CN103668527A

CN103668527A - 硫氧化钇红色长余辉聚丙烯纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN103668527A
Application number: CN201210355101.1A
Authority: CN
Inventors: 罗军; 刘燕; 杨慧; 高鑫
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及一种稀土硫氧化钇红色长余辉聚丙烯发光纤维及其制造方法。其特征是纤维的组成由90～96wt％的聚丙烯纺丝原料、3～10wt％的稀土硫氧化钇发光材料及少于1wt％的纳米功能助剂构成；将上述原料制成的发光母粒按比例与聚丙烯切片混合，经一定时间和温度的烘燥后，经特殊纺丝工艺，利用螺杆挤出机进行纺丝卷绕，制成POY丝，该POY丝可经加弹制成DTY丝或经牵伸制成FDY丝。利用本方法制得的聚丙烯纤维可经日光或荧光激发后，发出波长为600～720nm的红色余辉，其余辉初始亮度为2～3cd/m²，余辉寿命可达4～6小时，且该发光纤维无毒无害，对人体和环境无任何不良影响。

Description

硫氧化钇红色长余辉聚丙烯纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及纺织产品与技术领域，具体地说是一种稀土硫氧化钇红色长余辉聚丙烯发光纤维及其制备工艺。

背景技术

长余辉发光纤维也称夜光纤维，是一种以涤纶、锦纶或丙纶树脂为基材，通过添加稀土长余辉发光材料、纳米级功能助剂，经特殊纺丝工艺制成的光致蓄能型发光纤维。该纤维绿色、环保、节能，可广泛应用于航空航海、国防工业、建筑装潢、交通运输、夜间作业及服饰等领域。目前生产的夜光纤维主要以发出蓝色和黄绿色光为主，其发光亮度和余辉时间等发光性能已达到实际应用的需要，并已实现工业化生产。而红色长余辉纤维一直处于研发阶段，主要是其余辉时间及亮度等性能指标与蓝色和黄绿色材料存在较大差距，无法达到实际应用的要求。

随着稀土长余辉发光材料研究的进展，红色长余辉发光材料的余辉性能已得到较大突破，特别是稀土硫氧化钇发光材料，其主发射峰位于627nm附近，呈现纯红色发光，余辉时间达到5小时以上，激发光的范围也很广，达到200nm～500nm，已基本能够满足实际应用的需要，并开始商业化生产。因此，开发稀土红色夜光纤维已成为可能，此种光色的夜光纤维可以有效弥补现有夜光纤维光色的不足，极大拓展稀土夜光纤维的应用范围。

发明内容

本发明的目的是寻求一种稀土硫氧化钇红色长余辉聚丙烯纤维的制备工艺，并在此工艺下制备出稀土硫氧化钇红色长余辉聚丙烯发光纤维。该纤维可经日光或荧光照射1～10min后，发出波长为600～720nm的红色余辉，余辉寿命达4～6小时。且该纤维无毒无害，对人体和环境无任何危害，属于环保绿色纤维。

其制备的主要技术方案是：将纺丝专用聚丙烯切片在100～120℃的温度下经15～20小时的烘燥后，按20～35wt％的比例加入粒径小于10um的Y₂O₂S:Eu³⁺，Mg²⁺，Ti⁴⁺发光材料，再加入流动稳定剂0.01～0.03wt％、氧化稳定剂0.02～0.04wt％、抗氧化剂0.01～0.05wt％、交联剂0.03～0.04wt％、分散剂0.1～0.5wt％，然后在180～220℃的温度下熔融、铸带、切粒，制成母粒，其中流动稳定剂、氧化稳定剂、抗氧化剂、交联剂、分散剂为纳米级助剂。

将上述发光母粒与聚丙烯切片按比例配制成纺丝原料，使得最终纺丝原料中含有3～10wt％的稀土硫氧化钇发光材料与90～96wt％的聚丙烯成分，在100～120℃的温度下经15～20小时的烘燥后，在螺杆挤出机中以220～280℃的熔融温度，2500～3000米/分的卷绕速度进行纺丝卷绕，制成稀土发光POY长丝，该POY丝可经加弹制成DTY丝或经牵伸制成FDY丝。

本发明的稀土硫氧化钇聚丙烯纤维属于一种光致蓄能型发光纤维，其发光原理为：稀土发光纤维在可见光或紫外光激发下，稀土材料中的Eu²⁺离子的4f⁷基态电子被激发到4f⁶5d¹高能态，在激发停止后，受硫氧化钇晶格热扰动作用，大量浅陷阱能级中的电子迅速逃逸返回基态，形成初始余辉(发光)，而深陷阱能级中的电子数少，逃逸概率小，最终形成长余辉现象。

本发明的优点在于：

(1)采用稀土硫氧化钇发光材料作为纤维的发光源。该发光材料的主发射峰位于627nm附近，呈现纯红色发光，激发光的范围较广，达到200nm～500nm，且该材料无放射性，对人体安全无害。

(2)制作发光母粒时加入纳米级功能助剂及粒径为1～10um的超细发光粉体，使各组分在发光母粒中具有优良的分散性和稳定性，保证了纤维的连续可纺性。

(3)在制备POY丝时，采用了较常规更低的熔体温度，减少了纤维中长链分子受高温降解的影响，保证了纤维的机械力学性能。

具体实施方式

实施例一

将聚丙烯切片在100℃的温度下经19小时的烘燥后，按30wt％的比例加入稀土硫氧化钇发光粉体，再加入流动稳定剂脂肪酸单甘油酯0.03％、氧化稳定剂亚磷酸三苯酯0.04％、抗紫外线剂苯并三唑0.05％、交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.04％、分散剂硬脂酸钡0.3％，然后在200℃的温度下熔融、铸带、切粒，制成母粒，其中由流动稳定剂、氧化稳定剂、抗紫外线剂、交联剂组成的助剂为纳米级；

将上述制造的发光母粒与聚丙烯切片按1∶3质量比配制成纺丝原料，在100℃的温度下经19小时的烘燥后，在螺杆挤出机中以260℃的熔融温度，2900米/分的卷绕速度进行纺丝卷绕，制成稀土发光POY长丝。

实施例二

将聚丙烯切片在110℃的温度下经17小时的烘燥后，按25wt％的比例加入稀土硫氧化钇发光粉体，再加入流动稳定剂脂肪酸单甘油酯0.02％、氧化稳定剂亚磷酸三苯酯0.03％、抗紫外线剂苯并三唑0.03％、交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.03％、分散剂硬脂酸钡0.2％，然后在190℃的温度下熔融、铸带、切粒，制成母粒，其中由流动稳定剂、氧化稳定剂、抗紫外线剂、交联剂组成的助剂为纳米级；

将上述制造的发光母粒与聚丙烯切片按1∶3.5质量比配制成纺丝原料，在110℃的温度下经17小时的烘燥后，在螺杆挤出机中以240℃的熔融温度，2700米/分的卷绕速度进行纺丝卷绕，制成稀土发光POY长丝。

再将上述POY纤维在高速弹力丝机上进行加工，其中上热箱温度为180℃，下热箱温度为160℃，欠倍为1.65，假捻摩擦片速度与丝速之比为1.8，车速为600米/分，一欠喂为-8.5％，二欠喂为-5％，油轮转速为1.8转/分，假捻器组合为1-6-1的情况下进行加弹，制得聚丙烯DTY长丝。

实施例三

将纺丝专用聚丙烯切片在120℃的温度下经15小时的烘燥后，按20wt％的比例加入稀土硫氧化钇发光粉体，再加入流动稳定剂脂肪酸单甘油酯0.01％、氧化稳定剂亚磷酸三苯酯0.02％、抗紫外线剂苯并三唑0.01％、交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.03％、分散剂硬脂酸钡0.1％，然后在185℃的温度下熔融、铸带、切粒，制成母粒，其中由流动稳定剂、氧化稳定剂、抗紫外线剂、交联剂组成的助剂为纳米级；

将上述制造的发光母粒与聚丙烯切片按1∶4质量比配制成纺丝原料，在120℃的温度下经15小时的烘燥后，在螺杆挤出机中以220℃的熔融温度，2500米/分的卷绕速度进行纺丝卷绕，制成稀土发光POY长丝。

Claims

1.一种稀土硫氧化钇红色长余辉聚丙烯发光纤维，其特征在于：该纤维由90～96wt％的聚丙烯纺丝原料、3～10wt％的稀土硫氧化钇发光材料以及不到1wt％的纳米功能助剂构成，该纤维可经日光或荧光激发，发出红色长余辉，且该发光纤维无毒无害、无放射污染，对人体和环境无任何不良影响。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯发光纤维，其特征在于：所述稀土硫氧化钇发光材料为Y₂O₂S:Eu³⁺，Mg²⁺，Ti⁴⁺，基质为硫氧化钇晶相，粒径小于10um。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯发光纤维，其特征在于：发光母粒中的纳米功能助剂包括流动稳定剂0.01～0.03wt％、氧化稳定剂0.02～0.04wt％、抗氧化剂0.01～0.05wt％、交联剂0.03～0.04wt％、分散剂0.1～0.5wt％。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯发光纤维，其特征在于：所述发光纤维的激发光波长位于200nm～500nm的紫外和可见光范围。

5.根据权利要求1和4，所述聚丙烯发光纤维可由日光或荧光照射1～10min后，发出波长为600～720nm的红色余辉，其余辉初始强度为2～3cd/m²，余辉寿命为4～6小时。

6.根据权利要求1、2、3，一种稀土硫氧化钇红色长余辉聚丙烯纤维的制备方法，其特征是：将纺丝专用聚丙烯切片在100～120℃温度下经15～20小时的烘燥后，按20～35wt％的比例加入稀土硫氧化钇发光材料，再按权利要求3所述比例加入各种纳米级功能助剂，然后在180～220℃的温度下熔融、铸带、切粒，制成发光母粒。

将上述发光母粒与聚丙烯切片按比例配制，使得最终纺丝原料中含有3～10wt％的稀土硫氧化钇发光材料与90～96wt％的聚丙烯成分，在100～120℃温度下经15～20小时的烘燥后，在螺杆挤出机中以220～280℃的熔融温度、2500～3000米/分的卷绕速度进行纺丝卷绕，制成POY丝，该POY丝可经加弹制成DTY丝或经牵伸制成FDY丝。