CN104562660B - 基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维及其制备方法。本发明在凝固点之后集束上油之前增加聚酯纤维吸附抗紫外线吸收剂乳液的步骤；并且，在所述集束上油的油剂中添加多羟基硅氧烷；同时控制热拉伸和热定型的温度，使得多羟基硅氧烷发生热交联反应将所述紫外线吸收剂固定于聚酯纤维上，从而制得聚酯纤维。本发明的优点在于：1）克服了纺前添加紫外线吸收剂所造成的聚酯纺丝成形困难、紫外线吸收剂在纺丝温度下容易分解的问题；2）克服了后整理所额外增加的生产工序；3）在集束上油之前，聚酯纤维无定型区含量较高，易于吸附紫外线吸收剂；4）得到的聚酯纤维具有优异的抗紫外老化性能。

Description

基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于化纤差别化改性技术领域，具体涉及一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维及其制备方法。

背景技术

聚酯(PET)是由对苯二甲酸和乙二醇进行缩合聚合所得到的具有一定分子量的高分子化合物，从21世纪起，聚酯行业产能急剧扩增，每年均有上几百万吨的聚酯生成装置建成投产，2010年国内聚酯的产量甚至已达3000万吨，占化纤总产量的80%以上，成为合成纤维的第一大品种。但同时，由于产能的增加，原料价格高、产品附加值低等诸多原因造成众多聚酯企业亏损严重，很多甚至不得不关停装置，因此开发具有高附加值的涤纶对提高企业的市场竞争力，扭转聚酯企业长期艰难的困境具有深远的意义。

聚酯纤维特定的化学结构决定了其具有优异的性能，如高强度、低收缩、尺寸稳定性好性好等，因而被广泛应用于服用和非服用领域。对于户外用雨伞布、蓬盖布、广告灯箱布、绳索等特定场合使用的聚酯纤维，特别是涉及到安全级别较高的户外应用领域使用的聚酯纤维，其长期暴露于太阳光下，因此要求抗紫外性能在一定时间范围内必须得到保证，因此开发一种具有高效抗紫外服役性能好的聚酯纤维具有深远的意义。

目前针对抗紫外老化的聚酯纤维产品的研究已有许多报道。

现有技术公开了一种在聚酯纺丝前段通过物理共混添加抗紫外试剂的方法，可以得到具有抗紫外性能的聚酯纤维，如发明专利“一种纳米氮化钛基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维”(CN101003918A)、发明专利“一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法”(CN102643519A)、发明专利“一种防紫外老化聚酯纤维的制造方法”(CN102031580A)、“抗紫外聚酯及其生产方法”(CN101377024A)，通常通过物理共混的方法与聚酯制备基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维，如专利“一种纳米氮化钛抗将紫外聚酯纤维”(CN101003918A)、“一种防紫外老化聚酯纤维的制造方法”(CN102031580A)、“一种具有抗紫外、抗老化、吸湿速干复合功能的聚酯纤维的制备方法”(CN102443876A)、“一种具有抗紫外、抗起球复合功能的聚酯纤维的制备方法”(CN102443877A)和“一种具有抗紫外老化、阳离子可燃复合功能的聚酯纤维的制备方法”(CN102409428A)，上述发明专利的缺陷在于通过将抗紫外试剂制成母粒切片在熔融共混过程中添加，或在聚酯合成阶段添加，对聚酯成纤结构会造成影响，进一步造成聚酯纤维的力学性能下降，有机抗紫外试剂在熔融纺丝加工过程中易于降解，进而抗紫外试剂添加量大、效果差，且前期制备工艺复杂。实用新型专利“一种抗紫外老化涤纶长丝”(CN202116766U)，其通过涂覆的方法在聚酯单丝表面涂覆二氧化钛层，但是其对于聚酯纤维的附着性能差，附着牢度不够，易造成二氧化钛脱落，进而不具备长期的抗紫外能力。

现有技术中还公开了另外一种方法，其先将聚酯纤维制成织物，再通过后整理的方法，使织物附着抗紫外老化整理剂，从而达到抗紫外的效果。如发明专利“纺织品纳米后整理试剂及其制备工艺及对织物的整理方法”(CN1908290A)采用TiO₂/ZnO复合水溶胶纺织品纳米后整理剂对织物进行后整理，从而使织物达到抗紫外、抗菌、抗静电的效果，论文《织物的抗紫外老化整理研究》等公开了抗紫外织物后整理的浸扎-烘干-焙烘工艺，主要针对夏季服用面料抗紫外后整理进行了研究，通过使用粘合剂将抗紫外试剂附着于织物表面，从而达到抗紫外的效果。但是对于涤纶纺织品，由于其结构高度取向结晶、亲水性差，后整理过程中很难将大部分不亦容易水的抗紫外试剂整理到织物上，并且与织物结合能力差，进而牢度低易洗脱，抗紫外效果差，还有使得织物的透气性变差，因此影响织物面料在服用的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维及其制备方法，其制备方法简单，得到的聚酯纤维原结构保留完整，并具有高效的抗紫外性能。

本发明提供的一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的制备方法，具体步骤包括熔体挤出、冷却、集束上油、热拉伸和热定型；其在冷却之后集束上油之前，还包括聚酯纤维吸附抗紫外线吸收剂乳液的步骤；所述用于集束上油的油剂中含有多羟基硅氧烷，在热拉伸和热定型过程中多羟基硅氧烷发生热交联反应，将苯并三唑类紫外线吸收剂固定于聚酯纤维上。具体描述如下：

1.抗紫外线吸收剂乳液的配制

将苯并三唑类紫外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比（15～20）:（5～10）:（70～80）搅拌均匀配成稳定的紫外线吸收剂乳液。

所述的苯并三唑类紫外线吸收剂采用2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑或2-(2’-羟基-3’-5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑。所述的苯并三唑类紫外线吸收剂230℃温度以下不分解，使得在热牵伸和热定型过程中不至于分解。

所述壬基酚聚氧乙烯醚，其具有很好的乳化作用，保证了苯并三唑类紫外线吸收剂的乳化；所述的紫外线吸收剂乳液易被附着于聚酯纤维上。

2.聚酯纤维吸附抗紫外线吸收剂乳液

将上油导辊浸渍于配制好的抗紫外线吸收剂乳液中，在集束上油之前增设一套上油装置，在所述上油装置的油盘中注入抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊而进行附着，保持导辊的转速与聚酯纤维初生聚酯纤维的老化速度相一致，在线进行抗紫外线吸收剂乳液的添加。

所述的在线添加抗紫外线吸收剂乳液，采用等速的上油导辊，利于抗紫外吸收剂附着于纤维表面并且利于在纤维表面涂覆均匀，并且不会对聚酯纤维表面造成张力影响。

3.集束上油：

将附着有抗紫外线吸收剂的聚酯纤维通过含有重量百分比为5～10%的多羟基硅氧烷油剂的上油辊，将多羟基硅氧烷附着于聚酯纤维上。

所述的附着有抗紫外线吸收剂的聚酯纤维，经过上油工序，利于后续聚酯纤维的加工成型，进一步利于抗紫外线吸收剂与聚酯纤维的相互作用，使得二者结合更加紧密，同时保证了多羟基硅氧烷附着；所述多羟基硅氧烷为二甲基二羟基硅氧烷，其易溶于一般聚酯纺丝用溶剂。

4.热拉伸和热定型：

经过集束上油后的聚酯纤维在160～220℃热拉伸和160～220℃热定型过程中，多羟基硅氧烷进行热交联，缩合脱水，形成网状结构，将紫外线吸收剂固定于聚酯纤维上。

所述的热拉伸和热定型过程中，一方面对聚酯纤维进行了拉伸和定性，另一方面使得多羟基硅氧烷进行热交联，既保证了聚酯纤维的加工成型工艺，同时使得聚酯纤维附着有紧密结合的聚氧硅烷网状交联结构固定的苯并三唑类抗紫外老化吸收剂；

所述的多羟基硅氧烷热交联后形成的网状交联结构中，聚硅氧烷链端与苯并三唑类之间有协同的抗紫外老化效果，抗紫外性能进一步提升，并且经过热交联的抗紫外老化试剂不易脱落、在纤维表面附着强度高。

本发明中还提供一种上述制备方法制得的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维，其由网状的交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂和聚酯组成；所述的网状的交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量的1～5%。

与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明工艺简单实用，生产方法简单易行；克服了纺前添加紫外线吸收剂所造成的聚酯纺丝成形困难、紫外线吸收剂在纺丝温度下容易分解的问题；克服了整理所额外增加的生产工序，如后处理过程中的涂覆工艺或染整过程中添加抗紫外试剂等；在集束上油之前，聚酯纤维无定型区含量较高，易于吸附紫外线吸收剂。

（2）本发明得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维具有优异的抗紫外老化性能，其经过1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为90～95%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为95～99%。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。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。

本发明得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维网状交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量百分比为1～5%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为90～95%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为95～99%。

本发明中2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑，购自巴斯夫公司，商品名为紫外线吸收剂UV-P，CAS No.125304-04-3。

本发明中2-(2’-羟基-3’-5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑，购自巴斯夫公司，商品名为紫外线吸收剂UV-326，CAS No.3864-99-1。

实施例1

将2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比15:5:80混合搅拌1.5h，得到稳定的乳液。将上油导辊浸渍于配置好的抗紫外线吸收剂乳液中，在聚酯纤维在集束上油之前增设一套上油装置，在上油装置的油盘中注入已配好的抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊而经行附着，保持导辊的转速与聚酯纤维初生聚酯纤维的老化速度相一致，在线进行抗紫外线吸收剂乳液的添加；然后将附着有抗紫外吸收剂的聚酯纤维通过含有重量百分比为5%的多羟基硅氧烷油剂的上油辊；最后在160～220℃进行热拉伸和160～220℃进行热定型。即得到一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维。

上述得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维网状交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量百分比为1%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过功率为5KW，1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为90%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为95%。

实施例2

将2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比18:7:75混合搅拌1.5h，得到稳定的乳液。在聚酯纤维集束上油之前增设一套上油装置，在上油装置的油盘中注入已配好的抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊而经行附着，保持导辊的转速与聚酯纤维初生聚酯纤维的老化速度相一致，在线进行抗紫外线吸收剂乳液的添加；然后将附着有抗紫外吸收剂的聚酯纤维通过含有重量百分比为7%的多羟基硅氧烷油剂的上油辊；最后在160～220℃进行热拉伸和160～220℃进行热定型。即得到一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维。

上述得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维网状交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量百分比为3%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过功能率为2.5KW，1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为94%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为96%。

实施例3

将2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比20:10:70混合搅拌1.5h，得到稳定的乳液。在聚酯纤维集束上油之前增设一套上油装置，在上油装置的油盘中注入已配好的抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊而经行附着，保持导辊的转速与聚酯纤维初生聚酯纤维的老化速度相一致，在线进行抗紫外线吸收剂乳液的添加；然后将附着有抗紫外吸收剂的聚酯纤维通过含有重量百分比为10%的多羟基硅氧烷油剂的上油辊；最后在160～220℃进行热拉伸和160～220℃进行热定型。即得到一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维。

上述得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维网状交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量百分比为5%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过功率为2KW，1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为99%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为99%。

实施例4

将2-(2’-羟基-3’-5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比15:5:80混合搅拌1.5h，得到稳定的乳液。在聚酯纤维集束上油之前增设一套上油装置，在上油装置的油盘中注入已配好的抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊而经行附着，保持导辊的转速与聚酯纤维初生聚酯纤维的老化速度相一致，在线进行抗紫外线吸收剂乳液的添加；然后将附着有抗紫外吸收剂的聚酯纤维通过含有重量百分比为5%的多羟基硅氧烷油剂的上油辊；最后在160～220℃进行热拉伸和160～220℃进行热定型。即得到一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维。

上述得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维网状交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量百分比为1.5%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过功率为4KW，1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为90%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为95%。

实施例5

将2-(2’-羟基-3’-5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比18:7:75混合搅拌1.5h，得到稳定的乳液。在聚酯纤维集束上油之前增设一套上油装置，在上油装置的油盘中注入已配好的抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊而经行附着，保持导辊的转速与聚酯纤维初生聚酯纤维的老化速度相一致，在线进行抗紫外线吸收剂乳液的添加；然后将附着有抗紫外吸收剂的聚酯纤维通过含有重量百分比为7.5%的多羟基硅氧烷油剂的上油辊；最后在160～220℃进行热拉伸和160～220℃进行热定型。即得到一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维。

上述得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维网状交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量百分比为3.7%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过功率为3KW，1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为96%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为97%。

实施例6

将2-(2’-羟基-3’-5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比20:10:70混合搅拌1.5h，得到稳定的乳液。在聚酯纤维集束上油之前增设一套上油装置，在上油装置的油盘中注入已配好的抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊而经行附着，保持导辊的转速与聚酯纤维初生聚酯纤维的老化速度相一致，在线进行抗紫外线吸收剂乳液的添加；然后将附着有抗紫外吸收剂的聚酯纤维通过含有重量百分比为10%的多羟基硅氧烷油剂的上油辊；最后在160～220℃进行热拉伸和160～220℃进行热定型。即得到一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维。

上述得到的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维网状交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量百分比为5%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过功率为1.8KW，1000h氙灯加速老化实验，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的断裂强度保持率为99%；所述的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维经过20次洗涤，基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维重量保持率为99%。

Claims (7)

1.一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的制备方法，具体步骤包括熔体挤出、冷却、集束上油、热拉伸和热定型，其特征在于：在冷却之后集束上油之前，还包括聚酯纤维吸附抗紫外线吸收剂乳液的步骤；所述用于集束上油的油剂中含有多羟基硅氧烷，在热拉伸和热定型过程中多羟基硅氧烷进行热交联反应，将苯并三唑类紫外线吸收剂固定于聚酯纤维上；其中：所述聚酯纤维吸附抗紫外线吸收剂乳液的具体步骤包括：在集束上油之前增设一套上油装置，在所述上油装置的油盘中注入抗紫外线吸收剂乳液，聚酯纤维通过有紫外线吸收剂乳液的上油导辊进行附着。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的抗紫外线吸收剂乳液是由苯并三唑类紫外线吸收剂、壬基酚聚氧乙烯醚与水按重量比(15～20):(5～10):(70～80)搅拌均匀配成。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的苯并三唑类紫外线吸收剂为2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑或2-(2’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多羟基硅氧烷在油剂中的重量百分比为5～10％。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于：所述多羟基硅氧烷为二甲基二羟基硅氧烷。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述热拉伸的温度为160～220℃，所述热定型的温度为160～220℃。

7.根据权利要求1～6之一所述的制备方法制得的基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维，其特征在于：其为附着有网状的交联聚硅氧烷固定的苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维；苯并三唑类紫外线吸收剂占基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维的重量百分比为1～5％。