CN102643519A - 一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，属于化学纤维工业领域。其特征在于：将粒径为25nm-100nm、经过表面活性剂包覆分散处理的无机纳米抗紫外粉体，和粒径为25nm-100nm的有机纳米抗紫外粉体按照质量比例65%-100%：35%-0%混合成为复合纳米抗紫外粉体材料，然后将该复合纳米抗紫外粉体材料、分散剂、聚酯类载体按照质量比例10%-50%：0%-10%：90%-40%混合后，造粒而成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。本发明制备的抗紫外功能母粒，具有纺丝性能好和抗紫外性能好的优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，属于化学纤维工业领域。
背景技术：
涤纶纤维有许多优点如：强度高，耐磨性好，回弹性好，不易变形，易洗快干，价格便宜等，因此目前已发展成为成为世界纺织材料中产量最大、应用最广泛的合成纤维品种，大量用于衣料、床上用品、各种装饰布料、国防军工以及其他工业用纤维制品中，目前涤纶占世界合成纤维产量的60%以上。
从纺织面料发展趋势看，目前消费者对纺织品在吸湿透气、抗菌防紫外、手感舒适等方面提出了更高的需求，这种要求对于作为第一大纺织材料的涤纶也是一样的，比如作为仿真丝绸产品以及户外服装面涤纶料也需要具有较好的防紫外性能，因此，作为今后中高端纺织材料发展方向之一，超细、抗紫外功能的聚酯纤维无疑将是上述综合需求面料开发的一个合适的选择，它将以更低的生产成本和高的使用性能赢得更多消费者的认可。
从环境变化看，由于世界范围内氟利昂的大量使用，导致臭氧层严重破坏，紫外线辐射量剧增，因为过度的紫外线照射而引起的皮肤病正以每年5％的速度增长。因此，有效阻隔紫外线照射，对人们的身体健康保护将是非常重要。
紫外线约占全部光线的6％，主要由长波紫外线UVA(3l5～400nm)、中波紫外线UVB(280～315nm)和短波紫外线UVC(100～280 nm)三部分组成。在三种紫外线中，UVC含有的能量高，基本不能到达地面因此可以不予考虑。大于280nm的紫外光对人的皮肤非常有害，特别是波长为320-380nm的紫外光能够损害细胞，并引起皮肤发炎，最明显的后果就是晒伤皮肤，出现红斑疹，最严重的后果就是引发皮肤癌。
国外抗紫外线纺织品的开发研究兴起于20世纪80年代，90年代发展迅速，目前已开发出抗紫外线涤纶、锦纶、丙纶等品种，并已实现商品化。目前，国内外制备抗紫外涤纶织物主要采用常规涤纶织物后整理涂覆法和抗紫外功能聚酯纤维织造法。后整理涂覆法具有方便灵活、易于大批量生产等优点，但该法的缺点是织物手感变硬，穿着时有闷热感，织物的耐久性、耐洗性差。抗紫外聚酯纤维的织造加工方式所用抗紫外线功能的聚酯纤维目前已有较多开发，其改性方法有原位聚合法、熔融共混法以及将聚酯与紫外遮蔽剂制成芯鞘结构的抗紫外复合纤维。从经济、方便角度看，熔融共混加工方式是目前应用较多的技术。
对于共混法制备抗紫外线功能的超细聚酯纤维，急需要抗紫外性能良好的抗紫外材料，同时，也需要制成适合超细纤维纺丝的抗紫外母粒，其中抗紫外母粒所用的抗紫外剂必须采用小粒径如纳米尺寸的材料。但这会引起抗紫外材料粒子显著的凝聚，最终造成纺丝成形困难、组件周期短、抗紫外剂在纤维中分布不匀等问题。因此，制备具有抗紫外性能优良，同时适于超细聚酯纤维纺丝的超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒有其现实意义。
发明内容：
基于上述技术问题，本发明的目的在于提出一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，旨在通过纳米抗紫外材料、分散剂等的选择、复配以及抗紫外功能母粒的加工等技术的应用，制备出具有良好抗紫外性能、以及纺丝性能，能适于超细聚酯纤维纺丝用的纳米抗紫外功能母粒。
本发明为实现上述目的，所采取的技术方案如下：
一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：将粒径为25nm-100nm、经过表面活性剂包覆分散处理的无机纳米抗紫外粉体，和粒径为25nm-100nm的有机纳米抗紫外粉体按照质量比例65%-100%：35%-0%混合成为复合纳米抗紫外粉体材料，然后将该复合纳米抗紫外粉体材料、分散剂、聚酯类载体按照质量比例10%-50%：0%-10%：90%-40%混合后，造粒而成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。
进一步的设置在于：
无机纳米抗紫外粉体是由Ti02、ZnO、SiO2按照质量比例10%-45%：15%-55%：75%-0%混合而成。
所述的无机纳米抗紫外粉体包覆分散处理过程如下：将无机纳米抗紫外粉体与表面活性剂按质量比例92%-99.5%：8%-0.5%混合，采用超声振荡或机械研磨或两者联合处理的方式进行包覆分散处理，处理时间不少于2小时，制备出粒径为25nm-100nm的无机纳米抗紫外粉体。
所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、二氧乙酸酯钛酸酯、聚甲基丙烯酸、乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钠、三乙醇胺、聚乙二醇型表面改性剂的至少一种。
所述有机纳米抗紫外粉体为苯并三唑类、苯并三嗪类或苯酮类抗紫外粉体。
所述有机纳米抗紫外粉体在复合前进行包覆分散处理，包覆分散处理方法如下：将有机纳米抗紫外粉体与聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸按照质量比例85%-98%：15%-2%混配后，采用超声振荡或机械研磨或两者联合处理的方式进行包覆分散处理，处理时间不少于2小时，制备出粒径为25nm-100nm的有机纳米抗紫外粉体。
所述聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯、对苯二甲酸多元醇酯三种单体按照质量比例60%-100%：25%-0%：15%-0%共聚而成，该聚酯类载体的熔点为212℃-265℃。
按照无机纳米抗紫外粉体：表面活性剂按质量比例92～99.5%：8～0.5%混合，以超声振荡或机械研磨或两种方式联合进行包覆分散处理2h以上，制得粒径25～100nm 的无机纳米抗紫外粉体材料，然后将处理后的无机纳米抗紫外粉体材料按TiO2：ZnO：SiO2质量比列为10～45%：15～55%：75～0%进行混合；同时按苯并三唑类、三嗪类或苯酮类抗紫外粉体：聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸等链结构分散剂=85～98%：15～2%的质量比进行混合并经超声振荡或机械研磨或两种方式联合进行包覆分散处理后制备出的粒径为25～100nm的有机纳米抗紫外粉体材料；然后按无机纳米抗紫外粉体材料：有机纳米抗紫外粉体吸收剂按质量比例65～100%：35～0%混合成多元复合纳米抗紫外粉体材料；按对苯二甲酸乙二醇酯：间苯二甲酸二元醇酯：对苯二甲酸多元醇酯质量比例为60～100%：25～0%：15～0%聚合成聚酯类载体；最后按多元复合纳米抗紫外粉体材料：分散剂：聚酯类载体按质量比例10～50%：0～10%：90～40%混合并用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。
将Ti02和ZnO两种无机纳米抗紫外粉体分别用表面活性剂进行包覆分散处理，包覆分散处理方法如下：按无机纳米抗紫外粉体与十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇按质量比97：0.5：1.5的比例混合，经超声振荡处理25分钟后，再经机械研磨包覆分散处理3小时，制备得粒径为25nm-100nm无机纳米抗紫外粉体，将分别经包覆分散处理后的无机纳米抗紫外粉体Ti02和ZnO按照35%:65%的质量比例混合；将苯并三唑类抗紫外粉体与聚丙烯酸酯按质量比92:8混合，采用机械研磨方式进行包覆分散处理成有机纳米抗紫外粉体；然后，将混合后的Ti02、ZnO无机纳米抗紫外粉体、与有机纳米抗紫外粉体按照质量比例90%：10%混合成复合纳米抗紫外粉体材料；将复合纳米抗紫外粉体材料与分散剂、聚酯类载体按照质量比例35%：3%：62%混合，聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯、对苯二甲酸多元醇酯单体按质量比92：5：3聚合而成，用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。采用该功能母粒制得的抗紫外线聚酯纤维，用于加工薄型平纹组织织物，织物的UPF值≥45，紫外线屏蔽率达到98.5％。
将Ti02 、ZnO和SiO2三种无机纳米抗紫外粉体，经包覆分散处理后按照35:55:10的质量比例混合，包覆分散处理方法如下：按照十二烷基苯磺酸钠：聚乙二醇：乙烯基三乙氧基硅烷：无机纳米抗紫外粉体质量比例为0.5：1.0：1.5：97进行混合，经超声振荡处理25min后，再经机械研磨包覆分散处理3h，制备得粒径为25nm-100nm无机纳米抗紫外粉体；将苯酮类抗紫外粉体与聚丙烯酸酯按质量比95:5混合，采用机械研磨方式进行包覆分散处理成有机纳米抗紫外粉体；将混合好的Ti02 、ZnO和SiO2无机纳米抗紫外粉体与有机纳米抗紫外粉体按照质量比例85%：15%混合成复合纳米抗紫外粉体材料；然后将复合纳米抗紫外粉体材料与分散剂、聚酯类载体按照质量比例35%：3%：62%混合，聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯单体按质量比97：3聚合而成；用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。采用该功能母粒制得的抗紫外线聚酯纤维，用于加工薄型平纹组织织物，织物的UPF值≥45，紫外线屏蔽率达到99.3％。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将经过表面活性剂包覆处理的无机纳米抗紫外粉（屏蔽剂）和有机纳米抗紫外线粉体（吸收剂）按照最佳质量比例混合成为元复合纳米抗紫外粉体材料，并将其与分散剂、聚酯类载体材料进行复配和分散处理制备抗紫外功能母粒，不但有效地解决了纳米材料的再团聚问题，而且具有较高的抗紫外性能，满足了细旦聚酯纤维材料的纺丝加工要求。
2、将本发明制备的功能母粒进行单丝纤度0.5dtex及以下规格的聚酯纤维纺丝试验，结果表明：（1）、纺丝性能优良，由实验抗紫外线超细聚酯纤维所加工的薄型平纹组织织物的UPF值≥45；（2）、抗紫外效果佳：紫外线屏蔽率达到99.3％。
3、本发明的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒，经实验，所制备的抗紫外功能超细聚酯纤维及其相关纺织品，兼具良好的抗紫外性能和纤维性能，能满足中高端客户对抗紫外纤维和面料的消费需求。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1：
将无机纳米抗紫外粉体Ti02和ZnO分别用表面活性剂进行包覆分散处理，包覆分散处理过程如下：按无机纳米抗紫外粉体与十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇按质量比97：0.5：1.5的比例混合，经超声振荡处理25分钟后，再经机械研磨包覆分散处理3小时，制备得粒径为25nm-100nm无机纳米抗紫外粉体。将分别经包覆分散处理后的无机纳米抗紫外粉体Ti02和ZnO按照35%:65%的质量比例混合成复合纳米抗紫外粉体材料。将复合纳米抗紫外粉体材料与分散剂、聚酯类载体按质量比35：5：60混合，然后用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。分散剂为常规分散剂，聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯单体按质量比95:5聚合而成。
性能测试：将3.0%质量比的上述超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒用于110-143dtex/288f不同规格的聚酯纤维纺丝试验，测试结果表明：该功能母粒纺丝性能优良，所制得的抗紫外线聚酯纤维，用于加工薄型平纹组织织物，测试结果：该织物的UPF值≥40，紫外线屏蔽率达到95.7％。
实施例2：
制备方法同实施例1，区别在于无机纳米抗紫外粉体选择Ti02 、ZnO和SiO2三种无机纳米抗紫外粉体，经包覆分散处理后按照35:55:10的质量比例混合成复合纳米抗紫外粉体材料。包覆分散处理方法如下：按照十二烷基苯磺酸钠：聚乙二醇：乙烯基三乙氧基硅烷：无机纳米抗紫外粉体质量比例为0.5：1.0：1.5：97进行混合，经超声振荡处理25min后，再经机械研磨包覆分散处理3h。
性能测试：将2.5%质量比的上述超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒用于110-143dtex/288f不同规格的聚酯纤维纺丝试验，测试结果表明：该功能母粒纺丝性能优良，所制得的抗紫外线聚酯纤维，用于加工薄型平纹组织织物，测试结果：该织物的UPF值≥45，紫外线屏蔽率达到97.2％。
实施例3：
将Ti02和ZnO两种无机纳米抗紫外粉体分别用表面活性剂进行包覆分散处理，包覆分散处理方式以及处理后的混合质量比例同实施例1，将苯并三唑类抗紫外粉体与聚丙烯酸酯按质量比92:8混合，采用机械研磨方式进行包覆分散处理成有机纳米抗紫外粉体；然后，将混合后的Ti02、ZnO无机纳米抗紫外粉体、与有机纳米抗紫外粉体按照质量比例90%：10%混合成复合纳米抗紫外粉体材料。将复合纳米抗紫外粉体材料与分散剂、聚酯类载体按照质量比例35%：3%：62%混合，并用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。分散剂为常规分散剂，聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯、对苯二甲酸多元醇酯单体按质量比92：5：3聚合而成。
性能测试：将2.3%质量比的上述超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒用于110-143dtex/288f不同规格的聚酯纤维纺丝试验，结果表明：该功能母粒纺丝性能优良，所制得的抗紫外线聚酯纤维，用于加工薄型平纹组织织物，测试结果：织物的UPF值≥45，紫外线屏蔽率达到98.5％。
实施例4：
将Ti02 、ZnO和SiO2三种无机纳米抗紫外粉体分别用表面活性剂进行包覆分散处理，包覆分散处理方式以及处理后的混合质量比例同实施例2，将苯酮类抗紫外粉体与聚丙烯酸酯按质量比95:5混合，采用机械研磨方式进行包覆分散处理成有机纳米抗紫外粉体；混合后的无机纳米抗紫外粉体与有机纳米抗紫外粉体按照质量比例85%：15%混合成复合纳米抗紫外粉体材料。将复合纳米抗紫外粉体材料与分散剂、聚酯类载体按照质量比例35%：3%：62%混合，并用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。分散剂为常规分散剂，聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯单体按质量比97：3聚合而成。
性能测试：将2.5%质量比的上述超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒用于110-143dtex/288f不同规格的聚酯纤维纺丝试验，结果表明：该功能母粒纺丝性能优良，所制得的抗紫外线聚酯纤维，用于加工薄型平纹组织织物，测试结果：织物的UPF值≥45，紫外线屏蔽率达到99.3％。
Claims (10)
1.一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：将粒径为25nm-100nm、经过表面活性剂包覆分散处理的无机纳米抗紫外粉体，和粒径为25nm-100nm的有机纳米抗紫外粉体按照质量比例65%-100%：35%-0%混合成为复合纳米抗紫外粉体材料，然后将该复合纳米抗紫外粉体材料、分散剂、聚酯类载体按照质量比例10%-50%：0%-10%：90%-40%混合后，造粒而成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。
2.根据权利要求1所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：无机纳米抗紫外粉体是由Ti02、ZnO、SiO2按照质量比例10%-45%：15%-55%：75%-0%混合而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：所述的无机纳米抗紫外粉体包覆分散处理过程如下：将无机纳米抗紫外粉体与表面活性剂按质量比例92%-99.5%：8%-0.5%混合，采用超声振荡或机械研磨或两者联合处理的方式进行包覆分散处理，处理时间不少于2小时，制备出粒径为25nm-100nm的无机纳米抗紫外粉体。
4.根据权利要求1或2所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、二氧乙酸酯钛酸酯、聚甲基丙烯酸、乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钠、三乙醇胺、聚乙二醇型表面改性剂的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：所述有机纳米抗紫外粉体为苯并三唑类、苯并三嗪类或苯酮类抗紫外粉体。
6.根据权利要求1或5所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：所述有机纳米抗紫外粉体在复合前进行包覆分散处理，包覆分散处理方法如下：将有机纳米抗紫外粉体与聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸按照质量比例85%-98%：15%-2%混配后，采用超声振荡或机械研磨或两者联合处理的方式进行包覆分散处理，处理时间不少于2小时，制备出粒径为25nm-100nm的有机纳米抗紫外粉体。
7.根据权利要求1所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：所述聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯、对苯二甲酸多元醇酯三种单体按照质量比例60%-100%：25%-0%：15%-0%共聚而成，该聚酯类载体的熔点为212℃-265℃。
8.根据权利要求1所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：按照无机纳米抗紫外粉体：表面活性剂按质量比例92～99.5%：8～0.5%混合，以超声振荡或机械研磨或两种方式联合进行包覆分散处理2h以上，制得粒径25～100nm 的无机纳米抗紫外粉体材料，然后将处理后的无机纳米抗紫外粉体材料按TiO2：ZnO：SiO2质量比列为10～45%：15～55%：75～0%进行混合；同时按苯并三唑类、三嗪类或苯酮类抗紫外粉体：聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸等链结构分散剂=85～98%：15～2%的质量比进行混合并经超声振荡或机械研磨或两种方式联合进行包覆分散处理后制备出的粒径为25～100nm的有机纳米抗紫外粉体材料；然后按无机纳米抗紫外粉体材料：有机纳米抗紫外粉体吸收剂按质量比例65～100%：35～0%混合成多元复合纳米抗紫外粉体材料；按对苯二甲酸乙二醇酯：间苯二甲酸二元醇酯：对苯二甲酸多元醇酯质量比例为60～100%：25～0%：15～0%聚合成聚酯类载体；最后按多元复合纳米抗紫外粉体材料：分散剂：聚酯类载体按质量比例10～50%：0～10%：90～40%混合并用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。
9.根据权利要求1所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：将Ti02和ZnO两种无机纳米抗紫外粉体分别用表面活性剂进行包覆分散处理，包覆分散处理方法如下：按无机纳米抗紫外粉体与十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇按质量比97：0.5：1.5的比例混合，经超声振荡处理25分钟后，再经机械研磨包覆分散处理3小时，制备得粒径为25nm-100nm无机纳米抗紫外粉体，将分别经包覆分散处理后的无机纳米抗紫外粉体Ti02和ZnO按照35%:65%的质量比例混合；将苯并三唑类抗紫外粉体与聚丙烯酸酯按质量比92:8混合，采用机械研磨方式进行包覆分散处理成有机纳米抗紫外粉体；然后，将混合后的Ti02、ZnO无机纳米抗紫外粉体、与有机纳米抗紫外粉体按照质量比例90%：10%混合成复合纳米抗紫外粉体材料；将复合纳米抗紫外粉体材料与分散剂、聚酯类载体按照质量比例35%：3%：62%混合，聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯、对苯二甲酸多元醇酯单体按质量比92：5：3聚合而成，用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。
10.根据权利要求1所述的一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，其特征在于：将Ti02 、ZnO和SiO2三种无机纳米抗紫外粉体，经包覆分散处理后按照35:55:10的质量比例混合，包覆分散处理方法如下：按照十二烷基苯磺酸钠：聚乙二醇：乙烯基三乙氧基硅烷：无机纳米抗紫外粉体质量比例为0.5：1.0：1.5：97进行混合，经超声振荡处理25min后，再经机械研磨包覆分散处理3h，制备得粒径为25nm-100nm无机纳米抗紫外粉体；将苯酮类抗紫外粉体与聚丙烯酸酯按质量比95:5混合，采用机械研磨方式进行包覆分散处理成有机纳米抗紫外粉体；将混合好的Ti02 、ZnO和SiO2无机纳米抗紫外粉体与有机纳米抗紫外粉体按照质量比例85%：15%混合成复合纳米抗紫外粉体材料；然后将复合纳米抗紫外粉体材料与分散剂、聚酯类载体按照质量比例35%：3%：62%混合，聚酯类载体为对苯二甲酸乙二醇酯、间苯二甲酸二元醇酯单体按质量比97：3聚合而成；用双螺杆色母粒造粒机制备成超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒。
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