CN101597810A - 一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，包括：(1)将烘干的聚丙烯基体和掺杂氧化物粉体混合均匀；(2)将双螺杆挤出机的温度调节至160－220℃，加入上述混合粉体，挤出，冷却，切粒，得到纺丝的母粒；(3)将母粒加入纺丝机，得到初生丝；(4)将上述初生丝牵伸，牵伸倍率为2－6倍，即得。本发明的制备方法生产设备简单，易于工业化生产，制得的复合功能纤维具有电磁波吸收，降低红外发射率，抗菌，抗紫外，防老化等功能，可以广泛应用在防电磁波辐射，抗菌抗老化抗静电纺织品等各种领域。

Description

一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法

技术领域

本发明属复合功能纤维的制备领域，特别是涉及一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法。

背景技术

随着科技的发展和社会的进步，电磁辐射成为了另外一种污染源，危害了人的健康，另外人们对纺织品的要求也逐渐提高，因此开发具有电磁波吸收，抗菌，抗静电，抗紫外的功能纤维已经十分的必要。

例如专利CN1442518A将TiO₂，CuS等纳米抗菌粉体和粘胶纤维等复合制备得到了抗菌纤维，专利CN1278032A报道了将金属镍等纳米金属颗粒和涤纶复合制的抗静电抗紫外功能纤维的，Journal of Polymer Research(2007)14：107-113报道了将钡铁氧体和锰锌铁氧体和聚丙烯复合制得电磁波吸收纤维，但是兼具这些功能纤维还未见报道，掺杂氧化物半导体功能粉体的出现为这种复合功能纤维提供了可能。

In₂O₃，SnO₂，ZnO等宽带半导体材料由于其特殊的光学和电学性能，近年来受到了广泛的关注。由半导体连续光谱理论，可见光和红外波段的光波在半导体中的传播特性与等离子频率ωp密切相关，等离子频率的定义式为：

相应的等离子波长为：

${\mathrm{\λ}}_p=\frac{2\mathrm{\πc}}{e}{\left(\frac{m*{\mathrm{\ϵ}}_0}{N}\right)}^{\frac{1}{2}}$

式中，m^*为自由载流子的有效质量，ε₀为介电常数，e为电子电荷，N为材料中载流子的密度，c为真空光速。

半导体对电磁波的反射与电磁波的波长有关，当入射光的λ＜λp(即ω＞ωp)时，半导体具有电介质的特性，有很高的透过率，很低的反射率。当入射光的λ＞λp(即ω＜ωp)时，半导体具有金属的特性，有很高的反射率。而半导体的λp主要取决于载流子的浓度N，从理论上来讲，当向相应的基体材料中掺杂相应的高价离子，如向In₂O₃中掺杂Sn元素，向SnO₂中添加Sb元素，向ZnO中添加Al元素后，材料的载流子的浓度N有了数量级的提高，电导率也有数量级的提高。掺杂氧化物半导体由于电极化和传导损耗，又对微波有介电损耗，因此ITO，ATO，ZAO具有很多特殊的光学和电学的性质，例如电磁波吸收，抗紫外，可见光透过等功能。将掺杂氧化物半导体应用于纺织品用纤维领域未见报道。

聚丙烯纤维的资源丰富，生产成本低，其密度小，耐化学腐蚀性好，无毒，耐虫蛀，在产业和服装领域有广泛的应用。但是聚丙烯也有一些缺点，例如抗紫外抗静电的性能较差，易老化等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，该制备方法生产设备简单，易于工业化生产，制得的复合功能纤维具有电磁波吸收，降低红外发射率，抗菌，抗紫外，防老化等功能，可以广泛应用在防电磁波辐射，抗菌抗老化抗静电纺织品等各种领域。

本发明的一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，包括：

(1)将烘干的聚丙烯基体和掺杂氧化物粉体，其重量比为99.9∶0.1-70∶30，预混合均匀；

(2)将双螺杆共混挤出机各段的温度调节至160-220℃，加入预混合好的粉体放入双螺杆挤出机挤出，经过水浴冷却后经过切粒，得到纺丝的母粒；

(3)将母粒加入复合纺丝机，纺丝温度为190-250℃，喷丝板为28-64孔，喷丝孔直径为0.2-0.5mm，熔融纺丝的卷绕速度为300-600m/min，得到初生丝；

(4)将得到的初生丝，用平行牵伸机进行牵伸，牵伸工艺为，牵伸倍率为2-6倍，平行牵伸机前辊加热温度为70-90℃，中间蒸汽加热温度为100-110℃，得到复合功能纤维。

所述步骤(1)聚丙烯基体为具有可纺性的聚丙烯PP。

所述步骤(1)掺杂氧化物粉体为掺铝氧化锌ZAO、掺锡氧化铟ITO或掺锑氧化锡ATO粉体，其中ZAO中Zn∶Al的摩尔比为99∶1-90∶10，ITO中In∶Sn的摩尔比为99∶1-90∶10，ATO中Sn∶Sb的摩尔比为99∶1-90∶10，掺杂氧化物粉体粒径为0.01-1μm，可以通过喷丝孔，满足纺丝的需要。

所述步骤(1)掺杂氧化物粉体的添加量为0.1％wt-30％wt。

所述步骤(1)掺杂氧化物粉体可以未经过表面处理，也可以通过硅烷偶联剂，钛酸脂偶联剂，硬脂酸钠等进行表面有机化改性处理。

有益效果

(1)本发明的制备方法生产设备简单，易于工业化生产；

(2)本发明制得的复合功能纤维具有电磁波吸收，降低红外发射率，抗菌，抗紫外，防老化等功能，可以广泛应用在防电磁波辐射，抗菌抗老化抗静电纺织品等各种领域。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将烘干的PP粉料和ZAO(Zn∶Al摩尔比为95∶5，粒径为100-200nm)粉体，按照重量比为95∶5的重量比预混合均匀后，放入九段控温的双螺杆中，从加料口到出料口各段的温度依次为170℃，185℃，200℃，210℃，220℃，210℃，200℃，190℃，180℃，共混挤出，经过切粒机切粒，得到母粒，然后将母粒烘干，加入熔融纺丝机，进行纺丝，纺丝头孔径为0.3mm，纺丝头为28孔，纺丝温度为230℃，纺丝速度为400m。初生丝然后用平行牵伸机进行牵伸，牵伸倍数为3.3倍，牵伸机的前辊温度为70℃，加热温度为100℃。经牵伸后，得到PP/ZAO复合功能纤维。

实施例2

将烘干的PP粉料和ITO(In∶Sn摩尔比为90∶10，粒径为50-100nm)粉体，按照重量比为97∶3的重量比预混合均匀后，放入五段控温的双螺杆中，从加料口到出料口各段的温度依次为170℃，210℃，215℃，220℃，，180℃，共混挤出，经过切粒机切粒，得到母粒，然后将母粒烘干，加入熔融纺丝机，进行纺丝，纺丝头孔径为0.3mm，纺丝头为48孔，纺丝温度为240℃，纺丝速度为400m。初生丝然后用平行牵伸机进行牵伸，牵伸倍数为4倍，牵伸机的前辊温度为70℃，加热温度为100℃。经牵伸后，得到具有低红外发射率的纤维。

实施例3

将烘干的PP粉料和ATO(Sn∶Sb摩尔比为97∶3，粒径为50-100nm)粉体，按照重量比为99∶1的重量比预混合均匀后，放入九段控温的双螺杆中，加料口到出料口各段的温度依次为170℃，185℃，200℃，210℃，220℃，210℃，200℃，190℃，180℃，共混挤出，经过切粒机切粒，得到母粒，然后将母粒烘干，加入熔融纺丝机，进行纺丝，纺丝头孔径为0.3mm，纺丝头为36孔，纺丝温度为235℃，纺丝速度为400m。初生丝然后用平行牵伸机进行牵伸，牵伸倍数为4倍，牵伸机的前辊温度为70℃，加热温度为100℃。经牵伸后，得到具有低红外发射率的纤维。纺丝，牵伸后，得到具有低红外发射率的纤维。

Claims (6)

1.一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，包括：

(1)将烘干的聚丙烯基体和掺杂氧化物粉体混合均匀，其重量比为99.9∶0.1-70∶30；

(2)将双螺杆挤出机的温度调节至160-220℃，加入上述混合粉体，挤出，冷却，切粒，得到纺丝的母粒；

(3)将母粒加入纺丝机，纺丝温度为190-250℃，喷丝板为28-62孔，喷丝孔直径为0.2-0.5mm，熔融纺丝的卷绕速度为300-600m/min，得到初生丝；

(4)将上述初生丝牵伸，牵伸倍率为2-6倍，即得。

2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)聚丙烯基体为具有可纺性的聚丙烯PP。

3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)掺杂氧化物粉体为掺铝氧化锌ZAO、掺锡氧化铟ITO或掺锑氧化锡ATO粉体，其中ZAO中Zn∶Al的摩尔比为99∶1-90∶10，ITO中In∶Sn的摩尔比为99∶1-90∶10，ATO中Sn∶Sb的摩尔比为99∶1-90∶10，掺杂氧化物粉体粒径为0.01-1μm。

4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)掺杂氧化物粉体通过沉淀法、水热反应法、溶胶-凝胶法、气相法制备。

5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)掺杂氧化物粉体通过硅烷偶联剂，钛酸脂偶联剂或硬脂酸钠进行表面有机化改性处理。

6.根据权利要求1所述的一种聚丙烯/掺杂氧化物复合功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)牵伸机前辊加热温度为70℃，中间蒸汽加热温度为100℃。