体，通过表面包覆导电ATO(掺Sb的SnO₂)、ITO(掺Sn的In₂O₃)、FTO(掺F的SnO₂)的方法来制备无机复合导电粉体。其中导电钛白粉可制成近白色及其他浅色的永久性导电、防静电制品，在白度要求较高的场合尤为适用。在化纤领域，钛白粉表面包覆导电ATO作为导电填料用，在赋予纤维基体导电以及抗静电性能的同时，还能发挥对光的散射作用，实现对纤维消光的效果。因此，浅色导电钛白粉在化纤领域具有广泛的应用前景。

由于钛白粉具有不同的形貌，因此导电钛白粉作为导电填料时主要有球形以及棒状形貌等结构。其中球形导电钛白粉在纤维中用作导电填料时：添加含量较高，分散性较差，不适合高速纺丝条件下的牵伸，纺丝过程易断头，纺丝纤维强度差；棒状导电粉体在纤维中用作导电填料时，相对于球形结构，其具有一定的长径比，易在纤维基体中形成导电通路，添加含量相对低，但是其尺寸较大，在长时间纺丝过程中会增加纺丝组件压力，且造粒以及纺丝工艺过程中会部分程度破坏其棒状结构，从而影响其导电效果。

因此，上述问题亟待解决。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有技术中球形导电钛白粉的高添加量所引起的可纺性差和容易断裂的缺陷，以及棒状导电钛白粉在造粒过程中由于尺寸较大，长时间纺丝过程中纺丝组件压力较大，形貌破坏、影响产品导电性能的缺陷，从而提供一种改性二氧化钛纳米管、导电母粒和纤维、制备方法及应用。本发明制备的改性二氧化钛纳米管具有导电性能好，白度高的优点；改性二氧化钛纳米管在制备导电纤维时，导电纤维的比电阻低、白度高、纤维强度高，改性二氧化钛纳米管的添加量少，造粒和纺丝过程中改性二氧化钛纳米管的结构不易被破坏。

目前，二氧化钛纳米管主要应用于光催化、气敏传感器材料、光裂解水的材料和新功能复合纳米材料等方面，由于二氧化钛纳米管的分散性较差，表面难以均匀包覆，因此目前还未有人将其用于制备导电填料。本申请发明人经过不断的探索及实验，发现长径比在特定范围内的二氧化钛纳米管在特定pH值的溶剂中有很好的分散效果，此时通过对溶液中金属盐离子的含量和包覆工艺的控制，可以二氧化钛纳米管表面形成均匀的包覆层；另外，加入改性剂可以提高二氧化钛纳米管在成纤聚合物中的分散性及其与成纤聚合物的界面相容性。这样制备得到的改性二氧化钛纳米管在添加比重较低的情况下，不仅能实现更好的导电效果，而且在造粒和纺丝过程中不易断裂，更能保持自身形貌，有助于发挥其导电性能。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种改性二氧化钛纳米管的制备方法，其包括下述步骤：